__asm__ __volatile__內(nèi)嵌匯編用法簡(jiǎn)述

作者：劉洪濤，華清遠(yuǎn)見(jiàn)嵌入式培訓(xùn)中心高級(jí)講師，ARM ATC授權(quán)培訓(xùn)講師。

__asm__ __volatile__內(nèi)嵌匯編用法簡(jiǎn)述 在閱讀C/C++原碼時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到內(nèi)聯(lián)匯編的情況，下面簡(jiǎn)要介紹下__asm__ __volatile__內(nèi)嵌匯編用法。因?yàn)槲覀內(nèi)A清遠(yuǎn)見(jiàn)教學(xué)平臺(tái)是ARM體系結(jié)構(gòu)的，所以下面的示例都是用ARM匯編。

帶有C/C++表達(dá)式的內(nèi)聯(lián)匯編格式為：

__asm__　__volatile__("Instruction List" : Output : Input : Clobber/Modify);

其中每項(xiàng)的概念及功能用法描述如下：

1、 __asm__

__asm__是GCC 關(guān)鍵字asm 的宏定義：

#define __asm__ asm

__asm__或asm 用來(lái)聲明一個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編表達(dá)式，所以任何一個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編表達(dá)式都是以它開(kāi)頭的，是必不可少的。

2、Instruction List

Instruction List 是匯編指令序列。它可以是空的，比如：__asm__ __volatile__(""); 或 __asm__ ("");都是完全合法的內(nèi)聯(lián)匯編表達(dá)式，只不過(guò)這兩條語(yǔ)句沒(méi)有什么意義。但并非所有Instruction List 為空的內(nèi)聯(lián)匯編表達(dá)式都是沒(méi)有意義的，比如：__asm__ ("":::"memory");

就非常有意義，它向GCC 聲明：“內(nèi)存作了改動(dòng)”，GCC 在編譯的時(shí)候，會(huì)將此因素考慮進(jìn)去。 當(dāng)在"Instruction List"中有多條指令的時(shí)候，可以在一對(duì)引號(hào)中列出全部指令，也可以將一條 或幾條指令放在一對(duì)引號(hào)中，所有指令放在多對(duì)引號(hào)中。如果是前者，可以將每一條指令放在一行，如果要將多條指令放在一行，則必須用分號(hào)（；）或換行符（n）將它們分開(kāi). 綜上述：（1）每條指令都必須被雙引號(hào)括起來(lái) (2)兩條指令必須用換行或分號(hào)分開(kāi)。

例如： 在ARM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上關(guān)閉中斷的操作

int disable_interrupts (void)

{

unsigned long old,temp;

__asm__ __volatile__("mrs %0, cpsrn"

"orr %1, %0, #0x80n"

"msr cpsr_c, %1"

: "=r" (old), "=r" (temp)

:

: "memory");

return (old & 0x80) == 0;

}

3. __volatile__

__volatile__是GCC 關(guān)鍵字volatile 的宏定義

#define __volatile__ volatile

__volatile__或volatile 是可選的。如果用了它，則是向GCC 聲明不允許對(duì)該內(nèi)聯(lián)匯編優(yōu)化，否則當(dāng) 使用了優(yōu)化選項(xiàng)(-O)進(jìn)行編譯時(shí)，GCC 將會(huì)根據(jù)自己的判斷決定是否將這個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編表達(dá)式中的指令優(yōu)化掉。

4、 Output

Output 用來(lái)指定當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句的輸出

例如：從arm協(xié)處理器p15中讀出C1值

static unsigned long read_p15_c1 (void)

{

unsigned long value;

__asm__ __volatile__(

"mrc p15, 0, %0, c1, c0, 0 @ read control regn"

: "=r" (value) @編譯器選擇一個(gè)R*寄存器

:

: "memory");

#ifdef MMU_DEBUG

printf ("p15/c1 is = %08lxn", value);

#endif

return value;

}

5、 Input

Input 域的內(nèi)容用來(lái)指定當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句的輸入Output和Input中，格式為形如“constraint”(variable)的列表（逗號(hào)分隔)

例如：向arm協(xié)處理器p15中寫入C1值

static void write_p15_c1 (unsigned long value)

{

#ifdef MMU_DEBUG

printf ("write %08lx to p15/c1n", value);

#endif

__asm__ __volatile__(

"mcr p15, 0, %0, c1, c0, 0 @ write it backn"

:

: "r" (value) @編譯器選擇一個(gè)R*寄存器

: "memory");

read_p15_c1 ();

}

6.、Clobber/Modify

有時(shí)候，你想通知GCC當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句可能會(huì)對(duì)某些寄存器或內(nèi)存進(jìn)行修改，希望GCC在編譯時(shí)能夠?qū)⑦@一點(diǎn)考慮進(jìn)去。那么你就可以在Clobber/Modify域聲明這些寄存器或內(nèi)存。這種情況一般發(fā)生在一個(gè)寄存器出現(xiàn)在"Instruction List"，但卻不是由Input/Output操作表達(dá)式所指定的，也不是在一些Input/Output操作表達(dá)式使用"r"約束時(shí)由GCC 為其選擇的，同時(shí)此寄存器被"Instruction List"中的指令修改，而這個(gè)寄存器只是供當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編臨時(shí)使用的情況。

例如：

__asm__ ("mov R0, #0x34" : : : "R0");

寄存器R0出現(xiàn)在"Instruction List中"，并且被mov指令修改，但卻未被任何Input/Output操作表達(dá)式指定，所以你需要在Clobber/Modify域指定"R0"，以讓GCC知道這一點(diǎn)。

因?yàn)槟阍贗nput/Output操作表達(dá)式所指定的寄存器，或當(dāng)你為一些Input/Output操作表達(dá)式使用"r"約束，讓GCC為你選擇一個(gè)寄存器時(shí)，GCC對(duì)這些寄存器是非常清楚的——它知道這些寄存器是被修改的，你根本不需要在Clobber/Modify域再聲明它們。但除此之外， GCC對(duì)剩下的寄存器中哪些會(huì)被當(dāng)前的內(nèi)聯(lián)匯編修改一無(wú)所知。所以如果你真的在當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編指令中修改了它們，那么就最好在Clobber/Modify 中聲明它們，讓GCC針對(duì)這些寄存器做相應(yīng)的處理。否則有可能會(huì)造成寄存器的不一致，從而造成程序執(zhí)行錯(cuò)誤。

如果一個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句的Clobber/Modify域存在"memory"，那么GCC會(huì)保證在此內(nèi)聯(lián)匯編之前，如果某個(gè)內(nèi)存的內(nèi)容被裝入了寄存器，那么在這個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編之后，如果需要使用這個(gè)內(nèi)存處的內(nèi)容，就會(huì)直接到這個(gè)內(nèi)存處重新讀取，而不是使用被存放在寄存器中的拷貝。因?yàn)檫@個(gè) 時(shí)候寄存器中的拷貝已經(jīng)很可能和內(nèi)存處的內(nèi)容不一致了。

這只是使用"memory"時(shí)，GCC會(huì)保證做到的一點(diǎn)，但這并不是全部。因?yàn)槭褂?memory"是向GCC聲明內(nèi)存發(fā)生了變化，而內(nèi)存發(fā)生變化帶來(lái)的影響并不止這一點(diǎn)。

例如：

int main(int __argc, char* __argv[])

{

int* __p = (int*)__argc;

(*__p) = 9999;

__asm__("":::"memory");

if((*__p) == 9999)

return 5;

return (*__p);

}

本例中，如果沒(méi)有那條內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句，那個(gè)if語(yǔ)句的判斷條件就完全是一句廢話。GCC在優(yōu)化時(shí)會(huì)意識(shí)到這一點(diǎn)，而直接只生成return 5的匯編代碼，而不會(huì)再生成if語(yǔ)句的相關(guān)代碼，而不會(huì)生成return (*__p)的相關(guān)代碼。但你加上了這條內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句，它除了聲明內(nèi)存變化之外，什么都沒(méi)有做。但GCC此時(shí)就不能簡(jiǎn)單的認(rèn)為它不需要判斷都知道 (*__p)一定與9999相等，它只有老老實(shí)實(shí)生成這條if語(yǔ)句的匯編代碼，一起相關(guān)的兩個(gè)return語(yǔ)句相關(guān)代碼。

另外在linux內(nèi)核中內(nèi)存屏障也是基于它實(shí)現(xiàn)的include/asm/system.h中

# define barrier() _asm__volatile_("": : :"memory")

主要是保證程序的執(zhí)行遵循順序一致性。呵呵，有的時(shí)候你寫代碼的順序，不一定是最終執(zhí)行的順序，這個(gè)是處理器有關(guān)的。

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