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《從0學arm合集》

一、gcc 內聯(lián)匯編

內聯(lián)匯編即在C中直接使用匯編語句進行編程，使程序可以在C程序中實現(xiàn)C語言不能完成的一些工作，例如，在下面幾種情況中必須使用內聯(lián)匯編或嵌入型匯編。

程序中使用飽和算術運算(Saturating Arithmetic)

程序需要對協(xié)處理器進行操作

在C程序中完成對程序狀態(tài)寄存器的操作

格式：

__asm__?__volatile__("asm?code"
?:output
?:input
?:changed?registers);?

asm或__asm__開頭，小括號+分號，括號內容寫匯編指令。指令+\n\t 用雙引號引上。

參數(shù)

「asm code」主要填寫匯編代碼：

"mov?r0,?r0\n\t"?
"mov?r1,r1\n\t"?
"mov?r2,r2"

「output(asm->C)」用于定義輸出的參數(shù)，通常只能是變量：

:"constraint"?(variable)
"constraint"用于定義variable的存放位置：
?r?表示使用任何可用的寄存器
?m?表示使用變量的內存地址
?+?可讀可寫
?=?只寫
?&?表示該輸出操作數(shù)不能使用輸入部分使用過的寄存器，只能用"+&"或"=&"的方式使用

「input(C->asm)」用于定義輸入的參數(shù)，可以是變量也可以是立即數(shù)：

:"constraint"?(variable/immediate)
"constraint"用于定義variable的存放位置：
?r?表示使用任何可用的寄存器(立即數(shù)和變量都可以)
?m?表示使用變量的內存地址
?i?表示使用立即數(shù)

Note:

使用__asm__和__volatile__表示編譯器將不檢查后面的內容，而是直接交給匯編器。

如果希望編譯器為你優(yōu)化，__volatile__可以不加

沒有asm code也不能省略""

沒有前面的和中間的部分，不可以相應的省略:

沒有changed 部分，必須相應的省略:

最后的;不能省略，對于C語言來說這是一條語句

匯編代碼必須放在一個字符串內，且字符串中間不能直接按回車換行，可以寫成多個字符串，注意中間不能有任何符號，這樣就會將兩個字符串合并為一個

指令之間必須要換行，還可以使用\t使指令在匯編中保持整齊

舉例

例1：無參數(shù)，無返回值 這種情況，output和input可以省略：

?asm
?(?//匯編指令
??"mrs?r0,cpsr?????\n\t"
??"bic?r0,r0,#0x80?\n\t"
??"msr?cpsr,r0?????\n\t"
?);

例2：有參數(shù) ，有返回值 讓內聯(lián)匯編做加法運算，求a+b，結果存在c中

?int?a?=100，?b?=200，?c?=0;
?asm
?(
??"add?%0,%1,%2\n\t"
??:?"=r"(c)
??:?"r"(a),"r"(b)
??:?"memory"
?);

%0 對應變量c %1 對應變量a %2 對應變量b

例3：有參數(shù) 2 ，有返回值

讓內聯(lián)匯編做加法運算，求a+b，結果存在sum中，把a-b的存在d中

?asm?volatile("add?%[op1],%[op2],%[op3]\n\t""sub?%[op4],%[op2],%[op3]\n\t"
??:[op1]"=r"(sum),[op4]"=r"(d)
??:[op2]"r"(a),[op3]"r"(b)
??:"memory"
?);

%0 對應變量c %1 對應變量a %2 對應變量b

三、ATPCS規(guī)則：(ARM、thumber程序調用規(guī)范)

為了使單獨編譯的C語言程序和匯編程序之間能夠相互調用,必須為子程序之間的調用規(guī)定一定的規(guī)則.ATPCS就是ARM程序和THUMB程序中子程序調用的基本規(guī)則。

基本ATPCS規(guī)定了在子程序調用時的一些基本規(guī)則，包括下面3方面的內容：

各寄存器的使用規(guī)則及其相應的名稱。

數(shù)據棧的使用規(guī)則。

參數(shù)傳遞的規(guī)則。

1. 寄存器的使用必須滿足下面的規(guī)則：

• 1)子程序間通過寄存器R0一R3來傳遞參數(shù)，這時，寄存器R0～R3可以記作A1-A4。被調用的子程序在返回前無需恢復寄存器R0～R3的內容。

• 2)在子程序中，使用寄存器R4～R11來保存局部變量．這時，寄存器 R4 ～ R11可以記作V1 ～ V8。如果在子程序中使用到了寄存器V1～V8中的某些寄存器，子程序進入時必須保存這些寄存器的值，在返回前必須恢復這些寄存器的值；對于子程序中沒有用到的寄存器則不必進行這些操作。在Thumb程序中，通常只能使用寄存器R4～R7來保存局部變量。

