使用GCC的4位PowerPC CR0寄存器

Posted 2021-03-29

我想创建通过GCC编译器保存/恢复CPU寄存器状态的函数。在PowerPC中它是8个条件4位寄存器（'cr0' - 'cr7'），我想得到它们的值并将其保存在内存中。我的解决方案（不起作用）：

register int cr0 __asm__("cr0");

这适用于通用寄存器（'r1' - 'r30'），在定义寄存器之后，可以以任何方式使用它。但是在编译上面的代码时，它失败并出现以下错误：

hello.c: In function ‘foo’:
hello.c:58:22: error: register specified for ‘cr0’ isn’t suitable for data type
         register int cr0 __asm__("cr0");

我认为麻烦的是cr0寄存器是4位宽，因此它不能放入32位int变量。 （16位和8位也失败了）

怎么处理这个问题？在GCC中有4bits整数的解决方法吗？或者如何解决完整的cr 32位寄存器，不仅仅是它的部分？

答案

我想创建通过GCC编译器保存/恢复CPU寄存器状态的函数。

Register-asm局部变量对此无用。

当它被用作扩展asm语句（gcc manual）的操作数时，它们只能保证在指定的寄存器中。这允许编译器在需要时跨函数调用溢出/重新加载寄存器。

更重要的是，对于您的情况，为函数内的register-asm局部变量分配新值将导致编译器在函数序言/结尾中保存/恢复调用者的值。见this example on the Godbolt compiler explorer：

int call_clobbered(int x) {
    register int a asm("r2") = 123;
    asm("" :: "r"(a)); // force the compiler to have the value in the register
    return a;
}

   # gcc4.8.5 -O3 -mregnames
    li %r2,123
    li %r3,123      # return-value register
    blr


int call_preserved(int x) {
    register int a asm("r22") = 123;
    asm("" :: "r"(a)); // force the compiler to have the value in the register
    return a;
}

   # gcc4.8.5 -O3 -mregnames
    stwu %r1,-48(%r1)
    stw %r22,8(%r1)     # save caller's r22
    li %r22,123
    li %r3,123
    lwz %r22,8(%r1)     # restore caller's r22
    addi %r1,%r1,48     # deallocate stack space
    blr

因此，您可能能够创建恰好用于保存调用者寄存器的代码，但是如果没有内联函数，则无法编写将寄存器恢复为上下文切换的一部分的代码。

此外，你不想分别保存/恢复CR的所有8个半字节！像普通人一样保存整个32位寄存器。或者更好的是，使您的上下文切换功能成为编译器生成的代码调用的实际功能，因此您不必保存/恢复任何调用被破坏的寄存器。 （因为编译器期望你的函数在返回之前破坏所有这些寄存器。）

我不知道PowerPC调用约定，但我猜测所有的CR都是call-clobbered。在仅具有单个FLAGS /条件代码寄存器的ISA上，它总是被调用破坏。

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如果确实需要保存/恢复CR，则可能必须在纯asm中编写整个函数，因为任何编译器生成的代码在恢复之后都可能破坏CR。

要保存/恢复整个CR，请参阅this PPC ISA quick reference。

使用mfcr r1（从CR移动）将所有32位复制到整数寄存器（然后可以将其存储到存储器中）。恢复时使用mtcr r1移动到CR。适用于任何注册; r1就是一个例子。

另一答案

gcc扩展名register int cr0 __asm__("cr0");用于为C变量（本地甚至全局）分配特定寄存器。它不能用于您的目的，因为您提到的注册表确实不适合存储int类型的值。可以这种方式使用的寄存器集还有其他限制，它不是保存寄存器值的通用方法。

您应该使用内联汇编将这些特殊寄存器的值读取到局部变量中，并将其保存在其他位置。