【轉2】GCC 內聯彙編

 

有時爲了高效,有時爲了直接控制硬件,有些模塊我們不得不直接用彙編語言來編寫,並且對外提供調用的接口,隱藏細節,這其實就是內聯彙編。如何使用內聯彙編?我們就以 GCC 爲例,一窺其中奧祕!


一、關鍵字 
    如何讓 GCC 知道代碼中內嵌的彙編呢? 藉助關鍵字!來看下面的例子:

     __asm__ __volatile__("hlt"); 

  __asm__ 表示後面的代碼爲內嵌彙編,asm 是 __asm__ 的別名。__volatile__ 表示編譯器不要優化代碼,後面的指令保留原樣,volatile 是它的別名。括號裏面是彙編指令。 

二、示例分析 
  使用內嵌彙編,要先編寫彙編指令模板,然後將 C 語言表達式與指令的操作數相關聯,並告訴 GCC 對這些操作有哪些限制條件。示例如下:
 
   __asm__ __violate__ ("movl %1,%0" : "=r" (result) : "m" (input));   

    movl %1,%0  是指令模板;%0  和 %1 代表指令的操作數,稱爲佔位符,內嵌彙編靠它們將C 語言表達式與指令操作數相對應。

    指令模板後面用小括號括起來的是 C 語言表達式,本例中只有兩個:result 和 input ,他們按照出現的順序分別與指令操作數 %0 、%1 對應;注意對應順序:第一個 C 表達式對應 %0 ;第二個表達式對應%1 ,依次類推,操作數至多有10 個,分別用 %0, %1 …. %9 表示。

    在每個操作數前面有一個用引號括起來的字符串,字符串的內容是對該操作數的限制或者說要求。result 前面的限制字符串是 =r ,其中 = 表示 result 是輸出操作數, r  表示需要將 result 與某個通用寄存器相關聯,先將操作數的值讀入寄存器,然後在指令中使用相應寄存器,而不是 result 本身,當然指令執行完後需要將寄存器中的值存入變量 result ,從表面上看好像是指令直接對 result 進行操作,實際上 GCC 做了隱式處理,這樣我們可以少寫一些指令。 input 前面的 r 表示該表達式需要先放入某個寄存器,然後在指令中使用該寄存器參加運算。 

  C 表達式或者變量與寄存器的關係由 GCC 自動處理,我們只需使用限制字符串指導 GCC 如何處理即可。限制字符必須與指令對操作數的要求相匹配,否則產生的彙編代碼將會有錯,讀者可以將上例中的兩個 r,都改爲 m (m表示操作數放在內存,而不是寄存器中),編譯後得到的結果是: 

           movl input, result 

很明顯這是一條非法指令,因此限制字符串必須與指令對操作數的要求匹配。例如指令 movl 允許寄存器到寄存器,立即數到寄存器等,但是不允許內存到內存的操作,因此兩個操作數不能同時使用 m 作爲限定字符。 
內嵌彙編語法如下: 

           __asm__(彙編語句模板: 輸出部分: 輸入部分: 破壞描述部分) 

共四個部分:彙編語句模板,輸出部分,輸入部分,破壞描述部分,各部分使用“:”格開,彙編語句模板必不可少,其他三部分可選,如果使用了後面的部分,而前面部分爲空,也需要用“:”格開,相應部分內容爲空。例如: 

           __asm__ __volatile__("cli": : :"memory") 

具體這幾部分都有什麼限制呢?這得從細處着手!


三、語法細節
1、彙編語句模板 
    彙編語句模板由彙編語句序列組成,語句之間使用“;”、“\n” 或 “\n\t” 分開。指令中的操作數可以使用佔位符引用 C 語言變量,操作數佔位符最多10 個,名稱如下:%0,%1,…,%9。指令中使用佔位符表示的操作數,總被視爲 long 型(4個字節),但對其施加的操作根據指令可以是字或者字節,當把操作數當作字或者字節使用時,默認爲低字或者低字節。對字節操作可以顯式的指明是低字節還是次字節。方法是在 % 和序號之間插入一個字母,b 代表低字節,h 代表高字節,例如:%h1。 

