一、gcc 內聯匯編
內聯匯編即在C中直接使用匯編語句進行編程，使程序可以在C程序中實現C語言不能完成的一些工作，例如，在下面幾種情況中必須使用內聯匯編或嵌入型匯編。
- 程序中使用飽和算術運算(Saturating Arithmetic)
- 程序需要對協處理器進行操作
- 在C程序中完成對程序狀態寄存器的操作
格式：
__asm__ __volatile__("asm code"
:output
:input
:changed registers);
asm或__asm__開頭，小括號+分號，括號內容寫匯編指令。
指令+\n\t 用雙引號引上。
參數
asm code
主要填寫匯編代碼：
"mov r0, r0\n\t"
"mov r1,r1\n\t"
"mov r2,r2"
output(asm->C)
用於定義輸出的參數，通常只能是變量：
:"constraint" (variable)
"constraint"用於定義variable的存放位置：
r 表示使用任何可用的寄存器
m 表示使用變量的內存地址
+ 可讀可寫
= 只寫
& 表示該輸出操作數不能使用輸入部分使用過的寄存器，只能用"+&"或"=&"的方式使用
input(C->asm)
用於定義輸入的參數，可以使變量也可以是立即數：
:"constraint" (variable/immediate)
"constraint"用於定義variable的存放位置：
r 表示使用任何可用的寄存器(立即數和變量都可以)
m 表示使用變量的內存地址
i 表示使用立即數
Note:
- 使用__asm__和__volatile__表示編譯器將不檢查后面的內容，而是直接交給匯編器。
- 如果希望編譯器為你優化，__volatile__可以不加
- 沒有asm code也不能省略""
- 沒有前面的和中間的部分，不可以相應的省略:
- 沒有changed 部分，必須相應的省略:
- 最后的;不能省略，對於C語言來說這是一條語句
- 匯編代碼必須放在一個字符串內，且字符串中間不能直接按回車換行，可以寫成多個字符串，注意中間不能有任何符號，這樣就會將兩個字符串合並為一個
- 指令之間必須要換行，還可以使用\t使指令在匯編中保持整齊
舉例
例1：無參數，無返回值
這種情況，output和input可以省略：
asm
( //匯編指令
"mrs r0,cpsr \n\t"
"bic r0,r0,#0x80 \n\t"
"msr cpsr,r0 \n\t"
);
例2：有參數 ，有返回值
讓內聯匯編做加法運算，求a+b，結果存在c中
int a =100， b =200， c =0;
asm
(
"add %0,%1,%2\n\t"
: "=r"(c)
: "r"(a),"r"(b)
: "memory"
);
%0 對應變量c
%1 對應變量a
%2 對應變量b
例3：有參數 2 ，有返回值
讓內聯匯編做加法運算，求a+b，結果存在sum中，把a-b的存在d中
asm volatile
(
"add %[op1],%[op2],%[op3]\n\t"
"sub %[op4],%[op2],%[op3]\n\t"
:[op1]"=r"(sum),[op4]"=r"(d)
:[op2]"r"(a),[op3]"r"(b)
:"memory"
);
%0 對應變量c
%1 對應變量a
%2 對應變量b
三、ATPCS規則：（ARM、thumber程序調用規范）
為了使單獨編譯的C語言程序和匯編程序之間能夠相互調用,必須為子程序之間的調用規定一定的規則.ATPCS就是ARM程序和THUMB程序中子程序調用的基本規則。
基本ATPCS規定了在子程序調用時的一些基本規則，包括下面3方面的內容：
- 各寄存器的使用規則及其相應的名稱。
- 數據棧的使用規則。
- 參數傳遞的規則。
1. 寄存器的使用必須滿足下面的規則：
-
1）子程序間通過寄存器R0一R3來傳遞參數，這時，寄存器R0～R3可以記作A1-A4。被調用的子程序在返回前無需恢復寄存器R0～R3的內容。
