ARM GCC inline assembler

緣起：

有關在ARM的平台上開發embedded system，在trace UBoot或是Linux Kernel，在C的程式碼中總是會嵌入一些assembly code，舉例如下

<br />__asm__ __volatile__("": : :"memory");<br />
廣布UBoot source中，也不知道這是幹嗎的

<br />__asm__ __volatile__("nop;nop;nop;nop;nop;nop;nop");<br />
隨便再去找個例子，不過這段code就很好猜，基本上就是delay幾個machine cycle

<br />static inline void __raw_spin_lock(raw_spinlock_t *lock)<br />{<br /> unsigned long tmp;<br /><br /> __asm__ __volatile__(<br />"1: ldrex %0, [%1]\n"<br />" teq %0, #0\n"<br />#ifdef CONFIG_CPU_32v6K<br />" wfene\n"<br />#endif<br />" strexeq %0, %2, [%1]\n"<br />" teqeq %0, #0\n"<br />" bne 1b"<br /> : "=&r" (tmp)<br /> : "r" (&lock->lock), "r" (1)<br /> : "cc");<br /><br /> smp_mb();<br />}<br />
include/asm-arm/spinlock.h
這是Linux Kernel 中 spinlock的程式碼

原本想偷懶，就大概看看猜猜意思就好，但是發現了還真怪，跟標準ARM的assembly language有一些差距，舉例如下%0, %1, %2到底是啥register，ARM不就是R1~R15 PC這些嗎？還有第一個例子，還真的很不懂他的意義

後來根據上課的講義中的參考網站
ARM GCC Inline Assembler Cookbook
這真是好網站啊....
以下為那篇的簡單心得

心得：
1. 為什麼要在GNU C compiler提供內嵌式assembly code？
ANS:因為可以自行最佳化critical部份的code，有些想做的事很難用C語言來寫，用assembly language卻事半功倍(例如delay幾個machine cycle)

2. GCC ASM statement
分成4部分
1. The assembler instruction
2. output operands
3. input operands
4. Clobbered(打倒毀壞..) register ....(P.S. 描述哪些register或是記憶體被assembly code破壞掉了 請compiler要特別處理後面的code)

拿幾個例子
<br />asm("mov %0, %1, ror #1" : "=r" (result) : "r" (value));<br />

四個部份用冒號(:)來區分
"mov %0, %1, ror #1"是assembly instruction部份
"=r" (result) 是output operands
"r" (value)是input operands
此範例沒有clobber list所以就直接省略掉

這範例的意思
將value 向右rotate 1 bit然後存到 result

GNU C compiler處理後可能會編成
<br />ldr r3, [sp, #0]<br />mov r3, r3, ror #1<br />str r3, [sp, #4]<br />

3. 甚麼是%0, %1, %2 ....？有甚麼好處？
ANS:從output operands 到 input operands一路編號從%0, %1 .... %n
剛剛的範例GNU C compiler可以自由的拿r3來使用，他會根據compile到這行取用compiler覺得最好的register，因為我們並不在意到底是r1還是r2 or r3，就讓compiler做吧

4. volatile關鍵字？
<br />asm volatile("mov %0, %1, ror #1" : "=r" (result) : "r" (value));<br />
告訴compiler別optimize這段程式，不然可能會跟據最佳化法則直接不編譯

這樣一來這些例子就都看得懂囉
<br />asm volatile("mov r0, r0");<br />
tiny delay

<br />asm volatile("":::"memory");<br />
只有第四部份 clobber part說明memory可能被更動了，之後compiler要視為memory有更動，任何需要載入register處理都要真的做ldr的動作，不能直接拿暫存的register來用(如果之前已經在register中了)
這很適合用到memory mapping I/O才會真正把一些Hardware狀態取出

5. Input/Output Operands的修飾子
r是代表general register
"r", "=r", "=&r" 在r前面不加東西或是加= or &
不加代表此register是read-only
=為write-only
&代表Register shoud be used for output only

所以很簡單的在output operads 都會有"=" 如果只有output only就可以在多加"&"
input operand的都不用加

至於既是input又是output則有特別作法
舉個範例
asm volatile("mov %0, %0, ror #1" : "=r" (value) : "0" (value));
就用"0"來代表

6. Clobber list
剛剛已經看過一個範例了(有關在控制Hardware memory mapping IO)
另外
asm ("":::"cc", "r3");
則是說明我們在asembly language已經破壞r3，請compiler在進來前跟出去後要自己保證r3的正確性

7.__asm__, __volatile__?
為什麼會用__asm__取代asm，用__volatile__取代volatile
這些有底線的都是因為我們通常會define成macro，但如果直接用asm or volatile會在strict ANSI compile下會出現warning所以使用加底線的版本，但其實是一樣的
(這部份其實我並不是很了解啊)WHY