有副作用的内联汇编答案

【问题标题】：inline asm with sideeffects有副作用的内联汇编
【发布时间】：2014-01-31 17:05:36
【问题描述】：

我想使用带有 clang 3.4 的 ARMv7 的内联汇编，以便编写访问 CPU 控制寄存器的低级代码。作为测试，我编写了一个程序，它从寄存器中读取数据，有条件地修改一些位，然后写回新值。

但是，当我查看生成的机器代码时，整个比特摆弄已经被优化掉了。显然我没有使用正确的 asm 约束来告诉 clang 写入寄存器的结果取决于正在写入的内容。（我只使用了一个简单的“volatile”修饰符）。

我应该如何编写内联 asm 代码以便 clang 生成正确的 asm？这是代码test.c

typedef unsigned int uint32_t;

// code that reads and writes the ID_PFR1 register

uint32_t read_ID_PFR1() {
  uint32_t a;
  asm volatile ("mrc     p15, 0, %0, c0, c1, 1" : : "r"(a) : );
  return a;
}

void write_ID_PFR1(uint32_t a) {
  asm volatile ("mcr     p15, 0, %0, c0, c1, 1" :"=r"(a) :  :  );
}

// regular c code that modifies the register

uint32_t foo(uint32_t b) {
  uint32_t a;
  a = read_ID_PFR1();
  write_ID_PFR1(b);
  return a+b;
}

void bit_fiddle() {
  uint32_t a;
  a = read_ID_PFR1();
  if ((a & 0x3) == 1) {
    a |= 1<<2;
  }
  a |= 1<<3;
  write_ID_PFR1(a);
}

我用

编译过

clang-3.4 -target armv7a-none-eabi test.c -o test -O3

这是生成的机器码

$ arm-linux-gnueabi-objdump -S test

test:     file format elf32-littlearm


Disassembly of section .text:

00000000 <read_ID_PFR1>:
   0:   ee100f31    mrc 15, 0, r0, cr0, cr1, {1}
   4:   e12fff1e    bx  lr

00000008 <write_ID_PFR1>:
   8:   ee000f31    mcr 15, 0, r0, cr0, cr1, {1}
   c:   e12fff1e    bx  lr

00000010 <foo>:
  10:   ee100f31    mrc 15, 0, r0, cr0, cr1, {1}
  14:   ee000f31    mcr 15, 0, r0, cr0, cr1, {1}
  18:   e12fff1e    bx  lr

0000001c <bit_fiddle>:
  1c:   ee100f31    mrc 15, 0, r0, cr0, cr1, {1}
  20:   ee000f31    mcr 15, 0, r0, cr0, cr1, {1}
  24:   e12fff1e    bx  lr

正如您在 <bit_fiddle> 中看到的，mrc 和 mcr 指令之间没有任何内容。还可以查看foo 如何在生成的机器代码中无法将a+b 加在一起。

【问题讨论】：

尝试用clang-3.4 -target armv7a-none-eabi test.c -o test -O0编译
我只是混淆了“r”和“=r”约束吗？应该反过来吗？

标签： c assembly arm clang inline-assembly

【解决方案1】：

你很接近。 "=" 表示操作数是只写的：

在使用约束时，为了更精确地控制约束，GCC 为我们提供了约束修饰符。主要使用约束修饰符是

"=" ：表示该操作数对该指令是只写的；这先前的值被丢弃并替换为输出数据。 “＆“ ：方法这个操作数是一个 earlyclobber 操作数，之前修改过该指令使用输入操作数完成。因此，这操作数不得位于用作输入操作数的寄存器中或作为任何内存地址的一部分。输入操作数可以绑定到 earlyclobber 操作数，如果它仅用作输入发生在早期结果已写入。

输入和输出由:分隔的列表中的顺序决定

  asm ( assembler template 
       : output operands                  /* optional */
       : input operands                   /* optional */
       : list of clobbered registers      /* optional */
       );

【讨论】：

【解决方案2】：

我以错误的方式使用了“r”和“=r”约束。 write 应该有一个输入约束，read 应该有一个输出约束。

这是这样做的方法：

uint32_t read_ID_PFR1() {
  uint32_t a;
  asm volatile ("mrc     p15, 0, %0, c0, c1, 1" : "=r"(a) : : );
  return a;
}

void write_ID_PFR1(uint32_t a) {
  asm volatile ("mcr     p15, 0, %0, c0, c1, 1" : : "r"(a) :  );
}

这是为bit_fiddle生成的代码：

00000020 <bit_fiddle>:
  20:   ee100f31    mrc 15, 0, r0, cr0, cr1, {1}
  24:   e2001003    and r1, r0, #3
  28:   e3510001    cmp r1, #1
  2c:   03800004    orreq   r0, r0, #4
  30:   e3800008    orr r0, r0, #8
  34:   ee000f31    mcr 15, 0, r0, cr0, cr1, {1}
  38:   e12fff1e    bx  lr

挺好看的……

【讨论】：