跳出内联汇编在 AVR32 上转到了错误的目标
Jump out of inline assembly goes to the wrong target on AVR32
我们正在使用 AtmelStudio 7.0.1645 为 Atmel AVR32 / UC3C0512C 开发应用程序。在做一些基本测试时，我发现了一些很奇怪的东西。
请考虑以下代码（我知道这是糟糕的风格并且不常见，但这不是这里的重点）：
float GetAtan2f(float p_f_y,
float p_f_x)
{
unsigned int l_ui_x,
l_ui_y,
l_ui_Sign_x,
l_ui_Sign_y,
l_ui_Result;
float l_f_Add,
l_f_Result;
asm volatile(
"RJMP GETATAN2_EXIT \n"
:
: /* 0 */ "m" (p_f_y),
/* 1 */ "m" (p_f_x)
: "cc", "memory", "r0", "r1", "r2", "r3", "r5"
);
GETATAN2_EXIT:
return (l_f_Result);
}
在查看该代码的反汇编时（编译/链接后），我发现以下内容：
Disassembly of section .text.GetAtan2f:
00078696 <GetAtan2f>:
78696: eb cd 40 af pushm r0-r3,r5,r7,lr
7869a: 1a 97 mov r7,sp
7869c: 20 9d sub sp,36
7869e: ef 4c ff e0 st.w r7[-32],r12
786a2: ef 4b ff dc st.w r7[-36],r11
786a6: e0 8f 00 00 bral 786a6 <GetAtan2f+0x10>
786aa: ee f8 ff fc ld.w r8,r7[-4]
786ae: 10 9c mov r12,r8
786b0: 2f 7d sub sp,-36
786b2: e3 cd 80 af ldm sp++,r0-r3,r5,r7,pc
我们注意到 rjmp 已经变成 bral - 完全可以接受，只是同一事物的另一个助记符。
但是当查看该行中的分支目标时，我们还注意到这将产生一个无限循环，这显然不应该。它应该分支到 786aa （这是函数 return 的开始）而不是 786a6.
如果我更改代码使其显示为
float GetAtan2f(float p_f_y,
float p_f_x)
{
unsigned int l_ui_x,
l_ui_y,
l_ui_Sign_x,
l_ui_Sign_y,
l_ui_Result;
float l_f_Add,
l_f_Result;
asm volatile(
"RJMP GETATAN2_EXIT \n"
:
: /* 0 */ "m" (p_f_y),
/* 1 */ "m" (p_f_x)
: "cc", "memory", "r0", "r1", "r2", "r3", "r5"
);
asm volatile(
"GETATAN2_EXIT: \n"
:
:
: "cc", "memory"
);
return (l_f_Result);
}
它按预期工作，即反汇编现在显示为
Disassembly of section .text.GetAtan2f:
00078696 <GETATAN2_EXIT-0x12>:
78696: eb cd 40 af pushm r0-r3,r5,r7,lr
7869a: 1a 97 mov r7,sp
7869c: 20 9d sub sp,36
7869e: ef 4c ff e0 st.w r7[-32],r12
786a2: ef 4b ff dc st.w r7[-36],r11
786a6: c0 18 rjmp 786a8 <GETATAN2_EXIT>
000786a8 <GETATAN2_EXIT>:
786a8: ee f8 ff fc ld.w r8,r7[-4]
786ac: 10 9c mov r12,r8
786ae: 2f 7d sub sp,-36
786b0: e3 cd 80 af ldm sp++,r0-r3,r5,r7,pc
我们注意到分支目标现在是正确的。
所以内联汇编器显然不知道 C 标签（即不在内联汇编中的标签），这本身就是 O.K。 - 吸取教训。
但除此之外它在遇到未知（未定义）标签时不会发出警告或抛出错误，而是通过在分支/跳转到此类标签时仅使用偏移量 0 来产生无限循环.
