ARMGCC內(nèi)嵌匯編手冊(cè)_百度文庫

1、轉(zhuǎn)自：ARM GCC 內(nèi)嵌（inline）匯編手冊(cè)關(guān)于這篇文檔這篇文章是本人為方便各位業(yè)界同仁而翻譯，方便大家開發(fā)底層代碼使用，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處，謝謝。要是你E文功底好，本人還是建議閱讀E文版的。http:/www.ethernut.de/en/documents/arm-inline-asm.html對(duì)于基于ARM的RISC處理器，GNU C編譯器提供了在C代碼中內(nèi)嵌匯編的功能。這種非?？岬奶匦蕴峁┝薈代碼沒有的功能，比如手動(dòng)優(yōu)化軟件關(guān)鍵部分的代碼、使用相關(guān)的處理器指令。這里設(shè)想了讀者是熟練編寫ARM匯編程序讀者，因?yàn)樵撈臋n不是ARM匯編手冊(cè)。同樣也不是C語言手冊(cè)。這篇文檔假設(shè)使用的是GCC

2、 4 的版本，但是對(duì)于早期的版本也有效。GCC asm 聲明讓我們以一個(gè)簡(jiǎn)單的例子開始。就像C中的聲明一樣，下面的聲明代碼可能出現(xiàn)在你的代碼中。/* NOP 例子 */asm("mov r0,r0"該語句的作用是將r0移動(dòng)到r0中。換句話講他并不干任何事。典型的就是NOP指令，作用就是短時(shí)的延時(shí)。請(qǐng)接著閱讀和學(xué)習(xí)這篇文檔，因?yàn)樵撀暶鞑⒉幌衲阆胂蟮暮推渌腃語句一樣。內(nèi)嵌匯編使用匯編指令就像在純匯編程序中使用的方法一樣?？梢栽谝粋€(gè)asm聲明中寫多個(gè)匯編指令。但是為了增加程序的可讀性，最好將每一個(gè)匯編指令單獨(dú)放一行。asm("mov r0, r0nt"&qu

3、ot;mov r0, r0nt""mov r0, r0nt""mov r0, r0"換行符和制表符的使用可以使得指令列表看起來變得美觀。你第一次看起來可能有點(diǎn)怪異，但是當(dāng)C編譯器編譯C語句的是候，它就是按照上面（換行和制表）生成匯編的。到目前為止，匯編指令和你寫的純匯編程序中的代碼沒什么區(qū)別。但是對(duì)比其它的C聲明，asm的常量和寄存器的處理是不一樣的。通用的內(nèi)嵌匯編模版是這樣的。asm(code : output operand list : input operand list : clobber list;匯編和C語句這間的聯(lián)系是通過上面a

4、sm聲明中可選的output operand list和input operand list。Clobber list后面再講。下面是將C語言的一個(gè)整型變量傳遞給匯編，邏輯左移一位后在傳遞給C語言的另外一個(gè)整型變量。/* Rotating bits example */asm("mov %result, %value, ror #1" : result "=r" (y : value "r" (x;每一個(gè)asm語句被冒號(hào)（:）分成了四個(gè)部分。 匯編指令放在第一部分中的“”中間。"mov %result, %value, ro

5、r #1" 接下來是冒號(hào)后的可選擇的output operand list，每一個(gè)條目是由一對(duì)（方括號(hào)）和被他包括的符號(hào)名組成，它后面跟著限制性字符串，再后面是圓括號(hào)和它括著的C變量。這個(gè)例子中只有一個(gè)條目。result "=r" (y 接著冒號(hào)后面是輸入操作符列表，它的語法和輸入操作列表一樣value "r" (x 破壞符列表，在本例中沒有使用就像上面的NOP例子，asm聲明的4個(gè)部分中，只要最尾部沒有使用的部分都可以省略。但是有有一點(diǎn)要注意的是，上面的4個(gè)部分中只要后面的還要使用，前面的部分沒有使用也不能省略，必須空但是保留冒號(hào)。下面的一個(gè)

6、例子就是設(shè)置ARM Soc的CPSR寄存器，它有input但是沒有output operand。 asm("msr cpsr,%ps" : : ps"r"(status即使匯編代碼沒有使用，代碼部分也要保留空字符串。下面的例子使用了一個(gè)特別的破壞符，目的就是告訴編譯器內(nèi)存被修改過了。這里的破壞符在下面的優(yōu)化部分在講解。 asm("":"memory"為了增加代碼的可讀性，你可以使用換行，空格，還有C風(fēng)格的注釋。asm("mov %result, %value, ror #1": result&q

