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前言

由于在内核代码中经常看到内联汇编代码，便总结下来。

1 Registers in AArch64 state

在 AArch64 应用程序级别视图中，Arm 处理元素具有：
R0-R30 共 31 个通用寄存器，R0 到 R30。 每个寄存器可以通过以下方式访问：
（1）名为 W0 至 W30 的 32 位通用寄存器。
（2）名为 X0 到 X30 的64 位通用寄存器。

对于arm64系的CPU来说， 如果寄存器以x开头则表明的是一个64位的寄存器，如果以w开头则表明是一个32位的寄存器。

如下图所示：

X30通用寄存器用作过程调用链接寄存器。

SP：一个64位专用堆栈指针寄存器。可以使用寄存器名WSP访问堆栈指针的最低有效32位。
PC：保存当前指令地址的64位程序计数器。软件不能直接写入PC。它只能在分支、异常条目或异常返回上进行更新。

2 内联汇编

2.1 dmeo

以atomic_add为例子来讲解:

// /linux-3.10.1/arch/arm64/include/asm/atomic.h

/*
 * AArch64 UP and SMP safe atomic ops.  We use load exclusive and
 * store exclusive to ensure that these are atomic.  We may loop
 * to ensure that the update happens.
 */
static inline void atomic_add(int i, atomic_t *v)
{
	unsigned long tmp;
	int result;

	asm volatile("// atomic_add\n"
"1:	ldxr	%w0, %2\n"
"	add	%w0, %w0, %w3\n"
"	stxr	%w1, %w0, %2\n"
"	cbnz	%w1, 1b"
	: "=&r" (result), "=&r" (tmp), "+Q" (v->counter)
	: "Ir" (i)
	: "cc");
}

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（1）ldxr %w0, %2：w0 = %2(v->counter) //使用ldxr指令把原子变量v的值加载到32位通用寄存器中
（2）add %w0, %w0, %w3： w0 = w0 + w3 //把32位通用寄存器的值加上i
（3）stxr %w1, %w0, %2：%2(v->counter) = w0 //使用stxr指令把32位寄存器的值写到原子变量v，执行结果存储在w1
（4）cbnz %w1, 1b：若w1 != 0，跳转到标号1 //果stxr指令返回1，表示存储失败，回到上述这行 “1: ldxr %w0, %2\n”

2.2 内联汇编格式

（1）
GCC嵌入式汇编，GCC嵌入式汇编的格式如下：

asm volatile(
	Assembler Template;
	:outputOperands
	:inputOperands
	[:Clobbers])
)
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asm表示内联汇编。
volatile表示防止编译器优化后面的汇编代码部分。
内联汇编由四部分组成:
Assembler Template即汇编代码部分，必须有。其他三个为辅助参数，可选；各部分之间用冒号“:”分割，即使参数为空，也要加冒号；后面会详细介绍。

（2）
在Assembler Template中我们看到 ldxr、add、stxr、cbnz等操作码。%w0，%w1，%2，%w3等操作数。操作码后面的基本都是操作数。

（3）
Operands（操作数）格式：

[name]"modifier+constraint"(C expression)
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name:别名，可选；如果指定了别名的话，那在汇编模板中，引用该变量，就可以使用别名，增加可读性。
modifier:修改符，要用双引号括起来；
constraint:限定符，要用双引号括起来；
c表达式：用小括号括起来；

// /linux-5.13/arch/arm64/include/asm/atomic_lse.h

#define ATOMIC_OP(op, asm_op)						\
static inline void __lse_atomic_##op(int i, atomic_t *v)			\
{									\
	asm volatile(							\
	__LSE_PREAMBLE							\
"	" #asm_op "	%w[i], %[v]\n"					\
	: [i] "+r" (i), [v] "+Q" (v->counter)				\
	: "r" (v));							\
}

ATOMIC_OP(andnot, stclr)
ATOMIC_OP(or, stset)
ATOMIC_OP(xor, steor)
ATOMIC_OP(add, stadd)
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其中的 [i] 和 [v] 就是别名，在Operands指定了别名，那么就可以在汇编模板中，就可以使用别名，增加可读性。

（4）
从output operand list到input operand list，参数的命名从0开始，依次是%0，%1，%2，%3…
以上述为例：
%w0表示第0个参数，result。由于%0中间加了w，表示存放在通用寄存器中。注意在参数列表中(result)用"r"修饰。“r”表示使用一个通用寄存器。
%w1表示第1个参数tmp。由于%1中间加了w，表示存放在通用寄存器中。注意在参数列表中(tmp)用"r"修饰
%2表示第2个参数 v->counter 。
%w3表示第3个参数i。由于%3中间加了w，表示存放在通用寄存器中，同时是一个整数立即数。注意在参数列表中(i)用"r"和"I"修饰。
操作数的作用是将C语言定义的变量与汇编中使用的变量进行一 一对应，汇编器需要知道这些变量到底用在什么地方，传递前做一些转换。

（5）
outputOperands，可以规定对输出操作数的约束条件。每个输出约束（constraint）通常以“=”号开头，接着是一个字母表示对操作数类型的说明，然后是关于变量结合的约束。
%w0操作数对应 “=&r” (result)，指的是函数里的result变量。其中“&”表示该操作符只能用作输出，“=”表示该操作符只写。“r”表示使用一个通用寄存器。
%w1操作数对应"=&r" (tmp)，指的是函数里的tmp变量。
%2操作数是"+Qo" (v->counter)，指的是原子变量v->counter, “+”表示该操作符具有可读可写属性。

inputOperands 有1个操作数：i，是%3，第三个操作数，%w3操作数对应"Ir" (i)，指的是函数的参数i。用"I"和"r"修饰表示是整数类型的立即数，并且存放在通用寄存器中。

（5）
Clobbers，损坏部一般以“memory”结束。“memory”告诉GCC编译器内嵌汇编指令改变了内存中的值，强制编译器在执行该汇编代码前存储所有缓存的值，在执行完汇编代码之后重新加载该值，目的是防止编译乱序。

这里的"cc"表示condition registor，状态寄存器标志位。告诉编译器汇编代码会导致CPU状态位的改变。

总结

以上就是ARM64内联汇编简单介绍。

参考资料

Linux 内核 3.10.1
Linux 内核 5.13.0

https://blog.csdn.net/luteresa/article/details/119327138