我认为后者是一个灾难性的错误。这可能意味着（在没有任何警告的情况下）每当我在内联汇编代码中使用未定义的标签（例如，由于拼写错误）时，我的软件就会陷入无限循环。
我能做些什么吗？
如果您不告诉编译器您的 asm 语句的另一边可能不会执行，编译器会假设是这种情况。
所以你的两个例子都是不安全的，幸运的是第二个没有破坏任何东西，因为函数太简单了。
我完全不确定你的代码是如何编译的； C 本地标签通常不会显示为具有相同名称的 asm 标签。如果 compiler-generated 代码完全使用它们，gcc 使用 .L1 之类的名称，这与它为 if() 和 for 发明的 b运行ch 目标相同/while 循环。 @Kampi 使用 AtmelStudios 7.0.1931 报告您的源链接器错误。
也许您实际上正在查看 non-linked .o，其中 b运行ch 目标只是一个由链接器填充的占位符。 （并且对未定义符号的引用是等待发生的链接器错误）。 e0 8f 00 00 的编码当然符合：assembler 在编译器给它的 .s 中没有找到 b运行ch 目标标签，所以它把它当作一个外部符号，并使用了一个带有更多位移字节的 b运行ch。显然在 AVR32 上，相对 b运行ch 位移是相对于 b运行ch 指令的 start 的，不像许多 ISA，它是相对于指令结尾的b运行ch。 （即指令为 decoded/executed 时的 PC 已经递增。）
所以这可以解释你没有链接器错误（因为你从来没有 运行 链接器），并且看到了一个伪造的 b运行ch 目标。 更新：这个是被链接，但是链接到一个库中。所以库本身仍然有一个未解析的符号。
另一个内联 asm 语句 中定义的目标 出现在编译器的 asm 输出中，因此 assembler 找到它并可以使用短 rjmp.
(一些 assemblers 通过要求 extern foo 声明来帮助你发现这样的错误。GAS 没有；它只是假设任何未定义的符号都是 extern。GAS 语法来自传统的 Unix assemblers 被设计为 assemble 编译器输出，古代编译器一次只编译一个 C 函数（不是 whole-file 优化）不知道一个定义是否是函数将出现在这个 .c 文件或一个单独的 .c 文件中。所以这个语法允许 one-pass 在没有足够内存的机器上编译 C 返回并添加 extern 声明稍后在 asm 输出中未定义的符号。）
GNU C asm goto 使它安全
GNU C 内联汇编确实有跳出 inline-asm 语句（到 C 标签）的语法。 https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Extended-Asm.html#GotoLabels. And see an example on SO: Labels in GCC inline assembly。 （使用 x86 指令，但 asm 模板的内容与您如何使用 asm goto 语法无关。）
在 condition-code / flag 输出没有 GCC6 语法的目标上，在内嵌 asm 中使用条件 b运行ch 跳转到 some_label: return true; 或落入 return false;。 ()
但是根据 the commit message 说明 Linux 内核放弃 AVR32 支持的原因，AVR32 gcc 停滞在 gcc4.2。 asm goto只出现在gcc4.5.
除非 AtmelStudio 编译器（基于？）更新的 gcc，否则您无法安全地执行此操作。
我们正在使用 AtmelStudio 7.0.1645 为 Atmel AVR32 / UC3C0512C 开发应用程序。在做一些基本测试时，我发现了一些很奇怪的东西。
请考虑以下代码（我知道这是糟糕的风格并且不常见，但这不是这里的重点）：
float GetAtan2f(float p_f_y,
float p_f_x)
{
unsigned int l_ui_x,
l_ui_y,
l_ui_Sign_x,
l_ui_Sign_y,
l_ui_Result;
float l_f_Add,
l_f_Result;
asm volatile(
"RJMP GETATAN2_EXIT \n"
:
: /* 0 */ "m" (p_f_y),
/* 1 */ "m" (p_f_x)
: "cc", "memory", "r0", "r1", "r2", "r3", "r5"
);
GETATAN2_EXIT:
return (l_f_Result);
}
在查看该代码的反汇编时（编译/链接后），我发现以下内容：
Disassembly of section .text.GetAtan2f:
00078696 <GetAtan2f>:
78696: eb cd 40 af pushm r0-r3,r5,r7,lr
7869a: 1a 97 mov r7,sp
7869c: 20 9d sub sp,36
7869e: ef 4c ff e0 st.w r7[-32],r12
786a2: ef 4b ff dc st.w r7[-36],r11
786a6: e0 8f 00 00 bral 786a6 <GetAtan2f+0x10>
786aa: ee f8 ff fc ld.w r8,r7[-4]
786ae: 10 9c mov r12,r8
786b0: 2f 7d sub sp,-36
786b2: e3 cd 80 af ldm sp++,r0-r3,r5,r7,pc
我们注意到 rjmp 已经变成 bral - 完全可以接受，只是同一事物的另一个助记符。
但是当查看该行中的分支目标时，我们还注意到这将产生一个无限循环，这显然不应该。它应该分支到 786aa （这是函数 return 的开始）而不是 786a6.
