关于arch/arm64/include/asm/atomic.h的atomic_add函数的问题

Question

我对基于 Linux 内核的 C 编码风格非常陌生。我试图理解“arch/arm64/include/asm/atomic.h”文件中“atomic_add”函数的以下实现（here第112-124行）。

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));

}

请帮助我理解以下问题。

%w0 或 %w3 是什么意思？我明白%2指的是计数器值。
%w0 是指（结果）变量还是通用寄存器？
约束字符串“Ir”是否代表“立即注册”？

Answer 1

```
w
```
是一个操作数修饰符。它导致内联汇编包含寄存器的 32 位名称（
```
w0
```
等），而不是默认的 64 位名称（
```
x0
```
）。请参阅文档。（此功能在 gcc 13 及更早版本中没有记录，但在实践中已经支持了很长时间，以与 armclang 兼容。）您也可以尝试一下，并注意，如果您写
```
%0
```
而不是
```
%w0 
```
，生成的指令使用64位
```
x
```
寄存器。这不是您想要的，因为这些应该是 32 位加载和存储。
两者都有。与 GCC 风格的扩展 asm 一样，
```
%w0
```
指的是内联 asm 的操作数编号 0（如上所述，使用
```
w
```
修饰符来使用其 32 位名称）。这是用
```
"=&r" (result)
```
声明的。由于约束是
```
r
```
，因此该操作数将被分配一个通用寄存器，并且 asm 代码中所有提及
```
%0
```
（分别为
```
%w0
```
）的内容都将替换为该寄存器的名称。在上面的 Godbolt 示例中，编译器选择了
```
x9
```
（分别为
```
w9
```
）。
```
(result)
```
意味着在asm语句之后，编译器应该将
```
w9
```
中剩下的内容存储在变量
```
result
```
中。它可以通过存储到内存或将
```
mov
```
存储到用于
```
result
```
的任何寄存器来实现此目的，或者它可以只在该变量本身中分配
```
result
```
。如果幸运的话，优化器应该选择后者；并且由于
```
result
```
在
```
asm
```
之后不用于任何操作，因此它不应该对该寄存器执行任何进一步操作。因此，实际上，带有稍后不使用的变量的输出操作数是告诉编译器“请选择一个我可以用作暂存的寄存器”的一种方式。
这是两个约束，
```
I
```
和
```
r
```
。 GCC 记录了约束：简单和特定于机器，当给出多个约束时，编译器可以选择满足其中任何一个。
```
I
```
要求一个适合在 AArch64
```
add
```
指令中使用的立即值，即一个 12 位零扩展数，可选地移位 12 位，这是一个编译时常量。如您所知，
```
r
```
需要通用寄存器。因此，如果您编写
```
atomic_add(1, &c)
```
或
```
atomic_add(1+1+1, &c)
```
或
```
atomic_add(4095, &c)
```
或
```
atomic_add(4096, &c)
```
中的任何一个，
```
asm
```
语句的第二行将作为立即
```
add
```
指令发出，并将常量直接编码到指令中：
```
add w9, w9, #1
```
等等。但是，如果您编写
```
atomic_add(4097, &c)
```
或
```
atomic_add(my_variable, &c)
```
，编译器将在
```
asm
```
之前生成额外的代码，以将适当的值加载到某个寄存器（例如
```
w13
```
）中，并在
```
add w9, w9, w13
```
内发出
```
asm
```
。这可以让编译器尽可能生成更高效的立即数
```
add
```
，同时总体上仍能获得正确的代码。

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