使用GCC内联程序集和采用即时值的指令

Question

问题所在

我正在为ARM Cortex-M3处理器开发一个自定义操作系统。要与内核交互，用户线程必须生成一个SuperVisor调用(SVC)指令(以前称为SoftWare中断)。ARM中这一指令的定义是：

​

​

这意味着指令需要立即参数，而不是寄存器值。

这使得我很难以一种可读的方式设计我的界面。它需要如下代码：

asm volatile( "svc #0");

当我更喜欢这样的东西

svc(SVC_YIELD);

但是，我不知道如何构造这个函数，因为SVC指令需要一个直接的参数，而且当值通过寄存器传入时，我不能提供这个参数。

内核：

对于背景，svc指令在内核中被解码如下

#define SVC_YIELD   0
// Other SVC codes

// Called by the SVC interrupt handler (not shown)
void handleSVC(char code)
{
  switch (code) {

    case SVC_YIELD:
      svc_yield();
      break;
    // Other cases follow

这个案例陈述正在迅速失控，但我看不出有什么办法可以解决这个问题。欢迎任何建议。

我试过的

带有寄存器参数的SVC

我一开始考虑

__attribute__((naked)) svc(char code)
{
    asm volatile ("scv r0"); 
}

但是，这当然不起作用，因为SVC需要注册参数。

蛮力

试图解决这一问题的暴力行动看上去像是：

void svc(char code)
  switch (code) {
    case 0:
      asm volatile("svc #0");
      break;
    case 1:
      asm volatile("svc #1");
      break;
    /* 253 cases omitted */
    case 255:
      asm volatile("svc #255");
      break;
  }
}

但那有一种讨厌的代码气味。当然，这一点可以做得更好。

动态生成指令编码

最后一次尝试是在RAM中生成指令(其余代码是从只读Flash运行的)，然后运行它：

void svc(char code)
{
  asm volatile (
      "orr r0, 0xDF00  \n\t" // Bitwise-OR the code with the SVC encoding
      "push {r1, r0}   \n\t" // Store the instruction to RAM (on the stack)
      "mov r0, sp      \n\t" // Copy the stack pointer to an ordinary register
      "add r0, #1      \n\t" // Add 1 to the address to specify THUMB mode
      "bx r0           \n\t" // Branch to newly created instruction
      "pop {r1, r0}    \n\t" // Restore the stack
      "bx lr           \n\t" // Return to caller
      );
}

但这感觉也不太对。而且，它也不起作用--这里有些事情我做错了；也许我的指令没有正确地对齐，或者我还没有设置处理器来允许在这个位置从RAM中运行代码。

我该怎么办？

我得做最后一个选择。但是，我还是觉得我应该能做这样的事：

__attribute__((naked)) svc(char code)
{
    asm volatile ("scv %1"
         : /* No outputs */
         : "i" (code)    // Imaginary directive specifying an immediate argument
                         // as opposed to conventional "r"
          ); 
}

但是我在文档中找不到任何这样的选项，我无法解释如何实现这样的特性，所以它可能不存在。我该怎么做？

Answer 1

您希望使用约束强制将操作数作为8位立即分配.对于ARM，这是约束I。所以你想

#define SVC(code) asm volatile ("svc %0" : : "I" (code) )

请参阅GCC文档，以获得所有约束的摘要--您需要查看特定处理器的注释，才能看到特定平台的约束。在某些情况下，您可能需要查看gcc源中的体系结构的.md (机器描述)文件，以获得全部信息。

还有一些很好的手臂特异性gcc博士这里。标题“输入和输出操作数”下的几页，它提供了一个包含所有ARM约束的表。

Answer 2

正如克里斯·多德在有关宏的注释中所指出的那样，它不太起作用，但确实是这样的：

#define STRINGIFY0(v) #v
#define STRINGIFY(v) STRINGIFY0(v)
#define SVC(i)  asm volatile("svc #" STRINGIFY(i))

但是，请注意，如果将枚举值传递给它，则它将无法工作，只会传递一个#定义的值。

因此，Chris上面的答案是最好的，因为它使用了一个即时的值，这是所需的，至少对拇指指示是这样的。

Answer 3

我的解决方案(“动态生成指令编码”)：

#define INSTR_CODE_SVC      (0xDF00)
#define INSTR_CODE_BX_LR    (0x4770)

void svc_call(uint32_t svc_num)
{
    uint16_t instrs[2];

    instrs[0] = (uint16_t)(INSTR_CODE_SVC | svc_num);
    instrs[1] = (uint16_t)(INSTR_CODE_BX_LR);

    // PC = instrs (or 1 -> thumb mode)
    ((void(*)(void))((uint32_t)instrs | 1))();
}

它的工作原理和它的更好的开关-大小写变体，它需要~2kb ROM的256 svc。这个功能不需要放在RAM部分，闪存是可以的。如果svc_num应该是一个运行时变量，您可以使用它。