使用带有立即值的指令的GCC内联汇编

Question

问题

我正在为ARM Cortex-M3处理器开发自定义操作系统。要与我的内核交互，用户线程必须生成SuperVisor Call（SVC）指令（以前称为SWI，用于SoftWare中断）。 ARM ARM中此指令的定义是：

这意味着该指令需要立即参数，而不是寄存器值。

这让我很难以可读的方式构建我的界面。它需要如下代码：

asm volatile( "svc #0");

当我更喜欢像

这样的东西时

svc(SVC_YIELD);

但是，我无法构造这个函数，因为SVC指令需要立即参数，当值通过寄存器传入时我无法提供。

内核：

对于后台，svc指令在内核中解码如下

#define SVC_YIELD   0
// Other SVC codes

// Called by the SVC interrupt handler (not shown)
void handleSVC(char code)
{
  switch (code) {

    case SVC_YIELD:
      svc_yield();
      break;
    // Other cases follow

这个案例陈述正在迅速失控，但我认为没有办法解决这个问题。欢迎任何建议。

我尝试了什么

带有寄存器参数的

SVC

我最初考虑过

__attribute__((naked)) svc(char code)
{
    asm volatile ("scv r0"); 
}

但是，当然，这不起作用，因为SVC需要寄存器参数。

蛮力

解决问题的蛮力企图如下：

void svc(char code)
  switch (code) {
    case 0:
      asm volatile("svc #0");
      break;
    case 1:
      asm volatile("svc #1");
      break;
    /* 253 cases omitted */
    case 255:
      asm volatile("svc #255");
      break;
  }
}

但这有一个令人讨厌的代码味道。当然，这可以做得更好。

动态生成指令编码

最后的尝试是在RAM中生成指令（其余代码从只读Flash运行）然后运行它：

void svc(char code)
{
  asm volatile (
      "orr r0, 0xDF00  \n\t" // Bitwise-OR the code with the SVC encoding
      "push {r1, r0}   \n\t" // Store the instruction to RAM (on the stack)
      "mov r0, sp      \n\t" // Copy the stack pointer to an ordinary register
      "add r0, #1      \n\t" // Add 1 to the address to specify THUMB mode
      "bx r0           \n\t" // Branch to newly created instruction
      "pop {r1, r0}    \n\t" // Restore the stack
      "bx lr           \n\t" // Return to caller
      );
}

但这也感觉不对劲。此外，它不起作用 - 这里有一些我做错了;也许我的指令没有正确对齐，或者我没有设置处理器以允许在此位置从RAM运行代码。

我该怎么办？

我必须研究最后一个选项。但是，我觉得我应该能做类似的事情：

__attribute__((naked)) svc(char code)
{
    asm volatile ("scv %1"
         : /* No outputs */
         : "i" (code)    // Imaginary directive specifying an immediate argument
                         // as opposed to conventional "r"
          ); 
}

但是我没有在文档中找到任何这样的选项，我无法解释如何实现这样的功能，所以它可能不存在。我该怎么做？

Answer 1

您希望使用约束来强制将操作数分配为8位立即数。对于ARM，这是约束I。所以你想要

#define SVC(code) asm volatile ("svc %0" : : "I" (code) )

有关所有constaints的摘要，请参阅GCC文档 - 您需要查看特定于处理器的注释以查看特定平台的约束。在某些情况下，您可能需要查看gcc源代码中架构的.md（机器描述）文件以获取完整信息。

还有一些优秀的ARM特定gcc文档here。在标题＆＃34;输入和输出操作数＆＃34;下面几页。它提供了所有ARM约束的表格

Answer 2

使用宏怎么样：

#define SVC(i)  asm volatile("svc #"#i)

Answer 3

正如克里斯·多德（Chris Dodd）在关于宏观的评论中指出的那样，它并不是很有效，但确实如此：

#define STRINGIFY0(v) #v
#define STRINGIFY(v) STRINGIFY0(v)
#define SVC(i)  asm volatile("svc #" STRINGIFY(i))

但请注意，如果您将枚举值传递给它，只有#defined值，它将无法工作。

因此，克里斯＆＃39;上面的答案是最好的，因为它使用立即值，这至少是拇指指示所需要的。

Answer 4

我的解决方案（“即时生成指令编码”）：

#define INSTR_CODE_SVC      (0xDF00)
#define INSTR_CODE_BX_LR    (0x4770)

void svc_call(uint32_t svc_num)
{
    uint16_t instrs[2];

    instrs[0] = (uint16_t)(INSTR_CODE_SVC | svc_num);
    instrs[1] = (uint16_t)(INSTR_CODE_BX_LR);

    // PC = instrs (or 1 -> thumb mode)
    ((void(*)(void))((uint32_t)instrs | 1))();
}

它的工作原理和它的优于switch-case变体，它可以为256 svc提供~2kb的ROM。这个func不必放在RAM部分，FLASH就可以了。 如果svc_num应该是运行时变量，则可以使用它。

Answer 5

As discussed in this question, the operand of SVC is fixed, that is it should be known to the preprocessor, and it is different from immediate Data-processing operands.

The gcc manual reads

'I'- Integer that is valid as an immediate operand in a data processing instruction. That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a multiple of 2.

Therefore the answers here that use a macro are preferred, and the answer of Chris Dodd is not guaranteed to work, depending on the gcc version and optimization level. See the discussion of the other question.