从裸asm函数访问C++非POD类数据

Question

是否可以使这个混合的c++/asm函数符合标准？函数ePendSV()必须具有以下布局：

ePendSV: //function entry point
    mrs r0,PSP
    stmdb r0!,{r4-r11,lr}
// compiler can generate any code here doing these things:
    readyTcbQueue.pTcb.runTcb->psp = r0;
    readyTcbQueue.pTcb.runTcb=readyTcbQueue.pTcb.readyTcb;
    r0 = readyTcbQueue.pTcb.readyTcb->psp;
// work with r0 in assembly
    ldmia r0!,{r4-r11,lr}
    msr PSP,r0
    bx lr

readyTcbQueue.pTcb是一个简单的struct对象，只有两个指向BragOsTcb对象的指针；

struct{
    BragOsTcb *runTcb;
    BragOsTcb *readyTcb;
};

BragOsTcb是非POD类，但没有虚拟函数和虚拟继承，如下所示：

class BragOsTcb : public TcbCdllq, public TimerTcbCdllq, public BragOsObject{
public:
    BragOsTcb();
....
private:
.....
public:
    unsigned long psp;
....
};

TcbCdllq、TimerTcbCdllq、BragOsObject也是布局相似、没有虚拟化的简单类。但它们也是非POD的.

我做了这个代码，它工作在gcc和clang，但它是一个非标准的黑客，可能不起作用。

__attribute__((naked)) void ePendSV(){
  asm volatile("\
    mrs r0,PSP \n\
    stmdb r0!,{r4-r11,lr} \n\
\n\
    ldr r1,=%0 \n\
    ldmia r1,{r2,r3}  // r2=runTcb, r3=readyTcb \n\
    str r0,[r2,%1] // save psp \n\
    str r3,[r1,#0] // runTcb=readyTcb \n\
    ldr r0,[r3,%1] // readyTcb->psp \n\
\n\
   // restore LR(EXC_RETURN),R11-R4 from new PSP, set new PSP, return \n\
    ldmia r0!,{r4-r11,lr} \n\
    msr PSP,r0 \n\
    bx lr \n\
    "   :
        : "i"(&readyTcbQueue.pTcb),"i"(&(((BragOsTcb*)0)->psp))
        : );
    // it'is an offsetof hack which might not work
}

谢谢!

Answer 1

由于扩展的asm在裸功能上不支持gcc/clang

裸此属性允许编译器构造必要的函数声明，同时允许函数的主体为程序集代码。指定的函数将不具有编译器生成的序言/结语序列。只有基本的asm语句可以安全地包含在裸函数中(参见基本Asm)。虽然使用扩展的asm或基本的asm和C代码的混合物似乎可以工作，但它们不能依赖于可靠地工作，并且不受支持。https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/ARM-Function-Attributes.html#ARM-Function-Attributes

我们可以使用正常的C++函数，然后从裸的跳/调用它。

typedef unsigned long U32;

__attribute__((naked)) void ePendSV(){
    asm volatile("\
        mrs r0, PSP \n\
        stmdb r0!, {r4-r11,lr} \n\
        b realSwitchContext"); // this solution costs single jump instruction named **b**. It's valid for ARM-assembly in this case.
                              // Stack pointer has been saved in r0 register. we dont care about stack for now.
}

extern "C" void realSwitchContext(U32 psp){
    readyTcbQueue.pTcb.runTcb->psp = psp;
    BragOsTcb *tcb = readyTcbQueue.pTcb.readyTcb;
    readyTcbQueue.pTcb.runTcb = tcb;
    psp = tcb->psp;
    asm volatile("\
        ldmia %0!, {r4-r11,lr} \n\
        msr PSP, %0 \n\
        bx lr" : : "r"(psp)); // we just changed stack pointer then can return here and don't care about C++ stacked data
}

由于有两个堆栈指针- MSP和PSP，在上面的实现中有一些缺陷。如果bx lr将使用堆栈，MSP将被最后的C++指令破坏。下面的解决方案是正确的，但花费2‘昂贵’指令- bl (呼叫)和bx lr (返回)

__attribute__((naked)) void ePendSV(){
    asm volatile("\
        mrs r0, PSP \n\
        stmdb r0!, {r4-r11,lr} \n\
        bl realSwitchContext \n\
        ldmia r0!, {r4-r11,lr} \n\
        msr PSP, r0 \n\
        bx lr");
}

extern "C" U32 realSwitchContext(U32 psp){
    readyTcbQueue.pTcb.runTcb->psp = psp;
    BragOsTcb *tcb = readyTcbQueue.pTcb.readyTcb;
    readyTcbQueue.pTcb.runTcb = tcb;
    return tcb->psp;
}