我正在尝试使用gcc-arm在arm7tdmi-s上实现一些"OSEK服务"。不幸的是，提高优化级别会导致"错误"的代码生成。我不明白的主要一点是，编译器似乎忽略了过程调用标准，例如，通过将参数移动到寄存器r0-r3来将参数传递给函数。我知道函数调用可以内联，但参数仍然需要在寄存器中才能执行系统调用。
考虑以下代码来演示我的问题：
unsigned SysCall(unsigned param)
{
volatile unsigned ret_val;
__asm __volatile
(
"swi 0 nt" /* perform SystemCall */
"mov %[v], r0 nt" /* move the result into ret_val */
: [v]"=r"(ret_val)
:: "r0"
);
return ret_val; /* return the result */
}
int main()
{
unsigned retCode;
retCode = SysCall(5); // expect retCode to be 6 when returning back to usermode
}
我在汇编中编写了顶级软件中断处理程序如下：
.type SWIHandler, %function
.global SWIHandler
SWIHandler:
stmfd sp! , {r0-r2, lr} @save regs
ldr r0 , [lr, #-4] @load sysCall instruction and extract sysCall number
bic r0 , #0xff000000
ldr r3 , =DispatchTable @load dispatchTable
ldr r3 , [r3, r0, LSL #2] @load sysCall address into r3
ldmia sp, {r0-r2} @load parameters into r0-r2
mov lr, pc
bx r3
stmia sp ,{r0-r2} @store the result back on the stack
ldr lr, [sp, #12] @restore return address
ldmfd sp! , {r0-r2, lr} @load result into register
movs pc , lr @back to next instruction after swi 0
调度表如下所示：
DispatchTable:
.word activateTaskService
.word getTaskStateService
SystemCall函数如下所示：
unsigned activateTaskService(unsigned tID)
{
return tID + 1; /* only for demonstration */
}
在没有优化的情况下运行，一切都很好，并且参数按预期在寄存器中：请参阅以下代码-O0优化：
00000424 <main>:
424: e92d4800 push {fp, lr}
428: e28db004 add fp, sp, #4
42c: e24dd008 sub sp, sp, #8
430: e3a00005 mov r0, #5 @move param into r0
434: ebffffe1 bl 3c0 <SysCall>
000003c0 <SysCall>:
3c0: e52db004 push {fp} ; (str fp, [sp, #-4]!)
3c4: e28db000 add fp, sp, #0
3c8: e24dd014 sub sp, sp, #20
3cc: e50b0010 str r0, [fp, #-16]
3d0: ef000000 svc 0x00000000
3d4: e1a02000 mov r2, r0
3d8: e50b2008 str r2, [fp, #-8]
3dc: e51b3008 ldr r3, [fp, #-8]
3e0: e1a00003 mov r0, r3
3e4: e24bd000 sub sp, fp, #0
3e8: e49db004 pop {fp} ; (ldr fp, [sp], #4)
3ec: e12fff1e bx lr
使用-O3编译相同的代码会产生以下汇编代码：
00000778 <main>:
778: e24dd008 sub sp, sp, #8
77c: ef000000 svc 0x00000000 @Inline SystemCall without passing params into r0
780: e1a02000 mov r2, r0
784: e3a00000 mov r0, #0
788: e58d2004 str r2, [sp, #4]
78c: e59d3004 ldr r3, [sp, #4]
790: e28dd008 add sp, sp, #8
794: e12fff1e bx lr
请注意systemCall是如何在不分配值5 t0 r0的情况下内联的。
我的第一种方法是通过调整上面的函数SysCall，手动将这些值移动到寄存器中，如下所示：
unsigned SysCall(volatile unsigned p1)
{
volatile unsigned ret_val;
__asm __volatile
(
"mov r0, %[p1] nt"
"swi 0 nt"
"mov %[v], r0 nt"
: [v]"=r"(ret_val)
: [p1]"r"(p1)
: "r0"
);
return ret_val;
}
它似乎在这个最小的例子中起作用，但我不太确定这是否是最好的做法。为什么编译器认为在内联函数时可以省略参数？有人对这种方法是否可行或应该采取什么不同的做法有什么建议吗？
提前感谢
C源代码中的函数调用不会指示编译器根据ABI调用函数。它指示编译器根据C标准中的模型调用函数，这意味着编译器必须以其选择的方式将参数传递给函数，并以具有与C标准中定义的相同可观察效果的方式执行函数。
这些可观察的效果不包括设置任何处理器寄存器。当C编译器内联函数时，不需要设置任何特定的处理器寄存器。如果它使用ABI对外部调用调用函数，那么它将不得不设置寄存器。内联调用不需要遵守ABI。
因此，仅仅将系统请求放入由C源代码构建的函数中并不能保证设置任何寄存器。
对于ARM，您应该定义分配给所需寄存器的寄存器变量，并将其用作汇编指令的输入和输出：
unsigned SysCall(unsigned param)
{
register unsigned Parameter __asm__("r0") = param;
register unsigned Result __asm__("r0");
__asm__ volatile
(
"swi 0"
: "=r" (Result)
: "r" (Parameter)
: // "memory" // if any inputs are pointers
);
return Result;
}
(这是GCC的一个大杂烩；它很难看，文档也很差https://stackoverflow.com/tags/inline-assembly/info对于某些链接。某些ISAs的GCC具有方便的特定寄存器约束，您可以使用它来代替r，但不能用于ARM。(寄存器变量不需要是易失性的；编译器知道它们将被用作汇编指令的输入和输出。
如果asm语句除了产生返回值之外还有其他副作用，那么它本身应该是volatile。(例如，getpid()不需要是volatile。(
如果输出未被使用，则具有输出的非volatileasm语句可以被优化掉，或者如果它与同一输入一起使用(如纯函数调用(，则可以从循环中提升出来。这几乎从来都不是系统调用所需要的。
如果任何输入都是指向内核将读取或修改的内存的指针，那么您还需要一个"memory"clobber。请参阅如何指示可以使用内联ASM参数指向的内存*？了解更多细节(以及使用伪存储器输入或输出以避免"memory"阻塞的方法。(
对mmap/munmap或其他影响内存含义的系统调用使用"memory"clobber也是明智的；您不希望编译器决定在munmap之后而不是之前进行存储。