2、輸出部分 
    輸出部分描述輸出操作數,不同的操作數描述符之間用逗號格開,每個操作數描述符由限定字符串和 C語言變量組成。每個輸出操作數的限定字符串必須包含“=”表示他是一個輸出操作數。 例如:
 
         __asm__ __volatile__("pushfl ; popl %0 ; cli":"=g" (x) ) 

描述符字符串表示對該變量的限制條件,這樣 GCC 就可以根據這些條件決定如何分配寄存器,如何產生必要的代碼處理指令操作數與 C 表達式或 C 變量之間的聯繫。 

3、輸入部分 
    輸入部分描述輸入操作數,不同的操作數描述符之間使用逗號格開,每個操作數描述符由限定字符串和C 語言表達式或者 C 語言變量組成。 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)); 


後例功能是將 (*addr) 的第 nr 位設爲 1。第一個佔位符 %0 與 C  語言變量 ADDR 對應,第二個佔位符%1 與 C 語言變量 nr 對應。因此上面的彙編語句代碼與下面的僞代碼等價:btsl nr, ADDR,該指令的兩個操作數不能全是內存變量,因此將 nr 的限定字符串指定爲“Ir”,將 nr 與立即數或者寄存器相關聯,這樣兩個操作數中只有 ADDR 爲內存變量。 

4、限制字符 
    限制字符有很多種,有些是與特定體系結構相關,此處僅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。它們的作用是指示編譯器如何處理其後的 C 語言變量與指令操作數之間的關係。

 

 

分類

限定符

描述

通用寄存器

“a”

將輸入變量放入eax

“b”

將輸入變量放入ebx

“c”

將輸入變量放入ecx

“d”

將輸入變量放入edx

“s”

將輸入變量放入esi

“d”

將輸入變量放入edi

“q”

將輸入變量放入eax,ebx,ecx,edx中的一個

“r”

將輸入變量放入通用寄存器,即eax,ebx,ecx,edx,esi,edi之一

“A”

把eax和edx合成一個64 位的寄存器(use long longs)

內存

“m”

內存變量

“o”

操作數爲內存變量,但其尋址方式是偏移量類型, 也即基址尋址

“V”

操作數爲內存變量,但尋址方式不是偏移量類型

“ ”

操作數爲內存變量,但尋址方式爲自動增量

“p”

操作數是一個合法的內存地址(指針)

寄存器或內存

“g”

將輸入變量放入eax,ebx,ecx,edx之一,或作爲內存變量

“X”

操作數可以是任何類型

立即數

“I”

0-31之間的立即數(用於32位移位指令)

“J”

0-63之間的立即數(用於64位移位指令)

“N”

0-255之間的立即數(用於out指令)

“i”

立即數

“n”

立即數,有些系統不支持除字以外的立即數,則應使用“n”而非 “i”

匹配

“ 0 ”

表示用它限制的操作數與某個指定的操作數匹配

“1” ...

也即該操作數就是指定的那個操作數,例如“0”

“9”

去描述“%1”操作數,那麼“%1”引用的其實就是“%0”操作數,注意作爲限定符字母的0-9 與指令中的“%0”-“%9”的區別,前者描述操作數, 後者代表操作數。

&

該輸出操作數不能使用過和輸入操作數相同的寄存器

操作數類型

“=”

操作數在指令中是隻寫的(輸出操作數)   

“+”

操作數在指令中是讀寫類型的(輸入輸出操作數)

浮點數

“f”

浮點寄存器

“t”

第一個浮點寄存器

“u”

第二個浮點寄存器

“G”

標準的80387浮點常數

%

該操作數可以和下一個操作數交換位置,例如addl的兩個操作數可以交換順序(當然兩個操作數都不能是立即數)

#

部分註釋,從該字符到其後的逗號之間所有字母被忽略

*

表示如果選用寄存器,則其後的字母被忽略



 5、破壞描述部分 
    破壞描述符用於通知編譯器我們使用了哪些寄存器或內存,由逗號格開的字符串組成,每個字符串描述一種情況,一般是寄存器名;除寄存器外還有 “memory”。例如:“%�x”,“%�x”,“memory”等。


發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章