gnu C語言中嵌入式匯編

bluedrum

Andrew Huang <bluedrum@163.com> 轉(zhuǎn)載請注明作者及出處

一.嵌入式匯編關(guān)健字 asm

  

   在所有C程序中,嵌入式匯編的寫法有asm{} asm(), __asm__ __volatile__ ("");其中asm 和 __asm 含義是一樣的.

  而ARM的C編譯器中,主流是兩大類,一類ARM公司出品的ARMCC,另一類用得更廣的是gnu 的匯編,兩者嵌入式匯編語法主和格式,有著很多細(xì)節(jié)微差別,這里主要討論 Gnu格式的.

  ARM的嵌入式匯編是沒有引號,用花括號包括進(jìn)來,如下格式,多行之間直接采用回車分隔,語法采用ARM匯編格式.后文將不討論

     asm { 

        nop 

       mvn r0,#0

    }

 

  __voliatie 主要主要讓編譯不要對讀寫進(jìn)行優(yōu)化.

  GNU 嵌入式匯編格式,用gcc編譯的匯編必須滿足如下格式

•      一般以  __asm __volatile打頭,用()包括起來,
• 每句語句用""包括起來  
• 多語句之間用 \n或\nt分隔
• 專用寄存器用%%的打頭表示,

以下就是一個簡單的嵌入式匯編格式

     

1. __asm__ __volatile__ (
2. "mov %0, #55\n"
3. "mov %1, #66\n"
4. "xor %%eax, %%eax\n"
5. )

 

1. asm(
2. "mov r0, r0\n\t"
3. "mov r0, r0\n\t"
4. "mov r0, r0\n\t"
5. "mov r0, r0"
6. );

 關(guān)于嵌入式匯編,可以參見如下文章

   <<ARM GCC Inline Assembler Cookbook>>

  http://www.ethernut.de/en/documents/arm-inline-asm.html

<<Using Inline Assembly With gcc>>

  http://www.cs.virginia.edu/~clc5q/gcc-inline-asm.pdf

  

二.嵌入式匯編與C的數(shù)據(jù)交互

  一般嵌入式匯編是一段特定代碼,因此有可以從C語言變量中讀取數(shù)據(jù),或者把處理后的數(shù)據(jù)交給C程序.

  2.1 從C變量取值.

    一般是從局域變量中取值,按定義的先后,用%0到%9表示,最多10個變量.

   比如下代碼

      asm("add %1,%2"); 

    

  2.2 向C程序返回結(jié)果.

    這里要用更復(fù)雜的分段式表達(dá)式.完整的嵌入式匯編分為四大部分:

      匯編代碼部分(code),輸出部分(output operand list )，輸入部分(input operand list )，破壞段(clobber list)部分,每一部分用":"分開.

     

     其中匯編語句段就一般的匯編指令,可以是多句.

     其中輸出部分即是向C變量賦值的部分.

     我們看如下示例

    

      asm("mov %0, %1, ror #1" : "=r" (result) : "r" (value));

     這里的語句部分是 "mov %0,%1,ror 1",這里把%1的值賦給%0,并且與1作位與.

     :后是輸出部 "=r(result)", 

      而且"r" (value)是輸入部,

     這里破壞部省略.

  2.3 輸出部格式

     在上例中 =r(result), =表示只用輸出,r表示通用寄存器的值賦給變量,result表示輸出C變量名字.

    這個"=r(result)"的完整意思是把結(jié)果賦給result.

    其中除 =外,還有其它保留字

•       = 只寫/輸出變量
•       + 可讀可寫變量
•       &  該輸出操作數(shù)不能使用輸入操作數(shù)相同的寄存器

     

    而輸出部的關(guān)健字除r外,還有其它很多.它們用來表示輸出變量與前一部分語句中操作寄存器的關(guān)系,

      

    r 把r0~r15的值賦給變量

    f 使用浮點(diǎn)的寄存器f0~f15

    m 任意內(nèi)存地址

    a, b.c d 表示要求使用寄存器eax/ax/al, ebx/bx/bl, ecx/cx/cl或edx/dx/dl

    

這里有一個完整的表格

   

