如何访问 AVR-libc 中的 PC 指针（使用程序集）？答案

【问题标题】：How to access the PC pointer (using assembly) in AVR-libc?如何访问 AVR-libc 中的 PC 指针（使用程序集）？
【发布时间】：2014-09-19 02:44:41
【问题描述】：

我正在尝试使用 AVR-gcc 在 AVR 程序集中编写一些条件跳转。根据AVR指令集手册，brxx指令接受一个操作数k，并跳转到PC+k+1。另外，根据http://www.avrbeginners.net/new/tutorials/jumps-calls-and-the-stack/ 的教程PDF，我应该可以使用PC 操作数像这样跳转：

brne PC+2

但是，当我编写这样的测试代码时：

#include <avr/io.h>
.section .text
.global main ; Note [5]
main:
    sbi _SFR_IO_ADDR(DDRA), PA0
    sbi _SFR_IO_ADDR(PORTA), PA0
    ldi 16, 0xFF
    cpi 16, 0xFF
    breq PC + 2
    cbi _SFR_IO_ADDR(PORTA), PA0
    rjmp end

end:
    rjmp end

我收到此错误：

avr-gcc -mmcu="atmega16" -DF_CPU="16000000UL" -O0 main.S -o main.o
/tmp/ccAa2ySf.o: In function `main':
(.text+0x8): undefined reference to `PC'
collect2: ld returned 1 exit status
make: *** [main.o] Error 1

显然 PC 没有在 AVR-libc 中定义。那我该怎么做这样的条件分支呢？谢谢！

更新 1

我发现了这个问题How can I jump relative to the PC using the gnu assembler for AVR?，发现gnu as 的语法是breq .+2。但是，我得到与该问题相同的错误。当我使用avr-objdump -d main.o 反汇编时，我确实得到了

  74:   01 f0           breq    .+0             ;  0x76

这与该问题的症状相同。我会尝试使用链接器脚本，但我没有这方面的经验。

更新 2

实际上我发现如果我在 breq 指令中使用偶数，比如breq .+2 或breq .+4，objdump 会显示正确的结果。但是，如果我使用奇数，它将变为breq .+0。谁能解释一下原因？

【问题讨论】：

标签： gcc assembly linker branch avr

【解决方案1】：

好的，现在完全重写了答案。这是我从编译的 C 代码的objdump 中了解到的。首先，binutils 对程序计数器使用字节寻址，而不是字寻址，并从当前指令之后的指令开始。这在以下代码中进行了解释：

#include <avr/io.h>
.section .text
.global main
main:
    sbi _SFR_IO_ADDR(DDRA), PA0
    sbi _SFR_IO_ADDR(PORTA), PA0
    ldi 16, 0xFF
    cpi 16, 0xFF
    breq .+4  ;; If we are executing here
    cbi _SFR_IO_ADDR(PORTA), PA0  ;; This is .+0, will be skipped
    cbi _SFR_IO_ADDR(PORTA), PA0  ;; This is .+2, will be skipped
    cbi _SFR_IO_ADDR(PORTA), PA0  ;; This is .+4, which will be executed
    rjmp end

end:
    rjmp end

显然，PC 宽度与相对地址无关。它只影响最大 PC 值，0xFF 或 0xFFF，所以无论我为什么 AVR 平台编译，binutils 使用两个字节作为指令。

附：我认为，如果我知道编译器如何工作的唯一方法是观察它是如何工作的，那可能意味着糟糕的文档？或者也许我只是不知道什么时候开始。如果有人看到这个，你能帮忙指点一些关于“这种事情”的有用的书吗？（我都不知道怎么形容）谢谢！

【讨论】：

binutils 使用 2 个字节，因为所有指令都生成“16 位操作码”。它不是 binutils，而是 AVR 指令集规范。

【解决方案2】：

8 位 MCU 并不意味着汇编指令被编码为 8 位操作码。来自 ATmega16 规范。

大多数 AVR 指令都有一个 16 位字格式。

相反，即使 ATmega 是 8 位 MCU，所使用的指令也被编码为 16 位操作码。查看“AVR 指令集”。这就是程序计数器 (PC) 表现如此的原因（仅分配给 16 位/2 字节对齐的地址）。如果它能够设置为 8 位/1 字节对齐的地址，它将尝试执行无效的操作码！

这是你要做的事情。将上面的示例编译为目标文件。然后反汇编文件（使用objdump -D）并查看生成的反汇编。指令的偏移量应该是 16 位对齐的。

【讨论】：

是的，我发现了。