MIPS GCC 嵌入式汇编（龙芯适用）

作者: comcat 发表日期: 2007-04-09 18:06    http://comcat.blog.openrays.org/blog.php?do=showone&tid=329

 

当前版本： 0.1


1. GCC 内嵌汇编的基本格式

asm("assembly code");

如：

asm("syscall"); //触发一个系统调用


如果有多条指令，则需在指令尾部添加'\t'和'\n'，如：

asm("li v0, 4011\t\n" "syscall");


括号里的字符串 GCC 前端不作分析，直接传给汇编器 as ，故而相联指令间需插入换行符。

'\t' 加入只为排版对齐一些而已，可以使用 gcc -S tst.c -o tst.s 查看生成的 tst.s

因为 GCC 并不对 asm 后括号中的指令作分析，故而如果指令修改一些的寄存器的值，GCC是
不知道的，这个会引入一些问题。

另外 asm 可以替换为 __asm__ ，效果等价。__asm__ 一般用于头文件中，防止关键字 asm
可能与一些变量、函数名冲突。

内嵌汇编如何与 C 变量交换数据？


2. GCC 内嵌汇编扩展格式

asm (
"assembly code"
: output_operand /* 输出参数列表 */
: input_operand /* 输入参数列表 */
: clobbered_operand /* 被改变的操作对象列表 */
);


以一个例子来说明：

如果我们要读取CP0 25 号硬件计数寄存器的值，并返回之，可以这样：

int get_counter()
{
int rst;

asm( /* mfc0 为取cp0 寄存器值的指令 */
"mfc0 %0, $25\t\n" /* %0 表示列表开始的第一个寄存器 */
: "=r" (rst) /* 告诉gcc 让rst对应一个通用寄存器 */
);

return rst;
}


"=r" 中，'=' 为修饰符，表示该操作对象只写，一般用于修饰输出参数列表中。'r' 表示任意
一个通用寄存器。

由于我们只要取得一个值，故而只用到了输出列表。代码中也没修改一些寄存器的值gcc不知道，
（输出、输入列表中的寄存器gcc是知道的）故而被改变的操作对象列表亦可省去。


如果我们要重设CP0 24 号硬件计数器之控制寄存器的值，则：

unsigned int op = 0x80f;

asm volatile(
"mtc0 %0, $24"
: /* 没有输出，列表为空 */
:"r"(op) /* 输入参数，告诉gcc 让op对应一个通用寄存器 */
);


volatile 关键字表示让GCC优化生成代码时，不要移动、删除我们的汇编码。
另外 __volatile__与其含义相同，引入的目的与__asm__是一样的。


如果我们重设后，立即读取CP0 24号寄存器的值，则：

unsigned int rst;
unsigned int op = 0x80f;

asm volatile(
"mtc0 %1, $24\t\n" /* %1 表示 op 对应的寄存器 */
"mfc0 %0, $25\t\n" /* %0 表示 rst 对应的寄存器 */
: "=r" (rst)
: "r" (op)
);



如果我们要操作的对象位于存储器中，我们可以使用 'm' 来修饰输入输出参数，如：

unsigned short data[] = {
0x0, 0x0, 0x0, 0x0,
0x1, 0x3, 0x5, 0x7,
0x1, 0x3, 0x5, 0x7,
};

void pmullh()
{
asm volatile
(
".set mips3\n\t"
".set noreorder\n\t"

"ldc1 $f0, %1\n\t" /* 取 data+4 处的四个数组元素值到 f0 中 */
"ldc1 $f2, %2\n\t" /* 对应输入列表的 *(data+8) */
/* %2 编译后会替换成类似 16($12) 的形式 */


"pmullh $f2, $f2, $f0\n\t" /* 按16位为单位数据相乘，取结果的低位 */

"sdc1 $f2, %0\n\t" /* 将结果写入data的前四个位置 */

".set reorder\n\t"
".set mips0\n\t"

: "=m"(*data)
: "m"(*(data+4)), "m"(*(data+8))
: "$f0", "$f2", "memory"
);
}


注意到使用'm'修饰的操作数，后面括号里跟的不是指针，而是开始的第一个元素值。
%0，%1, %2 依次对应输出列表的一个，输入列表的两个操作数，编译后会被gcc替换
成类似 0($12)，8($12)，16($12)的形式，其中$12置数组首地址，即: %0等价于0($12)

由于我们嵌入的代码改变了 $f0, $f2 的值，而他们不在输出、输入列表中，故而要将其陈列
于被改变操作数列表(clobbered operand list)中，以告诉gcc 我们改变了他们的值，以免gcc 误判。

因为代码中我们改变了内存中数据的值，如果此前gcc生成的代码读取了该内存处的值，并保
存于寄存器中的话，由于我们更新了这段数据，所以需要告诉gcc在后面要重新加载数据，这
个需要在被改变操作数列表中(clobbered operand list)写入 "memory"。


3. 修饰符

= 只写，常用于修饰所有输出操作数
+ 只读
& 只用于输出，一般和'='一起用，如："=&r" (val)


4. 其他对输入、输出对象的操作符

可以参看gcc doc 之 5.36 节（Constraints for `asm' Operands）获取更多信息，下面列出MIPS 平台专用的操作符：

`d'
General-purpose integer register

`f'
Floating-point register (if available)

`h'
`Hi' register

`l'
`Lo' register

`x'
`Hi' or `Lo' register

`y'
General-purpose integer register

`z'
Floating-point status register

`I'
Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)

`J'
Zero

`K'
Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)

`L'
Constant with low 16 bits zero (can be loaded with `lui')

`M'
32-bit constant which requires two instructions to load (a
constant which is not `I', `K', or `L')


`N'
Negative 16-bit constant

`O'
Exact power of two

`P'
Positive 16-bit constant

`G'
Floating point zero

`Q'
Memory reference that can be loaded with more than one
instruction (`m' is preferable for `asm' statements)

`R'
Memory reference that can be loaded with one instruction (`m'
is preferable for `asm' statements)

`S'
Memory reference in external OSF/rose PIC format (`m' is
preferable for `asm' statements)


5. 32位下传递64位数据

A. 读取：

long long counter;
asm(
".set mips3\n\t"
"dmfc0 %M0, $25\n\t"
"dsll %L0, %M0, 32\n\t"
"dsrl %M0, %M0, 32\n\t"
"dsrl %L0, %L0, 32\n\t"
".set mips0\n\t"
: "=r" (counter)
);


B. 写入

long long counter = 0x0000001000000100;

asm(
".set mips3\n\t"

"dsll %L0, %L0, 32\n\t"
"dsrl %L0, %L0, 32\n\t"
"dsll %M0, %M0, 32\n\t"
"or %L0, %L0, %M0\n\t"
"dmtc0 %L0, $25\n\t"
".set mips0\n\t"
: "=r" (counter)
);