7、uot;=r" (y /* Rotation result. */: value"r" (x /* Rotated value. */: /* No clobbers */;在代碼部分%后面跟著的是后面兩個(gè)部分方括號(hào)中的符號(hào)，它指的是相同符號(hào)操作列表中的一個(gè)條目。%result表示第二部分的C變量y，%value表示三部分的C變量x；符號(hào)操作符的名字使用了獨(dú)立的命名空間。這就意味著它使用的是其他的符號(hào)表。簡(jiǎn)單一點(diǎn)就是說你不必關(guān)心使用的符號(hào)名在C代碼中已經(jīng)使用了。在早期的C代碼中，循環(huán)移位的例子必須要這么寫：asm("mov %0, %1, ror #1&

8、quot; : "=r" (result : "r" (value在匯編代碼中操作數(shù)的引用使用的是%后面跟一個(gè)數(shù)字，%1代表第一個(gè)操作數(shù)，%2代碼第二個(gè)操作數(shù)，往后的類推。這個(gè)方法目前最新的編譯器還是支持的。但是它不便于維護(hù)代碼。試想一下，你寫了大量的匯編指令的代碼，要是你想插入一個(gè)操作數(shù)，那么你就不得不從新修改操作數(shù)編號(hào)。優(yōu)化C代碼有兩種情況決定了你必須使用匯編。1st，C限制了你更加貼近底層操作硬件，比如，C中沒有直接修改程序狀態(tài)寄存器（PSR）的聲明。2nd就是要寫出更加優(yōu)化的代碼。毫無疑問GNU C代碼優(yōu)化器做的很好，但是他的結(jié)果和我們手工寫的匯

9、編代碼相差很遠(yuǎn)。這一部分有一點(diǎn)很重要，也是被別人忽視最多的就是：我們?cè)贑代碼中通過內(nèi)嵌匯編指令添加的匯編代碼，也是要被C編譯器的優(yōu)化器處理的。讓我們下面做個(gè)試驗(yàn)來看看吧。下面是代碼實(shí)例。bigtreejust:/embedded/basic-C$ arm-linux-gcc -c test.cbigtreejust:/embedded/basic-C$ arm-linux-objdump -D test.o編譯器選擇r3作為循環(huán)移位使用。它也完全可以選擇為每一個(gè)C變量分配寄存器。Load或者store一個(gè)值并不顯式的進(jìn)行。下面是其它編譯器的編譯結(jié)果。E420A0E1 mov r2, r4, r

10、or #1 y, x編譯器為每一個(gè)操作數(shù)選擇一個(gè)相應(yīng)的寄存器，將操作過的值cache到r4中，然后傳遞該值到r2中。這個(gè)過程你能理解不？有的時(shí)候這個(gè)過程變得更加糟糕。有時(shí)候編譯器甚至完全拋棄你嵌入的匯編代碼。C編譯器的這種行為，取決于代碼優(yōu)化器的策略和嵌入?yún)R編所處的上下文。如果在內(nèi)嵌匯編語句中不使用任何輸出部分，那么C代碼優(yōu)化器很有可能將該內(nèi)嵌語句完全刪除。比如NOP例子，我們可以使用它作為延時(shí)操作，但是對(duì)于編譯器認(rèn)為這影響了程序的執(zhí)行速速，認(rèn)為它是沒有任何意義的。上面的解決方法還是有的。那就是使用volatile關(guān)鍵字。它的作用就是禁止優(yōu)化器優(yōu)化。將NOP例子修改過后如下：/* NOP ex

11、ample, revised */asm volatile("mov r0, r0"下面還有更多的煩惱等著我們。一個(gè)設(shè)計(jì)精細(xì)的優(yōu)化器可能重新排列代碼?？聪旅娴拇a：i+;if (j = 1x += 3;i+;優(yōu)化器肯定是要從新組織代碼的，兩個(gè)i+并沒有對(duì)if的條件產(chǎn)生影響。更進(jìn)一步的來講，i的值增加2，僅僅使用一條ARM匯編指令。因而代碼要重新組織如下：if (j = 1x += 3;i += 2;這樣節(jié)省了一條ARM指令。結(jié)果是：這些操作并沒有得到許可。這些將對(duì)你的代碼產(chǎn)生很到的影響，這將在下面介紹。下面的代碼是c乘b，其中c和b中的一個(gè)或者兩個(gè)可能會(huì)被中斷處理程序修改。

12、進(jìn)入該代碼前先禁止中斷，執(zhí)行完該代碼后再開啟中斷。asm volatile("mrs r12, cpsrnt""orr r12, r12, #0xC0nt""msr cpsr_c, r12nt" : "r12", "cc"c *= b; /* This may fail. */asm volatile("mrs r12, cpsrn""bic r12, r12, #0xC0n""msr cpsr_c, r12" : "r12&

