RISC-V架构学习——C语言内嵌汇编总结

1、C语言内嵌汇编的作用

（1）优化：对于特别重要代码进行优化，出于性能的考虑；

（2）C语言需要借助汇编指令来实现特殊功能。比如：C语言中访问系统寄存器就需要借助CSR指令；

2、基础内嵌汇编

2.1、基础内嵌汇编格式

asm asm-qualifiers(AssemblerInstructions)

关键字	含义
asm	这是内嵌汇编的关键字，表明这是一个GNU扩展
asm-qualifiers	修饰词，比如：volatile、inline
AssemblerInstructions	要内嵌的汇编语句，如果是多条汇编语句指令，需要使用"\n\t"来换行

（1）基础内嵌汇编指令支持带参数；

（2）gcc编译器不会去解析内嵌汇编指令，当做一个字符串处理；

2.2、基础内嵌汇编举例

#同时内嵌多条汇编指令
asm( "pushl %eax\n\t"
 "movl $0,%eax\n\t"
"popl %eax");

# 也可以将多条的内嵌汇编语句拆开写，效果一样
asm("movl %eax,%ebx");
asm("xorl %ebx,%edx");
asm("movl $0,_booga);

3、扩展内嵌汇编

3.1、扩展内嵌汇编的格式

3.1.1、格式说明

asm关键字 修饰词(
	指令部
	:输出部
	：输入部
	：损坏部
	：GotoLables（goto修饰时才有该部）)

关键字	含义
asm关键字	扩展汇编指令的关键字：asm
指令部	要内嵌的汇编指令，可以是一条或者多条
输出部	用于描述在指令部中可以被修改的C语言变量以及约束条件
输入部	用于描述在指令部中只能被读取访问的C语言变量以及约束条件
损坏部	告诉编译器内嵌汇编可能带来的影响

3.1.2、修饰词

修饰词	含义
volatile	用于关闭gcc优化，可参考博客：《C语言中volatile关键字详解以及常见的面试问题》
inline	用于内联，gcc会把汇编代码编译成尽可能短的代码
goto	用于在汇编代码里跳转到C语言的标签处

3.1.3、内嵌汇编操作符号/修饰符

操作符/修饰符	含义
=	被修饰的操作数是只写属性
+	被修饰的操作数具有可读可写属性
&	被修饰的操作数只能作为输出，这个操作数在输入参数的指令执行完成之后才能写入

输出部通常用"="或者"+"修饰符；输入部分则不能用"="或者"+"约束条件，否则编译器会报错，因为输入部是用来描述只能读取的C语言变量，不能具有写属性；

3.1.4、操作数约束符

操作符/修饰符	含义
p	内存地址
m	内存变量
r	通用寄存器
o	内存地址，基地址寻址
i	立即数
V	内存变量，不允许偏移的内存操作数
n	立即数

3.1.5、损坏部介绍

关键字	含义
memory	告诉编译器，内嵌汇编代码改变了内存中的值，执行完汇编代码后重新加载该值
cc	告诉编译器，内嵌汇编代码修改了状态寄存器的相关标志位

3.1.6、指令部的参数表示

3.1.6.1 、用"前缀% + 数字"表示变量

asm volatile(
"add %0, %1, %2" 
: "=r"(res)
: "r"(i), "r"(j)
);

（1）%0对于"=r"(res)，%1对应"r"(i)，%2对应"r"(j)，内嵌汇编的功能：把i+j的结果写到res中；

（2）"r"修饰词，表示该变量需要使用一个通用寄存器；

总结：用%+数字来引用后面输入部和输出部的参数；

3.1.6.2 、用汇编符号来表示变量

asm volatile(
"add %[result], %[input_i], %[input_j]" 
: [result] "=r"(res)
: [input_i] "r"(i), [input_j] "r"(j)
);

在输出部和输入部定义变量时就绑定符号，然后在指令部就可以通过符号来引用变量，提高代码的可读性；

3.1.7、goto修饰词介绍

asm goto(
	"addi %0, %0, -1\n"
	"beqz %0, %1[label]\n"
	:
	: "r"(a)
	: "memory"
	: label);
	
	return 0；

label:
	printf("11111\n");

（1）输出部必须是空的。goto是用于跳转功能，在满足某个条件下进行跳转，没有输出数据的必要；

（2）相较于其他情况，goto修饰的情况下多了标签部，表明最后要跳转的标签处；

（3）上面内嵌汇编的功能：当变量a是1时，则跳转到标签label处；

3.2、扩展汇编实例分析

//读取csr寄存器的宏
#define read_csr(csr)						\
({								\
	register unsigned long __v;				\
	__asm__ __volatile__ ("csrr %0, " #csr			\
			      : "=r" (__v) :			\
			      : "memory");			\
	__v;							\
})

unsigned long val;
val = read_csr(mstatus);

//将上面的代码按宏定义展开
val = ({ register unsigned long __v; \
		__asm__ __volatile__ ("csrr %0, " "mstatus" : "=r" (__v) : : "memory");\
		 __v; });

3.3、内嵌汇编和宏结合

//用ATOMIC_OP宏定义内嵌汇编的函数，摘抄自linux源码
#define ATOMIC_OP(op, asm_op, I, asm_type, c_type, prefix)		\
static __always_inline							\
void arch_atomic##prefix##_##op(c_type i, atomic##prefix##_t *v)	\
{									\
	__asm__ __volatile__ (						\
		"	amo" #asm_op "." #asm_type " zero, %1, %0"	\
		: "+A" (v->counter)					\
		: "r" (I)						\
		: "memory");						\
}	

#define ATOMIC_OPS(op, asm_op, I)					\
        ATOMIC_OP (op, asm_op, I, w, int,   )				\
        ATOMIC_OP (op, asm_op, I, d, s64, 64)


ATOMIC_OPS(add, add,  i)

//将上面的宏展开
static __always_inline void arch_atomic_add(int i, atomic_t *v)
{
	__asm__ __volatile__ ( "amoadd.w " zero, %1, %0" 
		: "+A" (v->counter) : 
		"r" (i)
		 : "memory"); 
}