有时为了高效,有时为了直接控制硬件,有些模块我们不得不直接用汇编语言来编写,并且对外提供调用的接口,隐藏细节,这其实就是内联汇编。如何使用内联汇编?我们就以 GCC 为例,一窥其中奥秘!
一、关键字
如何让 GCC 知道代码中内嵌的汇编呢? 借助关键字!来看下面的例子:
__asm__ __volatile__('hlt');
__asm__ 表示后面的代码为内嵌汇编,asm 是 __asm__ 的别名。__volatile__ 表示编译器不要优化代码,后面的指令保留原样,volatile 是它的别名。括号里面是汇编指令。
二、示例分析
使用内嵌汇编,要先编写汇编指令模板,然后将 C 语言表达式与指令的操作数相关联,并告诉 GCC 对这些操作有哪些限制条件。示例如下:
__asm__ __violate__ ('movl %1,%0' : '=r' (result) : 'm' (input));
movl %1,%0 是指令模板;%0 和 %1 代表指令的操作数,称为占位符,内嵌汇编靠它们将C 语言表达式与指令操作数相对应。
指令模板后面用小括号括起来的是 C 语言表达式,本例中只有两个:result 和 input ,他们按照出现的顺序分别与指令操作数 %0 、%1 对应;注意对应顺序:第一个 C 表达式对应 %0 ;第二个表达式对应 %1 ,依次类推,操作数至多有10 个,分别用 %0, %1 …. %9 表示。
在每个操作数前面有一个用引号括起来的字符串,字符串的内容是对该操作数的限制或者说要求。result 前面的限制字符串是 =r ,其中 = 表示 result 是输出操作数, r 表示需要将 result 与某个通用寄存器相关联,先将操作数的值读入寄存器,然后在指令中使用相应寄存器,而不是 result 本身,当然指令执行完后需要将寄存器中的值存入变量 result ,从表面上看好像是指令直接对 result 进行操作,实际上 GCC 做了隐式处理,这样我们可以少写一些指令。 input 前面的 r 表示该表达式需要先放入某个寄存器,然后在指令中使用该寄存器参加运算。
C 表达式或者变量与寄存器的关系由 GCC 自动处理,我们只需使用限制字符串指导 GCC 如何处理即可。限制字符必须与指令对操作数的要求相匹配,否则产生的汇编代码将会有错,读者可以将上例中的两个 r,都改为 m (m表示操作数放在内存,而不是寄存器中),编译后得到的结果是:
movl input, result
很明显这是一条非法指令,因此限制字符串必须与指令对操作数的要求匹配。例如指令 movl 允许寄存器到寄存器,立即数到寄存器等,但是不允许内存到内存的操作,因此两个操作数不能同时使用 m 作为限定字符。
内嵌汇编语法如下:
__asm__(汇编语句模板: 输出部分: 输入部分: 破坏描述部分)
共四个部分:汇编语句模板,输出部分,输入部分,破坏描述部分,各部分使用“:”格开,汇编语句模板必不可少,其他三部分可选,如果使用了后面的部分,而前面部分为空,也需要用“:”格开,相应部分内容为空。例如:
__asm__ __volatile__('cli': : :'memory')
具体这几部分都有什么限制呢?这得从细处着手!