13、quot;, "cc"但是不幸的是針對(duì)上面的代碼，優(yōu)化器決定先執(zhí)行乘法然后執(zhí)行兩個(gè)內(nèi)嵌匯編，或相反。這樣將會(huì)使得我們的代碼變得毫無意義。我們可以使用clobber list幫忙。上面例子中的clobber list如下："r12", "cc"上面的clobber list將會(huì)將向編譯器傳達(dá)如下信息，修改了r12和程序狀態(tài)寄存器的標(biāo)志位。Btw，直接指明使用的寄存器，將有可能阻止了最好的優(yōu)化結(jié)果。通常你只要傳遞一個(gè)變量，然后讓編譯器自己選擇適合的寄存器。另外寄存器名，cc（condition registor 狀態(tài)寄存器標(biāo)志位），mem

14、ory都是在clobber list上有效的關(guān)鍵字。它用來向編譯器指明，內(nèi)嵌匯編指令改變了內(nèi)存中的值。這將強(qiáng)迫編譯器在執(zhí)行匯編代碼前存儲(chǔ)所有緩存的值，然后在執(zhí)行完匯編代碼后重新加載該值。這將保留程序的執(zhí)行順序，因?yàn)樵谑褂昧藥в衜emory clobber的asm聲明后，所有變量的內(nèi)容都是不可預(yù)測(cè)的。asm volatile("mrs r12, cpsrnt""orr r12, r12, #0xC0nt""msr cpsr_c, r12nt" : : "r12", "cc", "memo

15、ry"c *= b; /* This is safe. */asm volatile("mrs r12, cpsrn""bic r12, r12, #0xC0n""msr cpsr_c, r12" : "r12", "cc", "memory"使所有的緩存的值都無效，只是局部最優(yōu)（suboptimal）。你可以有選擇性的添加dummy operand 來人工添加依賴。asm volatile("mrs r12, cpsrnt""orr

16、r12, r12, #0xC0nt""msr cpsr_c, r12nt" : "=X" (b : "r12", "cc"c *= b; /* This is safe. */asm volatile("mrs r12上面的第一個(gè)asm試圖修改變量先b，第二個(gè)asm試圖修改c。這將保留三個(gè)語句的執(zhí)行順序，而不要使緩存的變量無效。理解優(yōu)化器對(duì)內(nèi)嵌匯編的影響很重要。如果你讀到這里還是云里霧里，最好是在看下個(gè)主題之前再把這段文章讀幾遍_。Input and output operands前面我們學(xué)到，

17、每一個(gè)input和output operand，由被方括號(hào)中的符號(hào)名，限制字符串，圓括號(hào)中的C表達(dá)式構(gòu)成。這些限制性字符串有哪些，為什么我們需要他們？你應(yīng)該知道每一條匯編指令只接受特定類型的操作數(shù)。例如：跳轉(zhuǎn)指令期望的跳轉(zhuǎn)目標(biāo)地址。不是所有的內(nèi)存地址都是有效的。因?yàn)樽詈蟮膐pcode只接受24位偏移。但矛盾的是跳轉(zhuǎn)指令和數(shù)據(jù)交換指令都希望寄存器中存儲(chǔ)的是32位的目標(biāo)地址。在所有的例子中，C傳給operand的可能是函數(shù)指針。所以面對(duì)傳給內(nèi)嵌匯編的常量、指針、變量，編譯器必須要知道怎樣組織到匯編代碼中。對(duì)于ARM核的處理器，GCC 4 提供了一下的限制。ConstraintUsage in AR

18、M stateUsage in Thumb statefFloating point registers f0 . f7Not availablehNot availableRegisters r8.r15GImmediate floating point constantNot availableHSame a G, but negatedNot availableIImmediate value in data processing instructionse.g. ORR R0, R0, #operandConstant in the range 0 . 255e.g. SWI oper

19、andJIndexing constants -4095 . 4095e.g. LDR R1, PC, #operandConstant in the range -255 . -1e.g. SUB R0, R0, #operandKSame as I, but invertedSame as I, but shiftedLSame as I, but negatedConstant in the range -7 . 7e.g. SUB R0, R1, #operandlSame as rRegisters r0.r7e.g. PUSH operandMConstant in the ran

20、ge of 0 . 32 or a power of 2e.g. MOV R2, R1, ROR #operandConstant that is a multiple of 4 in the range of 0 . 1020e.g. ADD R0, SP, #operandmAny valid memory addressNNot availableConstant in the range of 0 . 31e.g. LSL R0, R1, #operandONot availableConstant that is a multiple of 4 in the range of -50

21、8 . 508e.g. ADD SP, #operandrGeneral register r0 . r15e.g. SUB operand1, operand2, operand3Not availablewVector floating point registers s0 . s31Not availableXAny operand限制字符可能要單個(gè)modifier指示。要是沒有modifier指示的默認(rèn)為read-only operand。ModifierSpecifies=Write-only operand, usually used for all output operands

