C/C++代码中嵌套ARM汇编代码
起草人：马啸
在C/C++代码中嵌套汇编代码有两个目的：
- 为了性能优化，将非常关键的代码直接用汇编指令编写。。
- 程序需要频繁与底层硬件（例如：寄存器）打交道，也需要用汇编指令编写。
GCC编译器支持直接在C或者C++代码中，嵌入ARM汇编代码。其基本格式如下：
__asm__ [__volatile__] ( assembler template
: [output operand list] /*optional*/
: [input operand list] /*optional*/
: [clobbered register list] /*optional*/
);
下面将对上面的格式中前两个关键字进行进一步解释。
- 首先是关键字"__asm__",它将提醒GCC编译器，后面的将会是汇编代码。也可以使用"asm"，但"__asm__"的兼容性更好。
- 其次是关键字"__volatile__"，其作用是禁止编译器对后面编写的汇编指令再进行优化。这个关键字是可选的。同样的，也可以使用"volatile"，但是兼容性不好。
括号中的就是真正的汇编代码了，由四部分组成：
- 具体的汇编代码；
- 输出参数列表；
- 输入参数列表；
- 修改寄存器列表。
各个部分间使用冒号“:”进行分割。如果前面的部分没有使用，而后面的部分使用了，则前面的部分也需要用冒号留空。
1）汇编代码模板：
汇编代码必须用双引号括起来。如果有多行汇编代码的话，每一条语句都要用双引号括起来，并且在代码后面要加上换行符（“\n”或者“\n\t”）。例如：
__asm__ __volatile__ ("instruction 1\n\t"
"instruction 2\n\t"
"instruction 3\n\t"
"instruction 4"
);
如果没有汇编代码，也需要传入空字符串（""），否则会报错。
2)输出参数列表
前面介绍了，第二部分表示输出参数列表。
输出参数表示汇编代码处理完后要输出结果的C表达式。如果有多个输出或输入表达式，需要用逗号（“,”）将它们分隔开来。下面举个例子：
__asm__("mov %0,%1, ror #1"
: "=r" (result)
: "r" (value)
);
例子中的%0代表后面定义的第一个操作数，即输出操作数，也就是C语言中的result变量。%1代表定义的第二个操作数，即输入操作数，就是C语言中的value变量。
该汇编代码的功能是将value的值右移一位，然后保存到result中。
从上面的例子可以看到，每一个操作数由三部分组成，分别是修改符（Modifier），限定符（Constraint）和C表达式，其中修改符是可选的。具体形式如下：
"[modifier]constraint"(C expression)
注意：修改符和限定符在双引号内，C表达式在括号内。
限定符：
由于并不是所有的汇编指令都可以接受C语言中任何类型的变量作为输入或输出变量的，因此汇编器需要知道这些变量到底用在什么地方，从而帮助其在传递操作数之前做一些转换。
下面是ARM下汇编指令中对常用限定符的定义：
| 限定符 | 在ARM指令集下 |
| f | 浮点寄存器f0...f7 |
| r | 通用寄存器r0...r15 |
| m | 内存地址 |
修改符：
修改符加在限定符之前，可选。目前GCC定义了三个修改符，分别是：
| 修改符 | 含义 |
| = | 只写操作数，通常用于输出操作数 |
| + | 可读且可写操作数，使用时必须要列在输出操作数中 |
| & | 寄存器只能用于输出 |
作为输出操作数，只需要在限定符前加上“=”就可以了。
如果想让一个C变量既作为输入操作数，也作为输出操作数，可以使用“+”限定符，这个限定符加在输出操作数列表中。例如：
__asm__("mov %0, %0, ror #1"
: "+r" (y)
);
如果老版本GCC不识别"+"修改符，但是还想达到输入和输出操作符是一个变量的目的，可以用另外一种方法。在限定符中，也可以使用数字，其作用是指代前面定义的操作数，0代表第一个，1代表第二个，以此类推。例如：
__asm__("mov %0, %0", ror #1
: "=r" (y)
: "0" (y)
);
在输出操作数中使用“&”修改符，明确告诉编译器，输出操作数的寄存器一定不能使用输入操作数已经使用过的寄存器。下面举个例子：
__asm__ __volatile__("ldr %0, [%1]\n\t"
"str %2, [%1, #4]"
: "=&r" (rdv)
: "r" (&table), "r" (wdv)
: "memory"
);
在这个例子中，table是一个数组。它对应于汇编代码中的%1，rdv对应于汇编代码中的%0.所以第一条汇编代码的功能是把数组table中第一个数存放到rdv中。
第二条指令是将wdv中存放的值存放到table数组的第二个元素位置。
从代码上并没有看出问题，但是编译器可能会用同一个寄存器来表示输入操作数&table（%1）和输出操作数rdv（%0）。那么执行完第一条语句之后，table数组的地址就被修改掉了。
所以，可以在输出操作数中加上一个“&”修改符，强制保证输出操作数不能和输入操作数复用同一个寄存器，这个问题就解决了。
总结：如果汇编代码中输入寄存器还没有使用完毕，要对输出操作数进行修改时，则特别需要用“&”修改符，保证不复用。
3)输入参数列表
输入参数列表和输出参数列表类似。不同的地方是不用修改符，这样默认这个操作数只是只读的。
4) 修改寄存器列表
在执行你的程序时会用到一些寄存器，所以在执行之前必须要做必要的备份和恢复的动作。但是，编译器并不会分析你的汇编代码，找出这种被你修改过，需要恢复的寄存器，因此你必须显式的告诉编译器，被你修改过的寄存器有哪些。这就是修改寄存器列表所起到的作用。
对于嵌入内联ARM汇编来说，修改寄存器列表中的值有下面三种类型。
| r0...r15 | 告诉编译器汇编代码中修改了通用寄存器r0...r15 |
| cc | 告诉编译器汇编代码会导致CPU状态位的改变 |
| memory | 告诉编译器汇编代码会读取或修改内存中某个地址存放的值 |
对于"memory"，它保证了寄存器和内存之间的同步。比如：出于优化的目的，在执行你的汇编代码之前，编译器将某些变量的值还保存在寄存器中，并没有被写到实际的内存中。但是，如果你的汇编代码会读取内存中的值，则很有可能新的值还在寄存器中，而内存中存放的还是老的值，这样就会造成错误。添加了“memory”之后，编译器会在执行你的代码之前，保证将保存在寄存器中，没有更新到内存中的值全部都写入到内存中。
注意：此列表中的每一项都要用双引号（""）括起来，每项之间都要用逗号（","）分割。