ARM体系下的GCC内联汇编教程详解

下面是针对“ARM体系下的GCC内联汇编教程详解”的完整攻略。

1. 概述

内联汇编是一种将汇编语言嵌入到C/C++程序中的方式，它允许开发者使用汇编语言直接处理底层硬件数据，从而在一些系统调用和性能关键型函数中达到优化程序的目的。GCC内置支持内联汇编，是一种编写效率较高的底层优化手段。本教程旨在向大家介绍如何在arm体系下使用GCC内联汇编。

2. GCC内联汇编语法

汇编语言的语法格式因体系结构而异，本教程主要针对arm体系下的GCC内联汇编语法进行介绍。

GCC内联汇编主要由以下格式组成：

__asm__ [volatile] (AssemblerTemplate : OutputOperands : InputOperands : [Clobbers]);

其中，

• __asm__：用于标识这是一段内联汇编代码；
• volatile：告诉编译器，这段内联汇编代码中包含的指令不能被删除或优化；
• AssemblerTemplate：内联汇编代码的模板，用于构造有效的汇编代码；
• OutputOperands：输出操作数列表，用于将计算结果传递给C/C++代码；
• InputOperands：输入操作数列表，用于将C/C++代码中的数据传递给汇编代码；
• Clobbers：寄存器约束列表，用于告诉编译器，哪些寄存器会被该段代码修改，需要在代码中保存重要数据，以免出现意外错误。

3. 内联汇编示例

3.1 简单示例

下面是一个简单的内联汇编示例，在C代码中调用内联汇编实现了两个数相加的功能：

int AddNumbers(int a, int b)
{
    int c;
    __asm__ ("add %[result], %[input_a], %[input_b]"
             : [result] "=r" (c)       // 输出操作数，将计算结果存储到c中
             : [input_a] "r" (a),      // 输入操作数a
               [input_b] "r" (b)       // 输入操作数b
             );
    return c;
}

这个示例中，AssemblerTemplate使用了ARM体系下的加法指令add，并用%[input_a]、%[input_b]、%[result]分别表示输入操作数a、输入操作数b和输出操作数c。InputOperands中使用了r（General-purpose Register）约束类型，表示使用通用寄存器；OutputOperands中同样使用了r约束类型，并加上了=前缀，表示此寄存器用于输出结果。

3.2 复杂示例

下面是一个稍微复杂一些的内联汇编示例，在C代码中调用内联汇编实现了一个求取最大值和最小值的函数：

void FindMinMax(int* arr, int len, int* max, int* min)
{
    int i;

    __asm__ __volatile__ (
        "ldr r3, [%[ptr]]\n"        // 将r3赋值为数组首元素
        "mov r1, #1\n"              // 用r1存储数组下标i
        "mov r2, #0x7fffffff\n"     // 用r2存储最小值，初始值为MAX_INT（0x7fffffff）
        "mov r4, #0x80000000\n"     // 用r4存储最大值，初始值为MIN_INT（0x80000000）
    "loop:\n"
        "cmp r1, %[len]\n"          // 判断i是否已经越界
        "beq done\n"
        "ldr r0, [%[ptr], r1, lsl #2]\n"  // 将r0赋值为arr[i]（4字节整型，使用r1的值计算偏移量）
        "cmp r0, r2\n"              // 判断arr[i]是否小于最小值
        "bgt check_max\n"           // 如果不是最小值，进入check_max分支
        "mov r2, r0\n"              // 否则将arr[i]存储到r2
        "b skip\n"
    "check_max:\n"
        "cmp r0, r4\n"              // 判断arr[i]是否大于最大值
        "bls skip\n"                // 如果不是最大值，跳过该语句
        "mov r4, r0\n"              // 否则将arr[i]存储到r4
    "skip:\n"
        "add r1, r1, #1\n"          // i += 1
        "b loop\n"                  // 继续循环
    "done:\n"
        "str r2, [%[max]]\n"        // 将最小值和最大值分别存储到max和min中
        "str r4, [%[min]]\n"
    : : [ptr] "r" (arr),            // 输入数组指针
        [len] "r" (len),            // 输入数组长度
        [max] "r" (max),            // 输出最大值指针
        [min] "r" (min)             // 输出最小值指针
        : "r0", "r1", "r2", "r3", "r4", "cc"    // 修改了寄存器r0~r4，以及一些条件码标志寄存器
    );
}

在这个示例代码中，内联汇编语句用于计算一个整型数组的最大值和最小值。这里的volatile关键字告诉编译器，该段汇编代码中有些指令的执行时间和结果可能会对后面的代码产生影响，不允许编译器进行删除或优化。由于涉及到数组操作，所以在使用ldr指令时需要通过带偏移量的寄存器间接寻址。此外，需要对一些寄存器（如r0~r4）进行处理，同时还需要在约束Clobbers中告诉编译器哪些寄存器会被修改。该程序不涉及向量运算，比较适合初学者了解GCC内联汇编的使用。