MicroPython内联汇编（Thumb-2）编程技巧详解-优快云博客

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MicroPython内联汇编（Thumb-2）编程技巧详解

micropython MicroPython - a lean and efficient Python implementation for microcontrollers and constrained systems 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/mi/micropython

前言

MicroPython作为嵌入式Python实现，提供了直接访问底层硬件的强大能力。其中内联汇编功能允许开发者编写高效的Thumb-2指令集代码，特别适合对性能要求苛刻的场景。本文将深入探讨MicroPython内联汇编的各种实用技巧和注意事项。

基本概念

在MicroPython中，使用@micropython.asm_thumb装饰器定义的函数称为"汇编函数"，而在汇编函数内部通过标签调用的代码块称为"子程序"。

代码分支与子程序调用

汇编函数中的标签作用域仅限于该函数内部，无法跨函数调用。子程序调用使用bl(LABEL)指令，返回使用bx(lr)指令。

@micropython.asm_thumb
def double_value(r0):
    b(START)        # 跳过子程序定义
    label(DOUBLE)
    add(r0, r0, r0) # 值加倍
    bx(lr)          # 返回
    label(START)
    bl(DOUBLE)      # 调用子程序

关键点：

子程序必须通过bx(lr)返回
主函数通过"自然结束"方式返回
需要先跳过子程序定义

递归调用示例

递归调用需要保存上下文，包括链接寄存器(lr)和其他需要保持的寄存器：

@micropython.asm_thumb
def fib(r0):  # 计算斐波那契数列
    b(START)
    label(DOFIB)
    push({r1, r2, lr})  # 保存寄存器
    cmp(r0, 1)
    ble(FIBDONE)        # 基本情况
    sub(r0, 1)
    mov(r2, r0)         # r2 = n-1
    bl(DOFIB)           # 递归调用
    mov(r1, r0)         # r1 = fib(n-1)
    sub(r0, r2, 1)
    bl(DOFIB)           # r0 = fib(n-2)
    add(r0, r0, r1)     # 合并结果
    label(FIBDONE)
    pop({r1, r2, lr})   # 恢复寄存器
    bx(lr)
    label(START)
    bl(DOFIB)

参数传递与返回值

基本参数传递

汇编函数支持0-3个参数，必须命名为r0、r1和r2。可以传递整数和内存地址。

@micropython.asm_thumb
def add_values(r0, r1) -> uint:  # 类型提示确保正确处理符号
    add(r0, r0, r1)

处理多个参数

使用数组可以传递多个参数：

@micropython.asm_thumb
def sum_array(r0, r1):  # r0=数组地址, r1=元素个数
    mov(r2, 0)          # 初始化累加器
    label(LOOP)
    ldr(r3, [r0, 0])    # 加载当前元素
    add(r2, r2, r3)     # 累加
    add(r0, 4)          # 移动到下一个元素(int为4字节)
    sub(r1, 1)          # 计数器减1
    bgt(LOOP)           # 循环直到完成
    mov(r0, r2)         # 返回结果

非整数数据类型处理

通过数组处理浮点数等非整数类型：

@micropython.asm_thumb
def float_square(r0, r1):  # 浮点数组平方
    label(LOOP)
    vldr(s0, [r0, 0])     # 加载浮点数
    vmul(s0, s0, s0)      # 平方运算
    vstr(s0, [r0, 0])     # 存回数组
    add(r0, 4)            # 移动到下一个元素
    sub(r1, 1)            # 计数器减1
    bgt(LOOP)             # 循环

高级技巧

使用命名常量

提高代码可读性和可维护性：

BUFFER_SIZE = const(1024)
FLAG_ENABLE = const(0x01)

@micropython.asm_thumb 
def init_buffer(r0):
    mov(r1, BUFFER_SIZE)
    orr(r2, FLAG_ENABLE)

类方法中的汇编

静态方法避免接收对象实例指针：

class MathUtils:
    @staticmethod
    @micropython.asm_thumb
    def fast_sqrt(r0):
        # 平方根算法实现
        ...

使用不支持的指令

通过data指令直接嵌入机器码：

@micropython.asm_thumb
def custom_push():
    data(2, 0xe92d, 0x0f00)  # push {r8-r11}

处理32位完整范围整数

MicroPython对小整数有限制，可通过数组绕过：

@micropython.asm_thumb
def get_full_range(r0):
    movwt(r1, 0xFFFFFFFF)
    str(r1, [r0, 0])  # 存入数组

a = array.array('i', [0])
get_full_range(a)
result = a[0] & 0xFFFFFFFF  # 获取完整32位值