-
2）在子程序中，使用寄存器R4～R11來保存局部變量．這時，寄存器 R4 ～ R11可以記作V1 ～ V8。
如果在子程序中使用到了寄存器V1～V8中的某些寄存器，子程序進入時必須保存這些寄存器的值，在返回前必須恢復這些寄存器的值；對於子程序中沒有用到的寄存器則不必進行這些操作。在Thumb程序中，通常只能使用寄存器R4～R7來保存局部變量。 -
3）寄存器R12用作過程調用時的臨時寄存器（用於保存SP，在函數返回時使用該寄存器出棧）， 記作ip。在子程序間的連接代碼段中常有這種使用規則。
-
4）寄存器R13用作數據棧指針，記作sp。在子程序中寄存器R13不能用作其他用途。寄存器sp在進入子程序時的值和退出子程序時的值必須相等。
-
5）寄存器R14稱為連接寄存器，記作lr。它用於保存子程序的返回地址。如果在子程序中保存了返回地址，寄存器R14則可以用作其他用途。
-
6）寄存器R15是程序計數器，記作pc。它不能用作其他用途。
ATPCS下ARM寄存器的命名：
| 寄存器 | 別名 | 功能 |
|---|---|---|
| R0 | a1 | 工作寄存器 |
| R1 | a2 | 工作寄存器 |
| R2 | a3 | 工作寄存器 |
| R3 | a4 | 工作寄存器 |
| R4 | v1 | 必須保護;局部變量寄存器 |
| R5 | v2 | 必須保護;局部變量寄存器 |
| R6 | v3 | 必須保護;局部變量寄存器 |
| R7 | v4 | 必須保護;局部變量寄存器 |
| R8 | v5 | 必須保護;局部變量寄存器 |
| R9 | v6 | 必須保護;局部變量寄存器 |
| R10 | sl | 棧限制 |
| R11 | fp | 幀指針 |
| R12 | ip | 指令指針 |
| R13 | sp | 棧指針 |
| R14 | lr | 連接寄存器 |
2、堆棧使用規則：
ATPCS規定堆棧為FD類型，即滿遞減堆棧。並且堆棧的操作是8字節對齊。
而對於匯編程序來說,如果目標文件中包含了外部調用,則必須滿足以下條件:
-
外部接口的數據棧一定是8位對齊的，也就是要保證在進入該匯編代碼后,直到該匯編程序調用外部代碼之間,數據棧的棧指針變化為偶數個字;
-
在匯編程序中使用PRESERVE8偽操作告訴連接器,本匯編程序是8字節對齊的.
3、參數的傳遞規則：
根據參數個數是否固定,可以將子程序分為參數個數固定的子程序和參數個數可變的子程序.這兩種子程序的參數傳遞規則是不同的.
1.參數個數可變的子程序參數傳遞規則
對於參數個數可變的子程序,當參數不超過4個時,可以使用寄存器R0~R3來進行參數傳遞,當參數超過4個時,還可以使用數據棧來傳遞參數.
在參數傳遞時,將所有參數看做是存放在連續的內存單元中的字數據。然后,依次將各名字數據傳送到寄存器R0,R1,R2,R3; 如果參數多於4個,將剩余的字數據傳送到數據棧中,入棧的順序與參數順序相反,即最后一個字數據先入棧.
按照上面的規則,一個浮點數參數可以通過寄存器傳遞,也可以通過數據棧傳遞,也可能一半通過寄存器傳遞，另一半通過數據棧傳遞。
舉例：
void func(a,b,c,d,e)
a -- r0
b -- r1
c -- r2
d -- r3
e -- 棧
2.參數個數固定的子程序參數傳遞規則
對於參數個數固定的子程序,參數傳遞與參數個數可變的子程序參數傳遞規則不同,如果系統包含浮點運算的硬件部件。
浮點參數將按照下面的規則傳遞:
（1）各個浮點參數按順序處理;
（2）為每個浮點參數分配FP寄存器;
分配的方法是,滿足該浮點參數需要的且編號最小的一組連續的FP寄存器.第一個整數參數通過寄存器R0~R3來傳遞,其他參數通過數據棧傳遞.
3、子程序結果返回規則
- 1.結果為一個32位的整數時,可以通過寄存器R0返回.
- 2.結果為一個64位整數時,可以通過R0和R1返回，依此類推.
- 3.對於位數更多的結果,需要通過調用內存來傳遞.
