混合 C 和汇编及其对寄存器的影响

Question

考虑以下将使用 GCC 编译的 C 和 (ARM) 程序集 sn-p：

__asm__ __volatile__ (
        "vldmia.64 %[data_addr]!, {d0-d1}\n\t"
        "vmov.f32 q12, #0.0\n\t"
        : [data_addr] "+r" (data_addr)
        : : "q0", "q12");

for(int n=0; n<10; ++n){
    __asm__ __volatile__ (
            "vadd.f32 q12, q12, q0\n\t"
            "vldmia.64 %[data_addr]!, {d0-d1}\n\t"
            : [data_addr] "+r" (data_addr),
            :: "q0", "q12");
}

在这个例子中，我在循环外初始化一些 SIMD 寄存器，然后让 C 处理循环逻辑，这些初始化的寄存器在循环内使用。

这适用于一些测试代码，但我担心编译器会破坏 sn-ps 之间的寄存器的风险。有什么方法可以确保不会发生这种情况？我可以推断出关于将在 sn-p 中使用的寄存器类型的任何保证（在这种情况下，不会破坏任何 SIMD 寄存器）？

Answer 1

一般来说，在 gcc 中没有办法做到这一点； clobbers 仅保证寄存器将在 asm 调用周围保留。如果您需要确保寄存器保存在两个 asm 部分之间，则需要在第一个部分将它们存储到内存中，然后在第二个部分重新加载。

Answer 2

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编辑：经过多次摆弄后，我得出的结论是，使用下面描述的策略通常比我最初想象的更难解决。

问题在于，特别是当所有寄存器都被使用时，没有什么可以阻止第一个寄存器存储覆盖另一个。我不知道使用可以优化的直接内存写入是否有一些技巧，但初步测试表明编译器可能仍会选择破坏尚未存储的寄存器

目前，在我获得更多信息之前，我将取消将此答案标记为正确，并且在一般情况下，该答案应被视为可能错误。我的结论是，这种对寄存器的本地保护需要在编译器中得到更好的支持才能有用

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这绝对可以可靠地做到。利用 @PeterCordes 的 cmets 以及 docs 和一些有用的错误报告（gcc 41538 和 37188），我想出了以下解决方案。

使其有效的关键在于使用临时变量来确保寄存器得到维护（从逻辑上讲，如果循环破坏了它们，那么它们将被重新加载）。在实践中，临时变量已被优化掉，这从检查结果 asm 中可以清楚地看出。

// d0 and d1 map to the first and second values of q0, so we use
// q0 to reduce the number of tmp variables we pass around (instead
// of using one for each of d0 and d1).
register float32x4_t data __asm__ ("q0");
register float32x4_t output __asm__ ("q12");

float32x4_t tmp_data;
float32x4_t tmp_output;

__asm__ __volatile__ (
        "vldmia.64 %[data_addr]!, {d0-d1}\n\t"
        "vmov.f32 %q[output], #0.0\n\t"
        : [data_addr] "+r" (data_addr),
        [output] "=&w" (output),
        "=&w" (data) // we still need to constrain data (q0) as written to.
        ::);

// Stash the register values
tmp_data = data;
tmp_output = output;

for(int n=0; n<10; ++n){

    // Make sure the registers are loaded correctly
    output = tmp_output;
    data = tmp_data;

    __asm__ __volatile__ (
            "vadd.f32 %[output], %[output], q0\n\t"
            "vldmia.64 %[data_addr]!, {d0-d1}\n\t"
            : [data_addr] "+r" (data_addr),
            [output] "+w" (output),
            "+w" (data) // again, data (q0) was written to in the vldmia op.
            ::);

    // Remember to stash the registers again before continuing
    tmp_data = data;
    tmp_output = output;
}

有必要指示编译器q0 被写入每个 asm 输出约束块的最后一行，因此它认为它不能重新排序 data 寄存器的存储和重新加载导致 asm阻止获取无效值。