Alpha C Inline-Assembler

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Alpha C Inline-Assembler

updated by rck, 2004-10-08

C war schon seit Anfang an eine sehr maschinennahe Programmiersprache. Dadurch entstanden einerseits Probleme wie Bufferoverflows ('effizientes' Speichermanagement). Andererseits wichtige Konzepte wie Inline-Assembler. Inline-Assembler ist oft nicht nur einfacher zu durchschauen, weil der C-Compiler das ,,Housekeeping'' (Adressen-Ausrichtung, etc.) macht. Sondern auch fast so effizient wie ,,pure Assembler''.

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Inline Assembler in C?
In C gab es schon lange vor Turbo Pascal Inline-Assembler. Es gibt mindestens zwei Arten von C-Inline-Assembler (wenn nicht mehr); ich mï¿½chte hier die fï¿½r die ï¿½bersetzerbau-ï¿½bung auf der TU-Wien relevante Variation vorstellen. Ein Beispiel `01: unsigned long count0s(unsigned long a) {` `02: unsigned long i, r=0;` `03:` `04: asm volatile(` `05: "not %1, %0 \n\t"` `06: "ctpop %0, %0 \n\t":` `07: "=r"(r): "r"(a)` `08: );` `09: return(r);` `10: }` Das ist das `asma` Beispiel aus der ï¿½bersetzerbau-ï¿½bung im Sommersemester 2004, mit Inline-Assembler gelï¿½st. Interessant sind die Zeilen 04-08, ich werde gleich auf sie eingehen.

Inline Assembler in C?

In C gab es schon lange vor Turbo Pascal Inline-Assembler. Es gibt mindestens zwei Arten von C-Inline-Assembler (wenn nicht mehr); ich mï¿½chte hier die fï¿½r die ï¿½bersetzerbau-ï¿½bung auf der TU-Wien relevante Variation vorstellen.

Ein Beispiel
01: unsigned long count0s(unsigned long a) {
02:    unsigned long i, r=0;
03:
04:    asm volatile(
05:      "not %1, %0 \n\t"
06:      "ctpop %0, %0 \n\t":
07:      "=r"(r): "r"(a)
08:    );
09:    return(r);
10: }

Das ist das asma Beispiel aus der ï¿½bersetzerbau-ï¿½bung im Sommersemester 2004, mit Inline-Assembler gelï¿½st.

Interessant sind die Zeilen 04-08, ich werde gleich auf sie eingehen.

Der Inline-Assemblerblock
Ein Inline-Assemblerblock fï¿½r GCC auf der Alpha beginnt mit `"asm volatile"`. Asm ist klar, steht fï¿½r Assembler. Aber volatile? Volatile heiï¿½t soviel wie: Bitte, lieber Compiler, lass den Code so wie er ist und tu ihn nicht weiter optimieren. Volatile kann ï¿½brigens auch bei Variablen verwendet werden. Die werden dann auf jedenfall von C verwendet, auch wenn sie wegoptimiert werden kï¿½nnten. Kann beim Debugging nï¿½tzlich sein.

Der Inline-Assemblerblock

Ein Inline-Assemblerblock fï¿½r GCC auf der Alpha beginnt mit "asm volatile". Asm ist klar, steht fï¿½r Assembler. Aber volatile? Volatile heiï¿½t soviel wie: Bitte, lieber Compiler, lass den Code so wie er ist und tu ihn nicht weiter optimieren.

Volatile kann ï¿½brigens auch bei Variablen verwendet werden. Die werden dann auf jedenfall von C verwendet, auch wenn sie wegoptimiert werden kï¿½nnten. Kann beim Debugging nï¿½tzlich sein.

Schreib- und Leseregister
Ich gehe nicht der Reihe nach vor, sondern springe gleich zu Zeile 07. "=r"(r) heiï¿½t soviel wie: Ich mï¿½chte mir einen Register reservieren, dessen Wert im Anschluï¿½ an den asm volatile Block in Variable r landet. "=" steht fï¿½r Schreibzugriff, das erste "r" fï¿½r Register und das "(r)" fï¿½r Variable r. Die wurde in Zeile 02 mir unsigned long r=0 definiert. Gleich neben unserem Schreibregister finden wir noch ein Leseregister, es ist in unserem Fall der ï¿½bergabeparameter a. Man beachte das Fehlende =. Die Schreib- und Leseregister werden vom Compiler durchnummeriert. Der allererste Register ist in unserem Fall der, in dem wir die Variable r speichern. Er bekommt die Bezeichnung %0. Der zweite Register wird mit dem Wert vom ï¿½bergabeparameter a initialisiert, er erhï¿½lt Bezeichnung %1.

