Sherlock's blog

有容乃大，无欲则刚

0%

C语言嵌入ARM64汇编

发表于 更新于
本文介绍在C语言嵌入汇编语言的方法，linux kernel里有很多这样的例子。这里在aarch64 平台下介绍，所有例子都是这个平台下的。网上的这篇文章已经有很好的介绍，大家可以 参阅： http://www.ethernut.de/en/documents/arm-inline-asm.html, http://ericw.ca/notes/a-tiny-guide-to-gcc-inline-assembly.html https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Extended-Asm.html

使用场景

嵌入汇编一般用在c语言无法使用的地方，比如要操作系统寄存器了，比如要直接调用
汇编指令完成功能了(内存屏障，刷cache), 还有就是要优化性能。Linux内核里和硬件
直接接触的体系架构相关的代码有很多是直接用汇编写的。

嵌入汇编的语法

asm volatile(code : output operand list : input operand list: clobber list);

其中volatile告诉编译器不要去优化这里的汇编代码。防止你辛苦写的汇编代码一下被
编译器优化的面目全非。output/input的定义是针对C语言里的变量，在汇编里是输入
还是输出，下面的input/output operand中，汇编里的变量都和C里的变量有绑定，这
很容易看出汇编里是只读某个C变量(input)，还是要对一个C变量做修改(output)。

有时你会看到这样的嵌入汇编代码：

1
asm("mov %[result], %[value], ror #1" : [result] "=r" (y) : [value] "r" (x) :)

但是一般的，比如在linux内核里你看到的是这样的：
1
asm("mov %0, %1, ror #1" : "=r" (result) : "r" (value));

唯一不同的是，code里和operand里参数的对应关系的写法。我们这里用第二种方法，
它的对应关系是，从output operand list到input operand list, 参数的命名从0开始，
依次是%0，%1…

operand list的一般格式是：”常量” (参数)。参数是和C语言里变量的接口，比如：

1
2
3
4
static inline void __raw_writel(u32 val, volatile void __iomem *addr)
{
	asm volatile("str %w0, [%1]" : : "rZ" (val), "r" (addr));
}

这里的val和addr就是C代码里的变量。常量的意义可以参考:
https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Constraints.html, 简单讲这个常量可以是r,
Q, m等，也可以再次被=，+， &等修饰。r, m, Q讲的是这个变量可以被编译器编译在
寄存器里，内存里，或者是通过指针再间接寻址下，=表示这个变量的老值可以被覆盖，
+表示这个变量可读可写。这里code里的w表示这个变量的位宽，w表示是32bit的，x表示
是64bit的。其中=/+不可能出现在input operand list里，因为它们都有写的语意。这里
再次注意，我们现在讨论的是aarch64下的汇编。

可以随便写一个程序，aarch64-linux-gnu-gcc -S xx.c编译下，看看生成的汇编代码
是怎么样的：

1
2
3
4
5
6
7
void test()
{
        int y = 0;
	int x = 1;

	asm volatile("add %w0, %w1, 1" : "=r" (y) : "r" (x) :);
}

下面是编译成的汇编代码：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
	.arch armv8-a
	.file	"embedded_asm.c"
	.text
	.align	2
	.global	test
	.type	test, %function
test:
	sub	sp, sp, #16
	str	wzr, [sp, 12]
	mov	w0, 1
	str	w0, [sp, 8]
	ldr	w0, [sp, 8]
#APP
// 6 "embedded_asm.c" 1
	add w0, w0, 1
// 0 "" 2
#NO_APP
	str	w0, [sp, 12]
	nop
	add	sp, sp, 16
	ret
	.size	test, .-test
	.ident	"GCC: (Linaro GCC 6.3-2017.05) 6.3.1 20170404"
	.section	.note.GNU-stack,"",@progbits

把r改成m后是这样的：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
test:
	sub	sp, sp, #16
	str	wzr, [sp, 12]
	mov	w0, 1
	str	w0, [sp, 8]
#APP
// 6 "embedded_asm.c" 1
	add [sp, 12], [sp, 8], 1
// 0 "" 2
#NO_APP
	nop
	add	sp, sp, 16
	ret

把r改成Q后是这样的：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
   test:
	sub	sp, sp, #16
	str	wzr, [sp, 12]
	mov	w0, 1
	str	w0, [sp, 8]
	add	x0, sp, 12
	add	x1, sp, 8
#APP
// 6 "embedded_asm.c" 1
	add [x0], [x1], 1
// 0 "" 2
#NO_APP
	nop
	add	sp, sp, 16
	ret

clobber的解释gcc上说是：告知编译器嵌入的汇编代码除了影响output operand里的
变量外，还对哪些寄存器或者是对内存会产生影响。把他们可以列到clobber list里面
来。寄存器直接列名字，两个特殊的clobber参数是”memory”和”cc”, cc表示会影响到
flags register，memory就会影响到input operant参数指向的内存。

举例

…