嵌入式：什么是ATPCS

ATPCS介绍

ATPCS（ARM-Thumb Produce Call Standard）是ARM程序和Thumb程序中子程序调用的基本规则，目的是为了使单独编译的C语言程序和汇编程序之间能够相互调用。这些基本规则包括子程序调用过程中寄存器的使用规则、数据栈的使用规则和参数的传递规则。

寄存器的使用规则

子程序间通过寄存器R0～R3来传递参数，这时，寄存器R0～R3可以记作A1～A4。被调用的子程序在返回前无需恢复寄存器R0～R3的内容；

在子程序中，使用寄存器R4～R11来保存局部变量。这时，寄存器 R4～R11可以记作V1～V8。如果在子程序中使用到了寄存器V1～V8中的某些寄存器，子程序进入时必须保存这些寄存器的值，在返回前必须恢复这些寄存器的值；对于子程序中没有用到的寄存器则不必进行这些操作。在Thumb程序中，通常只能使用寄存器R4～R7来保存局部变量；

寄存器R12用作子程序间的scratch寄存器（用于保存SP，在函数返回时使用该寄存器出栈），记作ip（Intra-Procedure-call Scratch Register；内部程序调用暂存寄存器）。在子程序间的连接代码段中常有这种使用规则；

寄存器R13用作数据栈指针，记作sp。在子程序中寄存器R13不能用作其他用途。寄存器sp在进入子程序时的值和退出子程序时的值必须相等；

寄存器R14称为链接寄存器，记作lr。它用于保存子程序的返回地址。如果在子程序中保存了返回地址，寄存器R14则可以用作其他用途；

寄存器R15是程序计数器，记作pc。它不能用作其他用途。

ATPCS中各寄存器的使用规则及其名称

数据栈使用规则

满（FULL）栈

当堆栈指针指向栈顶元素，即指向最后一个入栈的数据元素时

空（EMPTY）栈

当堆栈指针指向与栈顶元素相邻的一个可用数据单元时

递减（DESCENDING）堆栈

当数据栈向内存地址减小的方向增长时

递增（ASCENDING）堆栈

当数据栈向内存地址增加的方向增长时，

• FD （Full Descending） 满递减
• ED （Empty Descending）空递减
• FA （Full Ascending） 满递增
• EA （Empty Ascending） 空递增

ATPCS规定数据栈为FD（满递减）类型。异常中断的处理程序可以使用中断程序的数据栈，但是要保证中断程序的数据栈足够大。

参数传递规则

参数个数固定的子程序参数传递规则

各个浮点参数按顺序处理；

为每个浮点参数分配FP寄存器。分配的方法是，满足该浮点参数需要的且编号最小的一组连续的FP寄存器。 第一个整数参数，通过寄存器R0～R3来传递。其他参数通过数据栈传递

参数个数可变的子程序参数传递规则

对于参数个数可变的子程序，当参数不超过4个时，可以使用寄存器R0~R3来传递参数；当参数超过4个时，还可以使用数据栈来传递参数；

在参数传递时，将所有参数看作是存放在连续的内存字单元中的字数据。然后，依次将各字数据传送到寄存器R0、Rl、R2、R3中，如果参数多于4个，将剩余的字数据传送到数据栈中，入栈的顺序与参数顺序相反，即最后一个字数据先入栈。

子程序结果返回规则

结果为一个32位的整数时，可以通过寄存器R0返回；

结果为一个64位整数时，可以通过寄存器R0和R1返回，依次类推；

结果为一个浮点数时，可以通过浮点运算部件的寄存器f0、d0或者s0来返回；

结果为复合型的浮点数(如复数)时，可以通过寄存器f0~fn或者d0~dn来返回。

对于位数更多的结果，需要通过内存来传递。

参考文献：

孟祥莲．嵌入式系统原理及应用教程（第2版）[M]．北京：清华大学出版社，2017.