如何利用C和汇编语言混合编程实现DSP软件设计

文章摘要：众所周知，汇编语言具有更高的性能优势，而用C语言编码则能更容易和快速地实现。DSP处理器功能的不断增强以及编译器优化技术的提高，使得传统的用汇编语言编写DSP应用程序的做法逐渐被淘汰。现在的DSP应用程序几乎都是由C代码和汇编代码混合组成的。在那些对性能起决定性作用的关键功能中，DSP工程师将继续使用高度优化的汇编代码，同时转用C语言编写那些不太关键的功能，这将有利于代码维护和移植。而C和汇编代码的这种结合要求DSP工程师具备专门的工具和方法。正确混合C代码和汇编代码问题是在哪里划分C代码和汇编代码的界限。这取决于跟踪器(profiler)所能提供的性能分析结果。然而在使用跟踪器之前，DSP工

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　　众所周知，汇编语言具有更高的性能优势，而用C语言编码则能更容易和快速地实现。DSP处理器功能的不断增强以及编译器优化技术的提高，使得传统的用汇编语言编写DSP应用程序的做法逐渐被淘汰。现在的DSP应用程序几乎都是由C代码和汇编代码混合组成的。在那些对性能起决定性作用的关键功能中，DSP工程师将继续使用高度优化的汇编代码，同时转用C语言编写那些不太关键的功能，这将有利于代码维护和移植。而C和汇编代码的这种结合要求DSP工程师具备专门的工具和方法。

　　正确混合C代码和汇编代码

　　问题是在哪里划分C代码和汇编代码的界限。这取决于跟踪器(profiler)所能提供的性能分析结果。然而在使用跟踪器之前，DSP工程师需要为应用程序定义清晰的目标，这些目标一般包括循环数、代码规模和数据量。目标一旦确定后，应该先全部用C语言编写和创建应用程序，然后才使用跟踪器来分析性能。

　　在某些特定情况下，主要是控制应用中，C语言级的编码就足够了。但在大多数情况下，初始编写的C语言应用程序是不能满足一个或更多目标要求的。这通常意味着多少需要一些汇编代码。在求助于汇编编程之前，强烈建议保存原始的C代码。这样不仅方便调试，而且当条件成熟(比如采用更强大的平台)，还可以返回到这些C语言的实现。

　　汇编部分代码应尽可能少。为此，工程师需要认真分析跟踪器提供的性能结果，并确定应用程序中的关键函数。关键函数是指占用大部分执行时间，而必须用汇编语言重写才能满足性能目标的那些函数。重写其中的几个关键函数后，需要重新进行性能分析。如果仍达不到目标要求，那就应该确定其它关键函数，再进行重写。图1显示了利用专用硬件机制获得高度优化的汇编代码。

　　图1：用C语言创建的循环缓冲器代码(左)以及由CEVA-TeakLite-III创建的等效汇编代码(右)。

　　对编译器的考虑事项

　　在编写需要与C代码结合的汇编代码时，汇编编程人员必须了解编译器的约定和假设。汇编编程人员还必须了解编译器的寄存器使用约定。通常，寄存器使用约定将硬件寄存器分成被调用方保存(或调用方使用)和被调用方使用(或调用方保存)寄存器。

　　图2给出了从CEVA-X1641 DSP内核FFT实现中摘取的汇编代码例子。左边第二行的add指令符合CEVA-X1641编译器传递r0地址寄存器中指针参数的调用约定。右边的pushd指令用于备份后面函数会用到的被调用方保存寄存器。

　　图2：从CEVA-X1641 DSP内核的FFT实现中摘取的一段汇编代码。

　　除了调用约定和寄存器使用约定外，一些编译器在人工编写的汇编代码方面可能还会有一些额外的假设。这些假设通常是专门针对某个编译器的，因此编译器提供商会提供完善的资料和说明。

　　用于C和汇编连接的常用C语言扩展

　　用于嵌入式平台的大多数编译器，特别是用于DSP编程的编译器，都具有丰富的C语言和汇编语言连接功能。其中绝大部分功能不属于标准C语言，因此被称为C语言扩展。下面列出的是其中有益于DSP编程的一些功能。

　　内联汇编(inline assembly)：该功能可以帮助编程人员将汇编指令插入C代码。

　　硬件寄存器绑定C变量：该功能经常与汇编指令内联功能结合在一起，帮助内联汇编代码访问C语言级的变量(见图3)。

　　图3：结合内联汇编和硬件寄存器绑定功能的代码示例。

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