三、语法细节
1、汇编语句模板
汇编语句模板由汇编语句序列组成,语句之间使用“;”、“n” 或 “nt” 分开。指令中的操作数可以使用占位符引用 C 语言变量,操作数占位符最多10 个,名称如下:%0,%1,…,%9。指令中使用占位符表示的操作数,总被视为 long 型(4个字节),但对其施加的操作根据指令可以是字或者字节,当把操作数当作字或者字节使用时,默认为低字或者低字节。对字节操作可以显式的指明是低字节 还是次字节。方法是在 % 和序号之间插入一个字母,b 代表低字节,h 代表高字节,例如:%h1。
2、输出部分
输出部分描述输出操作数,不同的操作数描述符之间用逗号格开,每个操作数描述符由限定字符串和 C 语言变量组成。每个输出操作数的限定字符串必须包含“=”表示他是一个输出操作数。 例如:
__asm__ __volatile__('pushfl ; popl %0 ; cli':'=g' (x) )
描述符字符串表示对该变量的限制条件,这样 GCC 就可以根据这些条件决定如何分配寄存器,如何产生必要的代码处理指令操作数与 C 表达式或 C 变量之间的联系。
3、输入部分
输入部分描述输入操作数,不同的操作数描述符之间使用逗号格开,每个操作数描述符由限定字符串和 C 语言表达式或者 C 语言变量组成。 示例如下:
例 1 :
__asm__ __volatile__ ('lidt %0' : : 'm' (real_mode_idt));
例 2:
Static __inline__ void __set_bit(int nr, volatile void * addr)
{
__asm__(
'btsl %1,%0'
:'=m' (ADDR)
:'Ir' (nr));
}
后例功能是将 (*addr) 的第 nr 位设为 1。第一个占位符 %0 与 C 语言变量 ADDR 对应,第二个占位符 %1 与 C语言变量 nr 对应。因此上面的汇编语句代码与下面的伪代码等价:btsl nr, ADDR,该指令的两个操作数不能全是内存变量,因此将 nr 的限定字符串指定为“Ir”,将 nr 与立即数或者寄存器相关联,这样两个操作数中只有ADDR 为内存变量。
4、限制字符
限制字符有很多种,有些是与特定体系结构相关,此处仅列出常用的限定字符和i386中可能用到的一些常用的限定符。它们的作用是指示编译器如何处理其后的 C 语言变量与指令操作数之间的关系。
分类 | 限定符 | 描述 |
通用寄存器 | “a” | 将输入变量放入eax |
“b” | 将输入变量放入ebx | |
“c” | 将输入变量放入ecx | |
“d” | 将输入变量放入edx | |
“s” | 将输入变量放入esi | |
“d” | 将输入变量放入edi | |
“q” | 将输入变量放入eax,ebx,ecx,edx中的一个 | |
“r” | 将输入变量放入通用寄存器,即eax,ebx,ecx,edx,esi,edi之一 | |
“A” | 把eax和edx合成一个64 位的寄存器(use long longs) | |
内存 | “m” | 内存变量 |
“o” | 操作数为内存变量,但其寻址方式是偏移量类型, 也即基址寻址 | |
“V” | 操作数为内存变量,但寻址方式不是偏移量类型 | |
“ ” | 操作数为内存变量,但寻址方式为自动增量 | |
“p” | 操作数是一个合法的内存地址(指针) | |
寄存器或内存 | “g” | 将输入变量放入eax,ebx,ecx,edx之一,或作为内存变量 |
“X” | 操作数可以是任何类型 | |
立即数 | “I” | 0-31之间的立即数(用于32位移位指令) |
“J” | 0-63之间的立即数(用于64位移位指令) | |
“N” | 0-255之间的立即数(用于out指令) | |
“i” | 立即数 | |
“n” | 立即数,有些系统不支持除字以外的立即数,则应使用“n”而非 “i” | |
匹配 | “ 0 ” | 表示用它限制的操作数与某个指定的操作数匹配 |
“1” ... | 也即该操作数就是指定的那个操作数,例如“0” | |
“9” | 去描述“%1”操作数,那么“%1”引用的其实就是“%0”操作数,注意作为限定符字母的0-9 与指令中的“%0”-“%9”的区别,前者描述操作数, 后者代表操作数。 | |
& | 该输出操作数不能使用过和输入操作数相同的寄存器 | |
操作数类型 | “=” | 操作数在指令中是只写的(输出操作数) |
“+” | 操作数在指令中是读写类型的(输入输出操作数) | |
浮点数 | “f” | 浮点寄存器 |
“t” | 第一个浮点寄存器 | |
“u” | 第二个浮点寄存器 | |
“G” | 标准的80387浮点常数 | |
% | 该操作数可以和下一个操作数交换位置,例如addl的两个操作数可以交换顺序(当然两个操作数都不能是立即数) | |
# | 部分注释,从该字符到其后的逗号之间所有字母被忽略 | |
* | 表示如果选用寄存器,则其后的字母被忽略 |
5、破坏描述部分
破坏描述符用于通知编译器我们使用了哪些寄存器或内存,由逗号格开的字符串组成,每个字符串描述一种情况,一般是寄存器名;除寄存器外还有 “memory”。例如:“%eax”,“%ebx”,“memory” 等。
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推荐阅读最新更新时间:2024-11-02 12:47
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