[嵌入式]基本内联汇编和扩展内联汇编

基本内联汇编

基本内联汇编是最简单的内联形式，其格式为：
asm [volatile] ("assembly code")

• asm:用于声明内联汇编表达式，这是内联汇编固定补分，不可少。asm和__asm__ 是一样的，是由gcc定义的宏：#define __asm__ asm。

• volatile：是可选项，它告诉gcc：“不要修改我写的汇编代码，请原样保留”。volatile 和__volatile__是一样的，是由gcc定义的宏：#define __volatile__ volatile

• “assembly code” 是咱们所写的汇编代码，它必须位于圆括号中，而且必须用双引号括起来。规则如下：

  1. 指令必须用双引号引起来，无论双引号中是一条指令或多条指令
  2. 一对双引号不能跨行，如果跨行需要在结尾用反斜杠\转义。
  3. 指令之间用分号; 换行符\n或换行符加制表符\n \t分隔。
  4. 当指令在多个双引号中时，除最后一个双引号外，其余双引号中的代码最后一定要有分隔符，如：

     asm(“movl $9,%eax;””pushl %eax”) 正确
     asm(“movl $9,%eax””pushl %eax”)  错误
     

扩展内联汇编

格式：
asm [volatile] (“assembly code”:output : input : clobber/modify)

• output：用来指定汇编代码的数据如何输出给C代码使用。内嵌的汇编指令运行结束后，如果想将运行结果存储到C变量中，就用此项指定输出的位置。output中每个操作数的格式为：“操作数修饰符约束名”（C 变量名），操作数修饰符通常为等号=。多个操作数之间用逗号,分隔。

• input：用来指定C中数据如何输入给汇编使用。要向让汇编使用C中的变量作为参数，就要在此指定。input中每个操作数的格式为：“[操作数修饰符] 约束名”（C 变量名）,操作数修饰符为可选项。多个操作数之间用逗号,分隔。

• clobber/modify：汇编代码执行后会破坏一些内存和寄存器资源，通过此项通知编译器，可能造成寄存器或内存数据破坏，这样gcc就知道哪些寄存器或内存需要提前保护前来。

  1. 格式：用双引号把寄存器名称引起来，多个寄存器之间用逗号,分隔，寄存器不用再加两个%%，只要写名称即可，如：asm("movl %%eax, %0;movl %%eax,%%ebx":"=m" (ret_value)::"bx")
  2. 如果我们的内联汇编代码修改了标志寄存器 eflags 中的标志位，同样需要在 clobber/modify 中用”cc”声明
  3. 如果我们修改了内存，我们需要在 clobber/modify 中”memory”声明。
  4. 如果我们在 output 中使用了内存约束，gcc 自然会得到哪块内存被修改。但如果被修改的内容并未在output 中，我们就需要用”memory”告诉 gcc 啦。

• 约束的作用：约束的作用是让C代码的操作数变成汇编代码能使用的操作数，所有的约束形式其实都是给汇编用的。约束是C语言中的操作数与汇编语言中的操作数之间的映射，他告诉gcc，同一个操作数在两种环境下如何变换身份，如何对接沟通。编译过程中C代码是要先变成汇编代码的，内联汇编中的约束就相当于gcc让咱们指定C中数据的编译形式。

以下是各种约束的解释：

• 寄存器约束：寄存器约束就是要求gcc使用哪个寄存器，将input或output变量约束在某个寄存器中，常见的寄存器约束有：
  a：表示寄存器 eax/ax/al
  b：表示寄存器 ebx/bx/bl
  c：表示寄存器 ecx/cx/cl
  d：表示寄存器 edx/dx/dl
  D：表示寄存器 edi/di
  S：表示寄存器 esi/si
  q：表示任意这 4 个通用寄存器之一：eax/ebx/ecx/edx
  r：表示任意这 6 个通用寄存器之一：eax/ebx/ecx/edx/esi/edi
  g：表示可以存放到任意地点（寄存器和内存）。相当于除了同 q 一样外，还可以让 gcc 安排在内存中
  A：把 eax 和 edx 组合成 64 位整数
  f：表示浮点寄存器
  t：表示第 1 个浮点寄存器
  u：表示第 2 个浮点寄存器