22、+Read-write operand, must be listed as an output operand&A register that should be used for output onlyOutput operands必須為write-only，相應(yīng)C表達(dá)式的值必須是左值。Input operands必須為read-only。C編譯器是沒有能力做這個(gè)檢查。比較嚴(yán)格的規(guī)則是：不要試圖向input operand寫。但是如果你想要使用相同的operand作為input和output。限制性modifier（+）可以達(dá)到效果。例子如下：asm("mov %valu

23、e, %value, ror #1" : value "+r" (y和上面例子不一樣的是，最后的結(jié)果存儲(chǔ)在input variable中。可能modifier + 不支持早期的編譯器版本。慶幸的是這里提供了其他解決辦法，該方法在最新的編譯器中依然有效。對(duì)于input operators有可能使用單一的數(shù)字n在限制字符串中。使用數(shù)字n可以告訴編譯器使用的第n個(gè)operand，operand都是以0開始計(jì)數(shù)。下面是例子：asm("mov %0, %0, ror #1" : "=r" (value : "0"

24、(value限制性字符串“0”告訴編譯器，使用和第一個(gè)output operand使用同樣input register。請(qǐng)注意，在相反的情況下不會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。如果我沒告訴編譯器那樣做，編譯器也有可能為input和output選擇相同的寄存器。第一個(gè)例子中就為input和output選擇了r3。在多數(shù)情況下這沒有什么，但是如果在input使用前output已經(jīng)被修改過了，這將是致命的。在input和output使用不同寄存器的情況下，你必須使用&modifier來限制output operand。下面是代碼示例：asm volatile("ldr %0, %1" &qu

25、ot;nt""str %2, %1, #4" "nt" : "=&r" (rdv : "r" (&table, "r" (wdv: "memory"在以張表中讀取一個(gè)值然后在寫到該表的另一個(gè)位置。其他內(nèi)嵌匯編作為預(yù)處理宏要是經(jīng)常使用使用部分匯編，最好的方法是將它以宏的形式定義在頭文件中。使用該頭文件在嚴(yán)格的ANSI模式下會(huì)出現(xiàn)警告。為了避免該類問題，可以使用_asm_代替asm，_volatile_代替volatile。這可以等同于別名。下面就是個(gè)例

26、程：#define BYTESWAP(val _asm_ _volatile_ ( "eor r3, %1, %1, ror #16nt" "bic r3, r3, #0x00FF0000nt" "mov %0, %1, ror #8nt" "eor %0, %0, r3, lsr #8" : "=r" (val : "0"(val : "r3", "cc" ;C 樁函數(shù)宏定義包含的是相同的代碼。這在大型routine中是不可以接受的。

27、這種情況下最好定義個(gè)樁函數(shù)。unsigned long ByteSwap(unsigned long valasm volatile ("eor r3, %1, %1, ror #16nt""bic r3, r3, #0x00FF0000nt""mov %0, %1, ror #8nt""eor %0, %0, r3, lsr #8": "=r" (val: "0"(val: "r3" ;return val;替換C變量的符號(hào)名默認(rèn)的情況下，GCC使用同函

28、數(shù)或者變量相同的符號(hào)名。你可以使用asm聲明，為匯編代碼指定一個(gè)不同的符號(hào)名unsigned long value asm("clock" = 3686400這個(gè)聲明告訴編譯器使用了符號(hào)名clock代替了具體的值。替換C函數(shù)的符號(hào)名為了改變函數(shù)名，你需要一個(gè)原型聲明，因?yàn)榫幾g器不接受在函數(shù)定義中出現(xiàn)asm關(guān)鍵字。extern long Calc(void asm ("CALCULATE"調(diào)用函數(shù)calc(將會(huì)創(chuàng)建調(diào)用函數(shù)CALCULATE的匯編指令。強(qiáng)制使用特定的寄存器局部變量可能存儲(chǔ)在一個(gè)寄存器中。你可以利用內(nèi)嵌匯編為該變量指定一個(gè)特定的寄存器。void Count(void register unsigned char counter asm("r3". some code.asm volatile("eor r3, r3, r3". more code.匯編指令“eor r3, r3, r3”，會(huì)將r3清零。Waring：該例子在到多數(shù)情況下是有問題的，因?yàn)檫@將和優(yōu)化器相沖突。因?yàn)镚CC不會(huì)預(yù)留其它寄存器。要是優(yōu)化器認(rèn)為該變量在以后一段時(shí)間沒有使用，那么該寄存器將會(huì)被再次使用。但是編譯器并沒有能力去檢查是否和編譯器預(yù)先定義的寄存器有沖突。如果你用這種方式指定了太多的寄存器，編譯器