Constraint	Usage in ARM state	Usage in Thumb state
f	Floating point registers f0 .. f7	Not available
h	Not available	Registers r8..r15
G	Immediate floating point constant	Not available
H	Same a G, but negated	Not available
I	Immediate value in data processing instructions e.g. ORR R0, R0, #operand	Constant in the range 0 .. 255 e.g. SWI operand
J	Indexing constants -4095 .. 4095 e.g. LDR R1, [PC, #operand]	Constant in the range -255 .. -1 e.g. SUB R0, R0, #operand
K	Same as I, but inverted	Same as I, but shifted
L	Same as I, but negated	Constant in the range -7 .. 7 e.g. SUB R0, R1, #operand
l	Same as r	Registers r0..r7 e.g. PUSH operand
M	Constant in the range of 0 .. 32 or a power of 2 e.g. MOV R2, R1, ROR #operand	Constant that is a multiple of 4 in the range of 0 .. 1020 e.g. ADD R0, SP, #operand
m	Any valid memory address
N	Not available	Constant in the range of 0 .. 31 e.g. LSL R0, R1, #operand
O	Not available	Constant that is a multiple of 4 in the range of -508 .. 508 e.g. ADD SP, #operand
r	General register r0 .. r15 e.g. SUB operand1, operand2, operand3	Not available
w	Vector floating point registers s0 .. s31	Not available
X	Any operand

     

 

 

       常見實(shí)例

      :"=&r" (__val), "=m" (*mem) 

      

 2.4 輸入部分格式

    可以看是輸入變量的聲明,格式:關(guān)系關(guān)健字(變量名) ,關(guān)系關(guān)健字與輸入段類型,,所以這一個段經(jīng)常可以省略.

   如 r(result)

   可以還可以加上%的限定,表示可以變量對應(yīng)的%0,%1之類變量可以交換位置,比如add加數(shù),放前放后均可.

  :"r"(result) 表示%0是C變量result的值

  : "%r"(x),"r"(y) 

  還有常量0表示與第一個輸出數(shù)相同

 如下示例

    asm("mov %0, %0, ror #1" : "=r" (value) : "0" (value))

  

 2.5 破壞段(clobber list)格式

   表示匯編代碼產(chǎn)生什么樣后果,一般是"memory",表示內(nèi)存發(fā)現(xiàn)變化

   :"memory"

   除此之多,還有cc,表示改變條件代碼寄存器(condition  code register),如果一個寄存器名字,如r12,表示代碼修改了r12.

  參見下面的代碼,其中省略了輸出段和輸入段

   

1. asm volatile("mrs r12, cpsr\n\t"
2. "orr r12, r12, #0xC0\n\t"
3. "msr cpsr_c, r12\n\t" ::: "r12", "cc");

   

1. asm volatile("mrs r12, cpsr\n"
2. "bic r12, r12, #0xC0\n"
3. "msr cpsr_c, r12" :: "X" (c) : "r12", "cc"

1. __asm__ __volatile__ (
2. "loop:\n"
3. "ldrb r1, [%0], #1\n"
4. "strb r1, [%1], #1\n"
5. "cmp r1, #0\n"
6. "bne loop\n"
7. :
8. : "r" (a), "r" (b)
9. : "r0", "r1", "memory"
10. );

2.6 使用把匯編代碼段定義成宏

  這時建議使用 __asm__來代替 __asm ,__volatile__代替 __valatile,這樣在ANSI C沒有編譯警告

  

1. #define BYTESWAP(val) \
2. __asm__ __volatile__ ( \
3. "eor r3, %1, %1, ror #16\n\t" \
4. "bic r3, r3, #0x00FF0000\n\t" \
5. "mov %0, %1, ror #8\n\t" \
6. "eor %0, %0, r3, lsr #8" \
7. : "=r" (val) \
8. : "0"(val) \
9. : "r3", "cc" \
10. );

  2.7 代碼段內(nèi)部標(biāo)簽,

    這個可以在一個代碼段使用標(biāo)簽,但是不能從一個段跳到另一個段的標(biāo)簽里.標(biāo)簽用1: 2:這樣的定義方法.用b 語句跳轉(zhuǎn) ,如 bne 1b

   參見如下實(shí)例

    

1. #define __arch_compare_and_exchange_val_64_rel(mem, newval, oldval) \
2. ({ \
3. __typeof (*(mem)) __tmp; \
5. __typeof (mem) __memp = (mem); \
7. __asm __volatile (__ARCH_REL_INSTR "\n" \
8. "1: ldarx %0,0,%1" MUTEX_HINT_REL "\n" \
9. " cmpd %0,%2\n" \
10. " bne 2f\n" \
11. " stdcx. %3,0,%1\n" \
12. " bne- 1b\n" \
13. "2: " \
14. : "=&r" (__tmp) \
15. : "b" (__memp), "r" (oldval), "r" (newval) \
16. : "cr0", "memory"); \
17. __tmp; \
18. })