舉例：
使用r0 接收返回值
int func1(int m, int n)
m -- r0
n -- r1
返回值給 r0
為什么有的編程規范要求自定義函數的參數不要超過4個？
答：因為參數超過4個就需要壓棧退棧，而壓棧退棧需要增加很多指令周期。
對於參數比較多的情況，我們可以把數據封裝到結構體中，然后傳遞結構體變量的地址。
四、C語言和匯編相互調用
C和匯編相互調用要特別注意遵守相應的ATPCS規則。
1. C調用匯編
例1：c調用匯編文件中函數帶返回值
簡化代碼如下，代碼架構可以參考《7. 從0開始學ARM-GNU偽指令、代碼編譯，lds使用》。
;.asm
add:
add r2,r0,r1
mov r0,r2
MOV pc, lr
main.c
extern int add(int a,int b);
printf("%d \n",add(2,3));
- a->r0,b->r1
- 返回值通過r0返回計算結果給c代碼
例2，用匯編實現一個strcopy函數
;.asm
.global strcopy
strcopy: ;R0指向目的字符串 ;R1指向源字符串
LDRB R2, [R1], #1 ;加載字字符並更新源字符串指針地址
STRB R2, [R0], #1 ;存儲字符並更新目的字符串指針地址
CMP R2, #0 ;判斷是否為字符串結尾
BNE strcopy ;如果不是，程序跳轉到strcopy繼續循環
MOV pc, lr ;程序返回
//.c
#include <stdio.h>
extern void strcopy(char* des, const char* src);
int main(){
const char* srcstr = "yikoulinux";
char desstr[]="test";
strcopy(desstr, srcstr);
return 0;
}
2. 匯編調用C
//.c
int fcn(int a, int b , int c, int d, int e)
{
return a+b+c+d+e;
}
;.asm ;
.text .global _start
_start:
STR lr, [sp, #-4]! ;保存返回地址lr
ADD R1, R0, R0 ;計算2*i(第2個參數)
ADD R2, R1, R0 ;計算3*i(第3個參數)
ADD R3, R1, R2 ;計算5*i
STR R3, [SP, #-4]! ;第5個參數通過堆棧傳遞
ADD R3, R1, R1 ;計算4*i(第4個參數)
BL fcn ;調用C程序
ADD sp, sp, #4 ;從堆棧中刪除第五個參數
.end
假設程序進入f時，R0中的值為i ;
int f(int i){
return fcn(i, 2*i, 3*i, 4*i, 5*i);
}
五、其他實例
為了讓讀者有個更加深刻的理解， 以內核中的例子為例：
arch/arm/kernel/setup.c
void notrace cpu_init(void)
{
unsigned int cpu = smp_processor_id();－－－－獲取CPU ID
struct stack *stk = &stacks[cpu];－－－－獲取該CPU對於的irq abt和und的stack指針
……
#ifdef CONFIG_THUMB2_KERNEL
#define PLC "r"－－－－Thumb-2下，msr指令不允許使用立即數，只能使用寄存器。
#else
#define PLC "I"
#endif __asm__ (
"msr cpsr_c, %1\n\t"－－－－讓CPU進入IRQ mode
"add r14, %0, %2\n\t"－－－－r14寄存器保存stk->irq
"mov sp, r14\n\t"－－－－設定IRQ mode的stack為stk->irq
"msr cpsr_c, %3\n\t"
"add r14, %0, %4\n\t"
"mov sp, r14\n\t"－－－－設定abt mode的stack為stk->abt
"msr cpsr_c, %5\n\t"
"add r14, %0, %6\n\t"
"mov sp, r14\n\t"－－－－設定und mode的stack為stk->und
"msr cpsr_c, %7"－－－回到SVC mode
:－－－－上面是code，下面的output部分是空的
: "r" (stk),－－－－對應上面代碼中的%0
PLC (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | IRQ_MODE),－－－－對應上面代碼中的%1
"I" (offsetof(struct stack, irq[0])),－－－－對應上面代碼中的%2
PLC (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | ABT_MODE),－－－－以此類推，下面不贅述
"I" (offsetof(struct stack, abt[0])),
PLC (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | UND_MODE),
"I" (offsetof(struct stack, und[0])),
PLC (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE)
: "r14");－－－－上面是input操作數列表，r14是要clobbered register列表
}