在ARM芯片上编译成ASM，为什么只使用r1、r2和r3寄存器

Question

我刚刚开始研究 Raspberry Pi 上的 ARM 程序集（任何指向优秀文档的链接都会在 cmets 中得到赞赏）

我有一个 C++ 程序，我使用以下命令编译到 Assembler

 g++ -S -fverbose-asm -march=armv6j -mtune=arm1176jzf-s file.cpp

然后我可以检查 file.s，这很好，而且有点道理。但是我认为 ARM 芯片有 15 个通用寄存器我对这段代码的阅读是它只使用 r1 - r3

mov     r3, r3, asl #1  @ tmp166, tmp166,
add     r3, r3, r2      @ tmp166, tmp166, D.24883
mov     r2, r3, asl #3  @ tmp167, tmp166,
add     r3, r3, r2      @ tmp166, tmp166, tmp167
rsb     r2, r3, r1      @ D.24883, tmp166, tmp161

我在生成的代码中看不到出现高于 r3 的寄存器。有什么我从根本上理解的吗？这有充分的理由吗？还是生成的代码不是最优的？

更新

1. 如果我用-O2 编译它确实使用了更多的寄存器，所以我假设这是GCC 选择做的事情。不太清楚为什么或哪个开关控制此行为。
2. 我还读到 r1 -r4 可以在不重置其状态的情况下使用，所以我猜对于小函数来说这更有效？

Answer 1

ARM ABI，在其他处理器家族中并不少见，就是当编译器为目标生成代码时，一些寄存器用于传入参数，一个/一些寄存器用于返回结果，还有一些寄存器不必保留，基本上您可以放心使用它们，如果您需要使用它们，您需要保留的其余寄存器（推入/弹出堆栈）。

arm 使用 r0-r3 传入参数，使用 r0 返回结果。 r0-r3 也被认为是一次性的（可能还有一个更高的寄存器），所以如果程序足够简单并且不需要太多寄存器，它将尝试使用 r0-r3 来提高性能（不需要使用堆栈）。

编写高级代码来驱动机器代码是一门艺术形式，您需要了解编译器和处理器等。您走在正确的道路上，但需要编写更多函数来编译和检查生成的机器代码。

Answer 2

寄存器的使用由两个约束定义，然后它们的使用效率取决于编译器。

• ABI
• ARM/Thumb 执行状态

ABI 是一种约定，顾名思义就是提供二进制兼容性。 ARM ABI，ABI 的一部分定义了哪些寄存器用于函数调用。 ARM ABI 状态 r0-r3 用于函数调用。支持 ARM ABI 的 ARM 编译器需要以这种方式运行，这意味着这是对寄存器使用的约束。

另一个限制是 ARM/Thumb 执行模式。一些 ARM CPU 可以在 Thumb 执行模式下运行，其中大多数指令只能访问 ARM 内核寄存器的前 8 个寄存器，r0-r7 (ARM ARM 4.1)。这也限制了编译器可以使用多少个寄存器。

其余取决于编译器的质量、优化模式和调试支持。

Answer 3

可能您的代码不够复杂，需要更多寄存器。