如果我更改代码使其显示为
float GetAtan2f(float p_f_y,
float p_f_x)
{
unsigned int l_ui_x,
l_ui_y,
l_ui_Sign_x,
l_ui_Sign_y,
l_ui_Result;
float l_f_Add,
l_f_Result;
asm volatile(
"RJMP GETATAN2_EXIT \n"
:
: /* 0 */ "m" (p_f_y),
/* 1 */ "m" (p_f_x)
: "cc", "memory", "r0", "r1", "r2", "r3", "r5"
);
asm volatile(
"GETATAN2_EXIT: \n"
:
:
: "cc", "memory"
);
return (l_f_Result);
}
它按预期工作，即反汇编现在显示为
Disassembly of section .text.GetAtan2f:
00078696 <GETATAN2_EXIT-0x12>:
78696: eb cd 40 af pushm r0-r3,r5,r7,lr
7869a: 1a 97 mov r7,sp
7869c: 20 9d sub sp,36
7869e: ef 4c ff e0 st.w r7[-32],r12
786a2: ef 4b ff dc st.w r7[-36],r11
786a6: c0 18 rjmp 786a8 <GETATAN2_EXIT>
000786a8 <GETATAN2_EXIT>:
786a8: ee f8 ff fc ld.w r8,r7[-4]
786ac: 10 9c mov r12,r8
786ae: 2f 7d sub sp,-36
786b0: e3 cd 80 af ldm sp++,r0-r3,r5,r7,pc
我们注意到分支目标现在是正确的。
所以内联汇编器显然不知道 C 标签（即不在内联汇编中的标签），这本身就是 O.K。 - 吸取教训。
但除此之外它在遇到未知（未定义）标签时不会发出警告或抛出错误，而是通过在分支/跳转到此类标签时仅使用偏移量 0 来产生无限循环.
我认为后者是一个灾难性的错误。这可能意味着（在没有任何警告的情况下）每当我在内联汇编代码中使用未定义的标签（例如，由于拼写错误）时，我的软件就会陷入无限循环。
我能做些什么吗？
如果您不告诉编译器您的 asm 语句的另一边可能不会执行，编译器会假设是这种情况。
所以你的两个例子都是不安全的，幸运的是第二个没有破坏任何东西，因为函数太简单了。
我完全不确定你的代码是如何编译的； C 本地标签通常不会显示为具有相同名称的 asm 标签。如果 compiler-generated 代码完全使用它们，gcc 使用 .L1 之类的名称，这与它为 if() 和 for 发明的 b运行ch 目标相同/while 循环。 @Kampi 使用 AtmelStudios 7.0.1931 报告您的源链接器错误。
也许您实际上正在查看 non-linked .o，其中 b运行ch 目标只是一个由链接器填充的占位符。 （并且对未定义符号的引用是等待发生的链接器错误）。 e0 8f 00 00 的编码当然符合：assembler 在编译器给它的 .s 中没有找到 b运行ch 目标标签，所以它把它当作一个外部符号，并使用了一个带有更多位移字节的 b运行ch。显然在 AVR32 上，相对 b运行ch 位移是相对于 b运行ch 指令的 start 的，不像许多 ISA，它是相对于指令结尾的b运行ch。 （即指令为 decoded/executed 时的 PC 已经递增。）
所以这可以解释你没有链接器错误（因为你从来没有 运行 链接器），并且看到了一个伪造的 b运行ch 目标。 更新：这个是被链接，但是链接到一个库中。所以库本身仍然有一个未解析的符号。
另一个内联 asm 语句 中定义的目标 出现在编译器的 asm 输出中，因此 assembler 找到它并可以使用短 rjmp.
(一些 assemblers 通过要求 extern foo 声明来帮助你发现这样的错误。GAS 没有；它只是假设任何未定义的符号都是 extern。GAS 语法来自传统的 Unix assemblers 被设计为 assemble 编译器输出，古代编译器一次只编译一个 C 函数（不是 whole-file 优化）不知道一个定义是否是函数将出现在这个 .c 文件或一个单独的 .c 文件中。所以这个语法允许 one-pass 在没有足够内存的机器上编译 C 返回并添加 extern 声明稍后在 asm 输出中未定义的符号。）
GNU C asm goto 使它安全
GNU C 内联汇编确实有跳出 inline-asm 语句（到 C 标签）的语法。 https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Extended-Asm.html#GotoLabels. And see an example on SO: Labels in GCC inline assembly。 （使用 x86 指令，但 asm 模板的内容与您如何使用 asm goto 语法无关。）
在 condition-code / flag 输出没有 GCC6 语法的目标上，在内嵌 asm 中使用条件 b运行ch 跳转到 some_label: return true; 或落入 return false;。 (
但是根据 the commit message 说明 Linux 内核放弃 AVR32 支持的原因，AVR32 gcc 停滞在 gcc4.2。 asm goto只出现在gcc4.5.
除非 AtmelStudio 编译器（基于？）更新的 gcc，否则您无法安全地执行此操作。