tectijuana / 24b2expot2arm32-ensambladores

Tecnológico Nacional de México

Instituto Tecnológico de Tijuana

Materia:

Lenguajes de interfaz

Docente:

M.C. Rene Solis Reyes

Unidad:

2

Título del trabajo:

Integración de código Assembly con C

Estudiantes:

Aganza Molina Abraham Armando #19210455

Martinez Castellanos Santy Francisco #21211989

Ortega Medina Abner Nahum #20211819

Reynoso Rosales Eduardo Guadalupe #21212036

Soto Sanchez Yahir Jasiel #21212055

Semestre:

Enero - Junio 2024

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RAZONES PARA MEZCLAR C CON ASSEMBLY

Mezclar C con ensamblador (Assembly) puede ser beneficioso en ciertas situaciones donde se requiere un control preciso sobre el hardware o se necesita un rendimiento optimizado.

RAZONES

${\color{blue}Optimización \space de \space rendimiento: }$

Ensamblador proporciona un control fino sobre el hardware y las instrucciones de la CPU, lo que puede ser útil para optimizar el rendimiento en partes críticas del código. Al mezclar C con ensamblador, puedes escribir rutinas optimizadas para operaciones específicas que pueden ser más eficientes que el código generado por el compilador.

${\color{blue}Acceso \space directo \space a \space hardware:}$

A veces, es necesario interactuar directamente con dispositivos de hardware o periféricos. El ensamblador permite un control preciso sobre el acceso a estos dispositivos, lo que puede ser esencial en aplicaciones embebidas o de bajo nivel.

${\color{blue}Funciones \space de \space tiempo \space real:}$

En aplicaciones de tiempo real, donde cada ciclo de CPU cuenta, el uso de ensamblador puede ayudar a garantizar que las operaciones críticas se realicen en el menor tiempo posible y de manera predecible.

${\color{blue}Compiladores \space incrustrados \space o \space limitados:}$

En algunos entornos incrustados o sistemas embebidos, el compilador de C puede ser limitado en términos de optimizaciones o características disponibles. En estos casos, escribir partes críticas del código en ensamblador puede ser necesario para lograr el rendimiento deseado.

${\color{blue} Manipulación \space de \space estructuras \space de \space datos \space complejas: }$

A veces, las estructuras de datos complejas o algoritmos específicos pueden ser más eficientes de implementar en ensamblador. Esto es especialmente cierto para algoritmos altamente optimizados, como algoritmos de cifrado o compresión.

${\color{blue} Aprendizaje \space y \space comprensión \space del \space funcionamiento \space interno:}$

Escribir código en ensamblador puede ayudar a los desarrolladores a comprender mejor cómo funcionan realmente las computadoras a nivel de bajo nivel. Esto puede ser útil para propósitos educativos o para comprender mejor el rendimiento y las limitaciones del hardware.

Sin embargo, es importante tener en cuenta que el uso excesivo de ensamblador puede complicar el código, hacerlo menos legible y más propenso a errores. Por lo tanto, se debe usar con precaución y solo en partes críticas donde realmente se justifique su uso. Además, el código en ensamblador es menos portable y puede ser difícil de mantener, por lo que se debe considerar cuidadosamente si los beneficios justifican los costos asociados.

VENTAJAS

${\color{green} Rendimiento:}$

El código Assembly puede ser mucho más rápido que el código C, especialmente para tareas intensivas en CPU.

${\color{green} Control \space preciso:}$

Assembly te da acceso directo al hardware y te permite controlar con precisión el comportamiento del programa.

${\color{green} Eficiencia \space de \space memoria:}$

Assembly puede ser más eficiente en el uso de memoria que C, especialmente para programas pequeños.

${\color{green} Acceso \space a \space funcionalidades \space especificas \space del \space hardware:}$

Algunas funcionalidades del hardware solo son accesibles a través de Assembly.

DESVENTAJAS

${\color{red} Complejidad:}$

El código Assembly es mucho más complejo y difícil de escribir y leer que el código C.