• 内存约束：内存约束是要求gcc直接将位于input和output中的C变量内存地址作为内联汇编代码的操作数，不需要寄存器做中转，直接进行内存读写，也就是汇编代码的操作数是C变量的指针。
  m：表示操作数可以使用任意一种内存形式
  o：操作数为内存变量，但访问它是通过偏移量的形式访问，即包括offset_address的格式。

• 立即数约束：立即数即常数，此约束要求gcc在传值的时候不通过内存和寄存器，直接作为立即数传给汇编代码。由于立即数不是变量，只能作为右值，所以只能放在input中。
  i：表示操作数为整数立即数
  F：表示操作数为浮点数立即数
  I：表示操作数为 0～31 之间的立即数
  J：表示操作数为 0～63 之间的立即数
  N：表示操作数为 0～255 之间的立即数
  O：表示操作数为 0～32 之间的立即数
  X：表示操作数为任何类型立即数

• 通用约束：
  0～9：此约束只用在 input 部分，但表示可与 output 和 input 中第 n 个操作数用相同的寄存器或内存。

• 占位符：为了方便对操作数的引用，扩展内联汇编提供了占位符，他的作用是代表约束指定的操作数（寄存器、内存、立即数），我们更多的是在内联汇编中使用占位符来引用操作数。占位符分为序号占位符和名称占位符：

  1. 序号占位符：序号占位符是对在output和input中的操作数，按照它们从左到右的次序从0开始编号，一直到9，也就是说最多支持10个序号占位符，引用它的格式是%0～9。占位符所表示的操作数默认情况下为 32 位数据，在%和序号之间插入字符’h’来表示操作数为ah（第 8～15 位），或者插入字符’b’来表示操作数为 al（第 0～7 位）。
     h –输出寄存器高位部分中的那一字节对应的寄存器名称，如 ah、bh、ch、dh。
     b –输出寄存器中低部分 1 字节对应的名称，如 al、bl、cl、dl。
     w –输出寄存器中大小为 2 个字节对应的部分，如 ax、bx、cx、dx。
     k –输出寄存器的四字节部分，如 eax、ebx、ecx、edx。
     如：
     asm("addl %%ebx, %%eax":"=a"(out_sum):"a"(in_a),"b"(in_b));
     等价于
     asm("addl %2, %1":"=a"(out_sum):"a"(in_a),"b"(in_b));
     其中：
     “=a”(out_sum)序号为 0，%0 对应的是 eax。
     “a”(in_a)序号为 1，%1 对应的是 eax。
     “b”(in_b)序号为 2，%2 对应的是 ebx。

  2. 名称占位符：名称占位符与序号占位符不同，序号占位符靠本身出现在output和input中的位置就能被编译器识别出来。而名称占位符需要在output和input中把操作数显式地起个名字，它用这样的格式来标识操作数：[名称]”约束名”（C 变量）。这样，该约束对应的汇编操作数便有了名字，在 assembly code 中引用操作数时，采用%[名称]的形式就可以了。

• 由于扩展内联汇编中的占位符要有前缀%，为了区别占位符和寄存器，只好在寄存器前用两个%做前缀啦，这就是本节前面解释在扩展内联汇编中寄存器前面要有两个%做前缀的原因。

• 在约束中还有操作数类型修饰符，用来修饰所约束的操作数：内存、寄存器，分别在ouput 和 input中有以下几种。
  在output中：
  =：表示操作数是只写，相当于为 output 括号中的 C 变量赋值，如=a(c_var)，此修饰符相当于 c_var=eax。
  +：表示操作数是可读写的，告诉 gcc 所约束的寄存器或内存先被读入，再被写入。
  &：表示此 output 中的操作数要独占所约束（分配）的寄存器，只供 output 使用，任何 input 中所分配的寄存器不能与此相同。注意，当表达式中有多个修饰符时，&要与约束名挨着，不能分隔。
  在input中：
  %：input 中的输入可以和下一个 input 操作数互换