• 3)寄存器R12用作過程調用時的臨時寄存器(用于保存SP，在函數(shù)返回時使用該寄存器出棧)， 記作ip。在子程序間的連接代碼段中常有這種使用規(guī)則。

• 4)寄存器R13用作數(shù)據棧指針，記作sp。在子程序中寄存器R13不能用作其他用途。寄存器sp在進入子程序時的值和退出子程序時的值必須相等。

• 5)寄存器R14稱為連接寄存器，記作lr。它用于保存子程序的返回地址。如果在子程序中保存了返回地址，寄存器R14則可以用作其他用途。

• 6)寄存器R15是程序計數(shù)器，記作pc。它不能用作其他用途。

ATPCS下ARM寄存器的命名：

寄存器別名功能

R0	a1	工作寄存器
R1	a2	工作寄存器
R2	a3	工作寄存器
R3	a4	工作寄存器
R4	v1	必須保護;局部變量寄存器
R5	v2	必須保護;局部變量寄存器
R6	v3	必須保護;局部變量寄存器
R7	v4	必須保護;局部變量寄存器
R8	v5	必須保護;局部變量寄存器
R9	v6	必須保護;局部變量寄存器
R10	sl	棧限制
R11	fp	幀指針
R12	ip	指令指針
R13	sp	棧指針
R14	lr	連接寄存器

2、堆棧使用規(guī)則：

ATPCS規(guī)定堆棧為FD類型，即滿遞減堆棧。并且堆棧的操作是8字節(jié)對齊。

而對于匯編程序來說,如果目標文件中包含了外部調用,則必須滿足以下條件:

外部接口的數(shù)據棧一定是8位對齊的，也就是要保證在進入該匯編代碼后,直到該匯編程序調用外部代碼之間,數(shù)據棧的棧指針變化為偶數(shù)個字;

在匯編程序中使用PRESERVE8偽操作告訴連接器,本匯編程序是8字節(jié)對齊的.

3、參數(shù)的傳遞規(guī)則：

根據參數(shù)個數(shù)是否固定,可以將子程序分為參數(shù)個數(shù)固定的子程序和參數(shù)個數(shù)可變的子程序.這兩種子程序的參數(shù)傳遞規(guī)則是不同的.

1.參數(shù)個數(shù)可變的子程序參數(shù)傳遞規(guī)則

對于參數(shù)個數(shù)可變的子程序,當參數(shù)不超過4個時,可以使用寄存器R0~R3來進行參數(shù)傳遞,當參數(shù)超過4個時,還可以使用數(shù)據棧來傳遞參數(shù).

在參數(shù)傳遞時,將所有參數(shù)看做是存放在連續(xù)的內存單元中的字數(shù)據。然后,依次將各名字數(shù)據傳送到寄存器R0,R1,R2,R3; 如果參數(shù)多于4個,將剩余的字數(shù)據傳送到數(shù)據棧中,入棧的順序與參數(shù)順序相反,即最后一個字數(shù)據先入棧.

按照上面的規(guī)則,一個浮點數(shù)參數(shù)可以通過寄存器傳遞,也可以通過數(shù)據棧傳遞,也可能一半通過寄存器傳遞，另一半通過數(shù)據棧傳遞。

舉例：

?void?func(a,b,c,d,e)
????a?--?r0
????b?--?r1
????c?--?r2
????d?--?r3
????e?--?棧

2.參數(shù)個數(shù)固定的子程序參數(shù)傳遞規(guī)則

對于參數(shù)個數(shù)固定的子程序,參數(shù)傳遞與參數(shù)個數(shù)可變的子程序參數(shù)傳遞規(guī)則不同,如果系統(tǒng)包含浮點運算的硬件部件。

浮點參數(shù)將按照下面的規(guī)則傳遞: (1)各個浮點參數(shù)按順序處理; (2)為每個浮點參數(shù)分配FP寄存器;

分配的方法是,滿足該浮點參數(shù)需要的且編號最小的一組連續(xù)的FP寄存器.第一個整數(shù)參數(shù)通過寄存器R0~R3來傳遞,其他參數(shù)通過數(shù)據棧傳遞.

3、子程序結果返回規(guī)則

• 1.結果為一個32位的整數(shù)時,可以通過寄存器R0返回.
• 2.結果為一個64位整數(shù)時,可以通過R0和R1返回，依此類推.
• 3.對于位數(shù)更多的結果,需要通過調用內存來傳遞.