${\color{red} Portabilidad:}$

El código Assembly no es portable entre diferentes plataformas de hardware.

${\color{red} Mantenimiento:}$

El código Assembly es más difícil de mantener y actualizar que el código C.

CASOS EN LOS QUE SE PUEDE MEZCLAR C CON ASSEMBLY

${\color{turquoise} Controladores \space de \space dispositivos:}$

Los controladores de dispositivos necesitan un alto rendimiento y un control preciso del hardware, por lo que a menudo se escriben en Assembly.

${\color{turquoise} Bibliotecas \space matematicas:}$

Las bibliotecas matemáticas que necesitan un alto rendimiento a menudo se escriben en Assembly.

${\color{turquoise} Juegos:}$

Los juegos necesitan un alto rendimiento y un control preciso del hardware, por lo que a menudo se escriben en Assembly.

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USO DE LA DIRECTIVA EXTERN PARA LLAMAR FUNCIONES ASSEMBLY DESDE C

La directiva extern en C se utiliza para declarar una función o variable que se define en otro archivo. Esta declaración le permite al compilador saber que la función o variable está definida en otro lugar y que será enlazada en tiempo de ejecución.

Para llamar funciones escritas en lenguaje ensamblador desde un programa en C, primero se tiene que escribir la función en ensamblador y luego declararla como extern en el programa C.

EJEMPLO

Para este ejemplo, se lleva a cabo un programa simple que suma dos numeros.

${\color{blue} Paso \space 1}$

Escribir la función en ensamblador y guardarla en un archivo separado, digamos funcion_asm.s.

;.global factorial          @ Define factorial como global
;.type factorial, %function @ Define el tipo de factorial como una función

factorial:                  @ Inicio de la función factorial
    CMP r0, #0              @ Compara el valor en r0 con cero
    MOVEQ r0, #1            @ Si r0 es igual a cero (flag Z establecido), r0 se mueve a 1 (factorial de 0 es 1)
    BEQ .end                @ Si r0 es igual a cero, salta a .end (final de la función)

    MOV r1, r0              @ Mueve el valor de r0 a r1 (r1 se utilizará como un contador para el bucle)
    MOV r2, #1              @ Mueve el valor 1 a r2 (r2 se utilizará para almacenar el resultado del factorial)

.loop:                      @ Etiqueta: Inicio del bucle
    MUL r2, r1              @ Multiplica r2 por r1 y almacena el resultado en r2 (cálculo parcial del factorial)
    SUBS r1, r1, #1         @ Decrementa el valor de r1 en 1 (r1--), y actualiza los flags
    BNE .loop               @ Si el flag Z no está establecido (r1 no es igual a cero), salta a .loop (sigue el bucle)

.end:
    MOV r0, r2              @ Mueve el valor en r2 (resultado del factorial) a r0 (registro de retorno)
    BX lr                   @ Regresa de la función al origen

${\color{blue} Paso \space 2}$

Compilar el archivo de ensamblador usando un ensamblador apropiado para ARM32, como as o arm-linux-gnueabi-as.

as -o factorial.o factorial.s

${\color{blue} Paso \space 3}$

En el programa en C, incluir un prototipo de la función ensamblador usando extern.

extern int factorial(int n);

${\color{blue} Paso \space 4}$

Llamar a la función desde el programa en C.

#include <stdio.h>

int main(){
        int n;

        printf("Indica el número que quieras calcular su factorial: ");
        scanf("%d", &n);

        int result = factorial(n);
        printf("El factorial de %d es %d\n", n, result);
        return 0;
}

${\color{blue} Paso \space 5}$

Compilar el programa C junto con el archivo de objeto generado por el ensamblador, utilizando un compilador apropiado para ARM32.

gcc -o programaFactorial factorial.o  factorial_c.o

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PROGRAMA EJEMPLO

PROGRAMA EN C QUE UTILIZA UNA FUNCION DE ASSEMBLY PARA CALCULAR EL FACTORIAL DE UN NUMERO