如何在 GNU 汇编器中使用 ins 指令

Question

如何在 GNU 汇编器中使用 x86 ins 指令？指令参考建议使用语法INS m8/16/32, DX，例如m16（我假设）是任何 16 位通用寄存器，其唯一目的是表示是否应该读取字节/字/双字，对吧？

现在，很遗憾，as 拒绝 ins %ax,%dx 和 Error: operand type mismatch for 'ins'，这是为什么呢？

作为记录，我知道我可以简单地使用 insb 等，但我通过 C++ 程序中的内联汇编调用此指令，并且要读取的输入的大小取决于模板参数（和字符串处理在编译时不是很实用）。

编辑：这是我现在所拥有的，供参考（我不太喜欢宏）

#define INS(T) \
  __asm__ __volatile__("repne \n\t" \
                       "ins" T \
                       : "=D" (dest), "=c" (count) \
                       : "d" (port), "0" (dest), "1" (count) \
                       : "memory", "cc")

template<typename T>
void ins(uint16_t port, uint32_t dest, uint32_t count);

template<>
void ins<uint8_t>(uint16_t port, uint32_t dest, uint32_t count)
{ INS("b"); }

template<>
void ins<uint16_t>(uint16_t port, uint32_t dest, uint32_t count)
{ INS("w"); }

template<>
void ins<uint32_t>(uint16_t port, uint32_t dest, uint32_t count)
{ INS("l"); }

Answer 1

它应该是内存引用，而不是寄存器。英特尔语法中的想法是，您可以编写 ins dword ptr [rdi], dx 用于 32 位读取（又名 insd），ins word ptr [rdi], dx 用于 16 位读取 insw 等等。您甚至可以编写 ins dword ptr [foo], dx 和进行 32 位读取，但无论如何数据都会写入[rdi]。尽管如此，AT&T 汇编语法根本不支持这一点，指定大小的唯一方法是使用操作数大小后缀。

在 GCC 内联汇编中，您可以使用 z 操作数修饰符获得与操作数大小（基于其类型）匹配的操作数大小后缀 b,w,l,q。见the GCC manual, section "Extended Asm" under "x86 operand modifiers"。因此，如果您适当地使用类型并添加一个引用实际目标（而不是指向它的指针）的操作数，您可以执行以下操作：

template<typename T>
void ins(uint16_t port, T *dest, uint32_t count) {
    asm volatile("rep ins%z2"
        : "+D" (dest), "+c" (count), "=m" (*dest)
        : "d" (port)
        : "memory");
}

Try it on godbolt

这里重要的是目标是T * 而不是通用的uint32_t，因为大小是从T 类型推断出来的。

我还用+ 读写约束替换了重复的输入和输出操作数。挑剔的是，“cc”clobber 是不必要的，因为rep ins 不会影响任何标志，但它在 x86 上是多余的，因为假定每个内联 asm 无论如何都会破坏标志。

Answer 2

此答案是对 OP 在主要编辑之前提出的问题的第一个版本的回应。这解决了INS 指令的 GNU 汇编器的 AT&T 语法。

INS/INSB/INSW/INSD — Input from Port to String 的指令集参考表明 INS 指令实际上只有 3 种形式。采用字节（B）、字（W）或双字（D）的格式。最终从 DX 中的端口读取 BYTE(b)、WORD(w) 或 DWORD(l) 并写入或 ES:RDI、ES:EDI、ES:DI时间>。没有任何形式的 INS 指令将寄存器作为目标，不像 IN 可以写入 AL/AX/EAX。

注意：在IN 指令中，端口被认为是源，并且是AT&T 语法中的第一个参数，格式为instruction src, dest。

在 GNU 汇编器中，最简单的方法是简单地使用以下 3 种形式中的任何一种：

insb      # Read BYTE from port in DX to [RDI] or ES:[EDI] or ES:[DI]
insw      # Read WORD from port in DX to [RDI] or ES:[EDI] or ES:[DI]
insl      # Read DWORD from port in DX to [RDI] or ES:[EDI] or ES:[DI]

在 16 位代码中，这些指令可以：

insb      # Read BYTE from port in DX to ES:[DI]
insw      # Read WORD from port in DX to ES:[DI]
insl      # Read DWORD from port in DX to ES:[DI]

在 32 位代码中，这些指令可以：

insb      # Read BYTE from port in DX to ES:[EDI]
insw      # Read WORD from port in DX to ES:[EDI]
insl      # Read DWORD from port in DX to ES:[EDI]

在 64 位代码中，这些指令可以：

insb      # Read BYTE from port in DX to [RDI]
insw      # Read WORD from port in DX to [RDI]
insl      # Read DWORD from port in DX to [RDI]

为什么汇编器也支持长格式？主要用于文档目的，但有一个细微的变化可以用长格式表示，那就是内存地址的大小（而不是要移动的数据的大小）。在 GNU 汇编器中，这在 16 位代码中受支持：

insb (%dx),%es:(%di)      # also applies to INSW and INSL
insb (%dx),%es:(%edi)     # also applies to INSW and INSL

16 位代码可以使用 16 位或 32 位寄存器来形成内存操作数，这就是您可以覆盖它的方式（还有另一个使用 addr 覆盖的方法，如下所述）。在 32 位代码中可以这样做：

insb (%dx),%es:(%di)      # also applies to INSW and INSL
insb (%dx),%es:(%edi)     # also applies to INSW and INSL

可以在 32 位代码的内存操作数中使用 16 位寄存器。很少有使用案例特别有用，但处理器支持它。在 64 位代码中，您可以在内存操作数中使用 32 位或 64 位寄存器，因此在 64 位代码中这是可能的：

insb (%dx),%es:(%rdi)      # also applies to INSW and INSL
insb (%dx),%es:(%edi)      # also applies to INSW and INSL

在 GNU 汇编器中有一种更短的方法来更改内存地址大小，即使用 INSB/INSW/INSL 和 addr16、addr32 和 addr64 覆盖。以 16 位代码为例，这些是等价的：

addr32 insb               # Memory address is %es:(%edi). also applies to INSW and INSL
insb (%dx),%es:(%edi)     # Same as above

在 32 位代码中，这些是等效的：

addr16 insb               # Memory address is %es:(%di). also applies to INSW and INSL
insb (%dx),%es:(%di)      # Same as above

在 64 位代码中，这些是等效的：

addr32 insb               # Memory address is %es:(%edi). also applies to INSW and INSL
insb (%dx),%es:(%edi)     # Same as above