Schreib- und Leseregister

Ich gehe nicht der Reihe nach vor, sondern springe gleich zu Zeile 07. "=r"(r) heiï¿½t soviel wie: Ich mï¿½chte mir einen Register reservieren, dessen Wert im Anschluï¿½ an den asm volatile Block in Variable r landet.

"=" steht fï¿½r Schreibzugriff, das erste "r" fï¿½r Register und das "(r)" fï¿½r Variable r. Die wurde in Zeile 02 mir unsigned long r=0 definiert.

Gleich neben unserem Schreibregister finden wir noch ein Leseregister, es ist in unserem Fall der ï¿½bergabeparameter a. Man beachte das Fehlende =.

Die Schreib- und Leseregister werden vom Compiler durchnummeriert. Der allererste Register ist in unserem Fall der, in dem wir die Variable r speichern. Er bekommt die Bezeichnung %0. Der zweite Register wird mit dem Wert vom ï¿½bergabeparameter a initialisiert, er erhï¿½lt Bezeichnung %1.

Inline-Assembler Sections
Wir haben in einem Inline-Assembler Block drei Sections (ich nenne die einfach mal so, ist keine offizielle Bezeichnung) die durch ":" getrennt werden. Die beiden letzten, die Schreib- und Leseregisterdeklaration hatten wir bereits. Jetzt zum Hauptdarsteller, den Assemblerstatements. Im wesentlichen ist hier unser Assembler-Programm, in einer sehr puristischen Form. In Zeile 05 negiert `not` den ï¿½bergabeparameter `a` und sichert ihn in `r`. In Zeile 06 zï¿½hlt der Alphaprozessor mit ctpop die Anzahl der Einsen -- die Ursprï¿½nglich ja alle Nuller waren -- und schreibt das Ergebnis wieder nach `r` (zumindest im logischen Ablauf, praktisch passiert das alles mit Registern!). Interessantes Detail hier vielleicht die \n\t Kombinationen gegen Zeilenende. Wozu? Aus Kosmetik-grï¿½nden und der ï¿½bersicht wegen. Sieht man nï¿½mlich im Anschluss an den Sourcecode (erhalten wir mit `gcc -mcpu=ev6 -S -O inline.c`), sind dort die Zeilen in Reih' und Glied ausgerichtet.

Inline-Assembler Sections

Wir haben in einem Inline-Assembler Block drei Sections (ich nenne die einfach mal so, ist keine offizielle Bezeichnung) die durch ":" getrennt werden. Die beiden letzten, die Schreib- und Leseregisterdeklaration hatten wir bereits. Jetzt zum Hauptdarsteller, den Assemblerstatements.

Im wesentlichen ist hier unser Assembler-Programm, in einer sehr puristischen Form. In Zeile 05 negiert not den ï¿½bergabeparameter a und sichert ihn in r. In Zeile 06 zï¿½hlt der Alphaprozessor mit ctpop die Anzahl der Einsen -- die Ursprï¿½nglich ja alle Nuller waren -- und schreibt das Ergebnis wieder nach r (zumindest im logischen Ablauf, praktisch passiert das alles mit Registern!).

Interessantes Detail hier vielleicht die \n\t Kombinationen gegen Zeilenende. Wozu? Aus Kosmetik-grï¿½nden und der ï¿½bersicht wegen. Sieht man nï¿½mlich im Anschluss an den Sourcecode (erhalten wir mit gcc -mcpu=ev6 -S -O inline.c), sind dort die Zeilen in Reih' und Glied ausgerichtet.

Der erzeugte Assemblercode
`.file 1 "inline.c" .set noat .set noreorder .arch ev6 .text .align 5 .globl count0s .ent count0s count0s: .frame $30,0,$26,0 $count0s..ng: .prologue 0 not $16, $0 ctpop $0, $0 ret $31,($26),1 .end count0s .ident "GCC: (GNU) 2.95.2 19991024 (release)"`

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Motivation
Inline Assembler in C?
Ein lï¿½ngeres Beispiel
asmb optimiert
asmb Assemblercode
Fazit

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Eleganter

Posted on 2004-05-22 01:25:06 By rck_[110]

static inline long
__attribute__ ((unused))
count_population (volatile long val)
{
long ret;

__asm__ __volatile__ (
"ctpop %1,%0\n\t"
: "=&r"(ret)
: "r"(val));

return ret;
}

So meinte ich das im Informatikforum. Wofï¿½r das attribute(unused) ist, weiï¿½ ich auch nicht genau, aber bei der glibc wird's immer so geschrieben, wird schon nicht so falsch sein.

Und bei deinem ersten Beispiel wï¿½rd ich das "not" weglassen und stattdessen bei den Eingangs-Constraints einfach ~a statt a schreiben - das gibt dem Compiler mehr Freiheit zu optimieren, wenn ihm danach ist.

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