使用汇编将数据移动到 __uint24

Question

我原来有如下C代码：

volatile register uint16_t counter asm("r12");

__uint24 getCounter() {
  __uint24 res = counter;
  res = (res << 8) | TCNT0;
  return res;
}

这个函数运行在一些热点地方，而且是内联的，我想把很多东西塞进一个ATtiny13，所以是时候优化它了

该函数编译为：

getCounter:
        movw r24,r12
        ldi r26,0
        clr r22
        mov r23,r24
        mov r24,r25
        in r25,0x32
        or r22,r25
        ret

我想出了这个程序集：

inline __uint24 getCounter() {
  //__uint24 res = counter;
  //res = (res << 8) | TCNT0;
  
  uint32_t result;
  asm(
    "in %A[result],0x32" "\n\t"
    "movw %C[result],%[counter]" "\n\t"
    "mov %B[result],%C[result]" "\n\t"
    "mov %C[result],%D[result]" "\n\t"
    : [result] "=r" (result)
    : [counter] "r" (counter)
    :
  );
  return (__uint24) result;
}

uint32_t

的原因是“分配”第四个连续的寄存器并且编译器理解它是被破坏的（因为我不能在破坏列表中做像

"%D[result]"

这样的事情）

我的组装正确吗？从我的测试看来是这样。有没有办法让编译器更好地优化

getCounter()

，这样就不需要混淆汇编了？有没有更好的方法在装配中做到这一点？

编辑：

movw

的整个想法是保持读取原子性，因为

counter

变量在中断内部递增。

Answer 1

从我在 GodBolt 中的实验来看，即使有

-O3

标志，avr-gcc 优化器也不够复杂。我怀疑是否有任何其他标志可以欺骗它进行更多优化（我尝试了一些但没有帮助）。所以，你使用内联汇编的方法看起来确实是合理的。

原码分析

```
counter
```
变量存储在
```
r12
```
（LSB）和
```
r13
```
（MSB）寄存器中。
```
TCNT0
```
从 I/O 空间地址 0x32 读取（通过
```
in Rd, 0x32
```
指令）。
根据avr-gcc ABI，在
```
r22(LSB):r23:r24(MSB)
```
中返回24位值。
总而言之，我们希望发生以下转移：
```
r24 <-- r13
r23 <-- r12
r22 <-- TCNT0   
```

提供装配分析

它看起来正确并提供正确的结果。但是，我可以建议改进两件事：

它有3条
```
mov
```
指令，需要3个周期来执行。 gcc 生成了类似的代码，因为
```
movw
```
仅在均匀对齐的寄存器上运行。但是你可以用 2
```
mov
```
指令替换它们，它也将消除对更大的
```
uint32_t
```
变量的需要。
我会避免硬编码
```
TCNT0
```
地址以获得更好的代码可移植性。

建议组装

所以这里是你的代码的一个稍微修改的版本：

inline __uint24 getCounter() {
  __uint24 result;
  asm(
    "in   %A[result], %[tcnt0]"    "\n\t"
    "mov  %B[result], %A[counter]" "\n\t"
    "mov  %C[result], %B[counter]" "\n\t"
    : [result] "=r" (result)
    : [counter] "r" (counter)
    , [tcnt0] "I" (_SFR_IO_ADDR(TCNT0))
  );
  return result;
}

但是，请注意这个解决方案的缺点——我们在读取计数器时失去了原子性。如果在两个

mov

指令之间发生中断，并且

counter

在中断内部被修改，我们可能会得到正确的结果。但是，如果

counter

永远不会被中断修改，我宁愿使用两个单独的

mov

指令来提高性能。

Godbolt： https://godbolt.org/z/h3nT4or97 （我删除了

inline

关键字以显示生成的程序集）

Answer 2

你会读取R13:R12中

counter

的值，所以你需要两个

MOV

和一个

IN

来读取

TCNT0

。所以使用内联汇编的工作版本是：

#include <avr/io.h>

register uint16_t counter asm("r12");

static inline __attribute__((__always_inline__))
__uint24 getCounter (void)
{
    __uint24 result;

    __asm ("mov %B0, %A1" "\n\t"
           "mov %C0, %B1"
           : "=r" (result)
           : "r" (counter), "0" (TCNT0));

    return result;
}

关于该解决方案的一些说明：

最大内联是通过静态内联和 always_inline 实现的。
```
TCNT0
```
在 C/C++ 代码中读取，而不是在程序集中读取，因此编译器可以选择最佳指令来读取该 SFR（
```
IN
```
或
```
LDS
```
取决于架构）。它也更方便，因为不需要来自 AVR-LibC 的
```
__SFR_IO_ADDR
```
gobbledegook。
GCC 会将读取
```
TCNT0
```
的寄存器分配给与
```
result
```
相同的寄存器。由于avr-gcc ABI是little endian，所以会分配到
```
result
```
的LSB。即使
```
TCNT0
```
和
```
result
```
具有不兼容的类型，这对于 GCC 内联汇编来说都很好。
像
```
count
```
这样的全局寄存器变量不能volatile，GCC会警告：
```
warning: optimization may eliminate reads and/or writes to register variables [-Wvolatile-register-var]
volatile register uint16_t counter asm("r12");
^~~~~~~~
```
Reason 是历史表征，其中 REG 的内部表征甚至没有
```
volatile
```
属性。所以你可能会重新考虑你的代码。例如，像
```
while (counter != 0) ...
```
这样的循环可能不会达到您的预期。
使用像
```
counter
```
这样的全局寄存器变量有一些注意事项：对于每个模块/编译单元，编译器必须知道它不能将变量分配给一些可以自由使用的寄存器。因此，您可以在每个模块中包含
```
counter
```
的声明，包括那些甚至不使用
```
counter
```
的模块。或者更好的是，使用
```
-ffixed-12 -ffixed-13
```
编译所有模块。为了减少对 calling convention 的干扰，最好使用 R2 而不是 R12。请注意，R12 可能用于传递参数，libc / libgcc 中的代码也可能使用 R12，因为这些库无法知道 R12（或 R2 就此而言）是被禁止的。

使用上面的代码并显示生成的程序集的示例是使用

-Os -save-temps

编译以下代码。

void f (int, __int24);

int main (void)
{
    f (0, getCounter() /* in R22:R20 */);
}

*.s 将读作：

main:
    in r20,0x32
/* #APP */
    mov r21, r12
    mov r22, r13
/* #NOAPP */
    ldi r25,0
    ldi r24,0
    rcall f
    ...

使用汇编将数据移动到 __uint24

问题描述投票：0回答：2

2个回答

原码分析

提供装配分析

建议组装

最新问题

使用汇编将数据移动到 __uint24

问题描述 投票：0回答：2

2个回答

原码分析

提供装配分析

建议组装

最新问题

问题描述投票：0回答：2