ARMv8 浮点输出内联汇编

Question

为了将两个整数相加，我写：

int sum;
asm volatile("add %0, x3, x4" : "=r"(sum) : :);

如何使用两个浮点数来做到这一点？我试过了：

float sum;
asm volatile("fadd %0, s3, s4" : "=r"(sum) : :);

但是它给我一个错误：

Error: operand 1 should be a SIMD vector register -- `fadd x0,s3,s4'

有什么想法吗？

Answer 1

"=r" 是 GP 整数寄存器的约束。

The GCC manual 声称 "=w" 是 AArch64 上 FP / SIMD 寄存器的约束。 但是如果你尝试这样做，你会得到 v0 而不是 s0，后者不会 assemble。 我不知道这里有什么解决方法，你可能应该在 gcc bugzilla 上报告手册中记录的约束不适用于标量 FP。

On Godbolt 我试过这个来源：

float foo()
{
    float sum;
#ifdef __aarch64__
    asm volatile("fadd %0, s3, s4" : "=w"(sum) : :);   // AArch64
#else
    asm volatile("fadds %0, s3, s4" : "=t"(sum) : :);  // ARM32
#endif
    return sum;
}

double dsum()
{
    double sum;
#ifdef __aarch64__
    asm volatile("fadd %0, d3, d4" : "=w"(sum) : :);   // AArch64
#else
    asm volatile("faddd %0, d3, d4" : "=w"(sum) : :);  // ARM32
#endif
    return sum;
}

clang7.0（内置 assembler）要求 asm 实际上有效。但是对于 gcc，我们只编译为 asm，而 Godbolt 没有针对非 x86 的 "binary mode"。

# AArch64 gcc 8.2  -xc -O3 -fverbose-asm -Wall
# INVALID ASM, errors if you try to actually assemble it.
foo:
    fadd v0, s3, s4 // sum
    ret     
dsum:
    fadd v0, d3, d4 // sum
    ret

clang 生成相同的 asm，其内置 assembler 错误为：

<source>:5:18: error: invalid operand for instruction
    asm volatile("fadd %0, s3, s4" : "=w"(sum) : :);
                 ^
<inline asm>:1:11: note: instantiated into assembly here
        fadd v0, s3, s4
             ^

在 32 位 ARM 上，=t" 用于单个工作，但 "=w" 用于（手册说您应该使用双精度）还为您提供 s0 和 gcc。不过，它适用于 clang。您必须使用 -mfloat-abi=hard 和 -mcpu= 带有 FPU 的东西，例如-mcpu=cortex-a15

# clang7.0 -xc -O3 -Wall--target=arm -mcpu=cortex-a15 -mfloat-abi=hard
# valid asm for ARM 32
foo:
        vadd.f32        s0, s3, s4
        bx      lr
dsum:
        vadd.f64        d0, d3, d4
        bx      lr

但是 gcc 失败了：

# ARM gcc 8.2  -xc -O3 -fverbose-asm -Wall -mfloat-abi=hard -mcpu=cortex-a15
foo:
        fadds s0, s3, s4        @ sum
        bx      lr  @
dsum:
        faddd s0, d3, d4        @ sum    @@@ INVALID
        bx      lr  @

所以你可以使用 =t 作为 gcc 的 single 就好了，但是对于 double 大概你需要一个 %something0 修饰符来打印寄存器名称作为 d0 s0，输出 "=w"。

显然，如果您也添加约束来指定输入操作数，而不是读取 s3 和 s4 中的任何内容，那么这些 asm 语句只会对学习语法之外的任何事情有用。

另见 https://whosebug.com/tags/inline-assembly/info

Answer 2

因为寄存器在 AArch64 中可以有多个名称（v0、b0、h0、s0、d0 都指的是同一个寄存器）所以需要在打印字符串中添加一个输出修饰符：

On Godbolt

float foo()
{
    float sum;
    asm volatile("fadd %s0, s3, s4" : "=w"(sum) : :);
    return sum;
}

double dsum()
{
    double sum;
    asm volatile("fadd %d0, d3, d4" : "=w"(sum) : :);
    return sum;
}

将产生：

foo:
        fadd s0, s3, s4 // sum
        ret     
dsum:
        fadd d0, d3, d4 // sum
        ret

Answer 3

ARMv7 双：%P 修饰符

GCC 开发人员在 https://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=89482#c4 告诉我正确的 ARMv7 双打未记录修饰符也许我应该停止偷懒，有一天 grep GCC：

main.c

#include <assert.h>

int main(void) {
    double my_double = 1.5;
    __asm__ (
        "vmov.f64 d0, 1.0;"
        "vadd.f64 %P[my_double], %P[my_double], d0;"
        : [my_double] "+w" (my_double)
        :
        : "d0"
    );
    assert(my_double == 2.5);
}

编译并运行:

sudo apt-get install qemu-user gcc-arm-linux-gnueabihf
arm-linux-gnueabihf-gcc -O3 -std=c99 -ggdb3 -march=armv7-a -marm \
  -pedantic -Wall -Wextra -o main.out main.c
qemu-arm -L /usr/arm-linux-gnueabihf main.out

反汇编包含：

   0x00010320 <+4>:     08 7b b7 ee     vmov.f64        d7, #120        ; 0x3fc00000  1.5
   0x00010324 <+8>:     00 0b b7 ee     vmov.f64        d0, #112        ; 0x3f800000  1.0
   0x00010328 <+12>:    00 7b 37 ee     vadd.f64        d7, d7, d0

在 Ubuntu 16.04、GCC 5.4.0、QEMU 2.5.0 中测试。

源码定义点

ARMv8 浮点输出内联汇编

ARMv8 floating point output inline assembly

floating-point

gcc

arm

inline-assembly

arm64