舉例：
使用r0 接收返回值

?int?func1(int?m,?int?n)
??m??--?r0
??n??--?r1
??返回值給?r0

「為什么有的編程規(guī)范要求自定義函數(shù)的參數(shù)不要超過4個？」答：因為參數(shù)超過4個就需要壓棧退棧，而壓棧退棧需要增加很多指令周期。對于參數(shù)比較多的情況，我們可以把數(shù)據封裝到結構體中，然后傳遞結構體變量的地址。

四、C語言和匯編相互調用

C和匯編相互調用要特別注意遵守相應的ATPCS規(guī)則。

1. C調用匯編

例1：c調用匯編文件中函數(shù)帶返回值 簡化代碼如下，代碼架構可以參考《7. 從0開始學ARM-GNU偽指令、代碼編譯，lds使用》。

;.asm?????????????????????????????????????
add:
?add?r2,r0,r1
?mov?r0,r2
????MOV?pc,?lr

main.c

extern?int?add(int?a,int?b);

printf("%d?\n",add(2,3));

a->r0,b->r1

返回值通過r0返回計算結果給c代碼

例2，用匯編實現(xiàn)一個strcopy函數(shù)

;.asm?
.global?strcopy
strcopy:??????;R0指向目的字符串?;R1指向源字符串?
?LDRB?R2,?[R1],?#1???;加載字字符并更新源字符串指針地址?
?STRB?R2,?[R0],?#1???;存儲字符并更新目的字符串指針地址?
?CMP?R2,?#0???;判斷是否為字符串結尾?
?BNE?strcopy???;如果不是，程序跳轉到strcopy繼續(xù)循環(huán)?
?MOV?pc,?lr???;程序返回
//.c?
#include??
extern?void?strcopy(char*?des,?const?char*?src);?
int?main(){?
?const?char*?srcstr?=?"yikoulinux";?
?char?desstr[]="test";
?strcopy(desstr,?srcstr);?
?return?0;?
}

2. 匯編調用C

//.c?
int?fcn(int?a,?int?b?,?int?c,?int?d,?int?e){?
?return?a+b+c+d+e;?
}
;.asm?;
.text?.global?_start?
_start:?
?STR?lr,?[sp,?#-4]!?;保存返回地址lr?
?ADD?R1,?R0,?R0?;計算2*i(第2個參數(shù))?
?ADD?R2,?R1,?R0?;計算3*i(第3個參數(shù))?
?ADD?R3,?R1,?R2?;計算5*i?
?STR?R3,?[SP,?#-4]!?;第5個參數(shù)通過堆棧傳遞?
?ADD?R3,?R1,?R1?;計算4*i(第4個參數(shù))?
?BL?fcn?;調用C程序?
?ADD?sp,?sp,?#4?;從堆棧中刪除第五個參數(shù)?
?.end

假設程序進入f時，R0中的值為i ;

int?f(int?i){
?return?fcn(i,?2*i,?3*i,?4*i,?5*i);
}?

五、內核實例

為了讓讀者有個更加深刻的理解， 以內核中的例子為例：

arch/arm/kernel/setup.c

void?notrace?cpu_init(void)?{
????unsigned?int?cpu?=?smp_processor_id();－－－－獲取CPU?ID?
????struct?stack?*stk?=?&stacks[cpu];－－－－獲取該CPU對于的irq?abt和und的stack指針
……
#ifdef?CONFIG_THUMB2_KERNEL?
#define?PLC????"r"－－－－Thumb-2下，msr指令不允許使用立即數(shù)，只能使用寄存器。?
#else?
#define?PLC????"I"?
#endif????__asm__?(?
????"msr????cpsr_c,?%1\n\t"－－－－讓CPU進入IRQ?mode?
????"add????r14,?%0,?%2\n\t"－－－－r14寄存器保存stk->irq?
????"mov????sp,?r14\n\t"－－－－設定IRQ?mode的stack為stk->irq?
????"msr????cpsr_c,?%3\n\t"?
????"add????r14,?%0,?%4\n\t"?
????"mov????sp,?r14\n\t"－－－－設定abt?mode的stack為stk->abt?
????"msr????cpsr_c,?%5\n\t"?
????"add????r14,?%0,?%6\n\t"?
????"mov????sp,?r14\n\t"－－－－設定und?mode的stack為stk->und?
????"msr????cpsr_c,?%7"－－－回到SVC?mode?
????????:－－－－上面是code，下面的output部分是空的?
????????:?"r"?(stk),－－－－對應上面代碼中的%0?
??????????PLC?(PSR_F_BIT?|?PSR_I_BIT?|?IRQ_MODE),－－－－對應上面代碼中的%1?
??????????"I"?(offsetof(struct?stack,?irq[0])),－－－－對應上面代碼中的%2?
??????????PLC?(PSR_F_BIT?|?PSR_I_BIT?|?ABT_MODE),－－－－以此類推，下面不贅述
??????????"I"?(offsetof(struct?stack,?abt[0])),?
??????????PLC?(PSR_F_BIT?|?PSR_I_BIT?|?UND_MODE),?
??????????"I"?(offsetof(struct?stack,?und[0])),?
??????????PLC?(PSR_F_BIT?|?PSR_I_BIT?|?SVC_MODE)?
????????:?"r14");－－－－上面是input操作數(shù)列表，r14是要clobbered?register列表?
}

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總結

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