直接跳转到另一个 C++ 函数答案

【问题标题】：Directly Jump to another C++ function直接跳转到另一个 C++ 函数
【发布时间】：2023-03-15 04:00:02
【问题描述】：

我正在将一个小型学术操作系统从 TriCore 移植到 ARM Cortex（Thumb-2 指令集）。为了让调度器工作，我有时需要直接跳转到另一个函数而不修改堆栈或链接寄存器。

在 TriCore（或者更确切地说，在 tricore-g++）上，这个包装模板（适用于任何三参数函数）有效：

template< class A1, class A2, class A3 > 
inline void __attribute__((always_inline)) 
JUMP3( void (*func)( A1, A2, A3), A1 a1, A2 a2, A3 a3 ) {
    typedef void (* __attribute__((interrupt_handler)) Jump3)( A1, A2, A3);
    ( (Jump3)func )( a1, a2, a3 );
}

//example for using the template:
JUMP3( superDispatch, this, me, next );

这将生成汇编程序指令J（又名 JUMP）而不是 CALL，在跳转到（否则正常）C++ 函数 superDispatch(SchedulerImplementation* obj, Task::Id from, Task::Id to) 时，堆栈和 CSA 保持不变。

现在我需要在 ARM Cortex（或者更确切地说，对于 arm-none-linux-gnueabi-g++）上的等效行为，即生成 B（又名 BRANCH）指令而不是 BLX（又名带有链接的 BRANCH和交换）。但是 arm-g++ 没有 interrupt_handler 属性，我找不到任何等效属性。

于是我尝试求助asm volatile，直接写asm代码：

template< class A1, class A2, class A3 > 
inline void __attribute__((always_inline)) 
JUMP3( void (*func)( A1, A2, A3), A1 a1, A2 a2, A3 a3 ) {
    asm volatile (
                  "mov.w r0, %1;"
                  "mov.w r1, %2;"
                  "mov.w r2, %3;"
                  "b %0;"
                            :
                            : "r"(func), "r"(a1), "r"(a2), "r"(a3)
                            : "r0", "r1", "r2"
                  );
}

到目前为止，至少在我的理论中，一切都很好。 Thumb-2 需要在寄存器中传递函数参数，在这种情况下是 r0..r2，所以它应该可以工作。

但随后链接器死了

undefined reference to `r6'

在 asm 语句的右括号中......我不知道该怎么做。好吧，我不是 C++ 方面的专家，而且 asm 语法也不是很简单……所以有人给我提示吗？提示 arm-g++ 的正确 __attribute__ 是一种方法，修复 asm 代码的提示是另一种方法。另一种方法可能是在输入 asm 语句时告诉编译器 a1..a3 应该已经在寄存器 r0..r2 中（我调查了一下，但没有找到任何提示）。

【问题讨论】：

a1、a2、a3 是指针吗？尝试将它们转换为(void*)
ARM 中断处理程序的属性是interrupt。见gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Function-Attributes.html
@Mike：不，该属性仍会生成BLX 指令...
@osgx：它们不一定是指针......
您可以像这样将变量声明在特定的寄存器中：register int reg0 asm("r0") = a1;。 gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Extended-Asm.html

标签： c++ assembly systems-programming

【解决方案1】：

链接错误是由于试图使用分支指令跳转到一个指针引起的。这会生成类似b r6 的代码，因为r6 不是符号，所以链接失败。将分支指令改为mov pc,%0，应该会得到正确的跳转。

正如我在 cmets 中提到的，ARM 中断处理程序是使用 interrupt 属性声明的，但您发现这不会影响它们的调用方式。我想这是一个特定于平台的技巧，恰好在 TriCore 上做了正确的事情。

您可以尝试使用 GCC 的扩展语法 register int reg0 asm("r0") = a1; 而不是 volatile mov 指令在特定寄存器中声明变量。这可能允许编译器生成更好的代码。

【讨论】：

【解决方案2】：

好吧，我现在知道出了什么问题。

直接跳转到另一个函数的整个概念在 ARM Cortex 上没有实际意义，因为每次调用另一个函数时，TriCore 使用上下文保存区 (CSA) 来保存整个 CPU 上下文。将其视为第二个独立堆栈，随着每个CALL 增长并随着每个RET 缩小。每个 CSA 块的大小都是固定的。

另一方面，ARM Cortex 使用一个简单的标准堆栈（好吧，它知道系统堆栈和线程堆栈，但这在这里并不重要）——而 GCC 只是保存每个函数所需的内容，因此每个框架有不同的大小。因此，简单地跳转到另一个函数是不可能的，因为一旦跳转到的函数开始保存它使用的非易失性寄存器，堆栈就会损坏。

关于未定义对 r6 的引用的链接器错误......好吧，我应该更仔细地阅读指令集文档。 B 是到立即地址的无条件分支，BX 是期望寄存器中的分支地址的指令。我被手册中的指令列表愚弄了，其中BX 被简短地描述为“交换分支”。我不想交换任何东西，我想要一个简单的跳跃，所以我没有进一步阅读。

因此，在asm volatile 代码中将B 与BX 交换后，代码编译完成。但是，如上所述，整个概念无法按预期工作。也许其他人可以找到该代码的用例，我现在不得不求助于经典的函数调用......

【讨论】：