ARM64基础11:GCC内嵌汇编补充

谁借莪１个温暖的怀抱￠ 2022-09-10 08:13 274阅读 0赞

**目的：**  
(1)优化，对特定代码进行优化；  
(2)C语言需要访问某些特殊指令来实现特殊功能，比如内存屏障指令；

# 内嵌汇编两种模式： #

基础内嵌汇编：不带参数；  
扩展的内嵌汇编：C语言变量参数；

## (1)基础内嵌汇编 ##

**格式**：  
**asm关键字**：表明是一个GNU扩展；  
**修饰词(qualifiers)**  
volatile:基础内嵌汇编中，通常不需要；  
inline:内敛，asm代码会尽可能小；

**汇编代码块**：  
GCC编译器把内嵌汇编当成一个字符串；  
GCC编译器不会去解析和分析内嵌汇编；  
多条汇编指令，需要使用“\\n\\t”换行；  
GCC的优化器，可能乱序汇编指令，如果需要保持汇编指令的顺序，最好使用多个内嵌汇编的方式；  
内核arch/arm64/include/asm/barrier.h文件  
![在这里插入图片描述][f109cb7b13734fc0becc027ac6b9326f.png]

## (2)扩展内嵌汇编 ##

asm asm-qualifiers(
    				Assembler Template;
    				:outputOperands
    				:inputOperands
    				[:Clobbers])

**格式**：  
asm关键字：表明是一个GNU扩展；  
**修饰词(qualifiers)**：  
volatile:用来关闭GCC优化；  
inline: 内敛，减小汇编代码尺寸；  
goto:在内嵌汇编里会跳转到C语言的label;  
**输出部**：  
用于描述在指令部中可以被修改的C语言变量以及约束条件；  
每个约束通常以"="开头，接着的字母表示对操作类型的说明，然后是关于变量结合的约束；

“=+”+约束修饰符+变量

“=”表示被修饰的操作数具有可写属性；  
“+”表示被修饰的操作数具有可读可写属性；  
输出部可以是空的；

**输入部：**  
用来描述在指令部中，只读的C语言变量以及约束条件；  
输入部描述的参数，是只读属性，不要修改参数内容，因为GCC编译器假定输入部参数，在内嵌汇编前后是一致的；  
输入部中不能使用"=/+"约束条件，编译器会报错；  
输入部可以是空的；

**损坏部：**  
“memory”告诉GCC内嵌汇编指令 改变了内存的值，强迫编译器在执行该汇编代码前，存储所有缓存的值，在执行完汇编代码之后重新加载该值，目的是防止编译乱序；  
“cc”:表示内嵌汇编代码影响状态寄存器相关的标志位；

内核里的实例，arch/arm64/include/asm/barrier.h  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA56eR5a2m6L6555WM_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
扩展内嵌汇编指令部中的参数表示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA56eR5a2m6L6555WM_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]  
案例1，用内嵌汇编实现memcpy：

static void my_memcpy_asm_test(unsigned long src, unsigned long dst,unsigned long counter)
      { 
          unsigned long tmp;
          unsigned long end = src+counter;
      
          asm volatile(
                  "1: ldr %1, [%2], #8\n"
                  "str %1, [%0], #8\n"
                  "cmp %2, %3\n"
                  "b.cc 1b"
                  :"+r"(dst),"+r"(tmp),"+r"(src)   //output list, can write and read
                  :"r"(end)                        //input list, readonly
                  :"memory"
                  );
      }

# 使用汇编符号名实现内嵌汇编： #

static void my_memcpy_asm_test(unsigned long src, unsigned long dst,unsigned long counter)
      { 
          unsigned long tmp;
          unsigned long end = src+counter;
      
          asm volatile(
                  "1: ldr %[tmp], [%[src]], #8\n"
                  "str %[tmp], [%[dst]], #8\n"
                  "cmp %[src], %[end]\n"
                  "b.cc 1b"
                  :[dst]"+r"(dst),[tmp]"+r"(tmp),[src]"+r"(src)   //output list, can write and read
                  :[end]"r"(end)                        //input list, readonly
                  :"memory"
                  );  
      }

# 内嵌汇编与宏结合 #

#define MY_OPS(ops,asm_ops) \ static inline my_asm_##ops(unsigned long mask, void *p) \ { \ unsigned long tmp; \ asm volatile( \ "ldr %1, [%0]\n" \ " "#asm_ops" %1, %1, %2\n" \ "str %1,[%0]\n" \ : "+r"(p), "+r"(tmp) \ :"r"(mask) \ : "memory" \ ); \ }
      
      MY_OPS(and, and)
      MY_OPS(or, orr)
      MY_OPS(andnot, bic)
      
      static void my_ops_test(void)
      { 
          unsigned long p;
      
          p = 0xf;
          my_asm_and(0x2, &p);
          printk("test and:p=0x%x\n",p);
      
          p = 0x0;
          my_asm_or(0x3, &p);
          printk("test or:p=0x%x\n",p);
      
          p = 0x3;
          my_asm_andnot(0x2, &p);
          printk("test andnot:p=0x%x\n",p);
      }

## 技巧： ##

(1)使用了C语言宏中的“＃”和“＃＃”；  
“＃”：预处理器把这个参数转换为一个字符串；  
“＃＃”：是一种分隔链接方式，它的作用是先分隔，在进行强制链接；  
(2)通过一个宏来实现多个类似的函数，这是linux内核常用的技巧；

# 实现读和写系统寄存器的宏 #

//equals asm volatile("mrs %0,""#reg" :"=r"(_val)); _val;}
      #define read_sysreg(reg) ({ \ unsigned long _val; \ asm volatile("mrs %0,"#reg \ :"=r"(_val)); \ _val; \ })
      
      #define write_sysreg(val, reg) ({ \ unsigned long _val=(unsigned long)val; \ asm volatile("msr "#reg ",%0" \ ::"rZ"(_val)); \ })
      static test_sysregs(void)
      { 
          unsigned long el; 
      
          el = read_sysreg(CurrentEL);
          printk("el=%d\n",el>>2);
      
          write_sysreg(0x10000, vbar_el1);
          printk("read vbar:0x%x\n",read_sysreg(vbar_el1));
      }

# 实现从汇编到C代码的跳转 #

static void test_asm_goto(int a)                                                                                                           
      { 
          asm goto(
                  "cmp %w0, 1\n"
                  "b.eq %l[label]\n"
                  :        //必须为空
                  :"r"(a)
                  :"memory"
                  :label
                  );  
      
          return 0;
      label:
          printk("%s: a=%d.\n",__func__,a);
      }

goto模板的输出部必须为空；

[f109cb7b13734fc0becc027ac6b9326f.png]: /images/20220829/f274dec5297a43168176560899a0faf1.png
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[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA56eR5a2m6L6555WM_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]: /images/20220829/6b9586261f084a329015e08924067888.png