为什么 GCC 在 LDR 之后产生额外的 ADDS 指令以在 ARM thumb 指令集上加载 .rodata 指针？
Why does GCC produce extra ADDS instruction after LDR for loading an .rodata pointer on ARM thumb instruction set?
此代码：
...
const char myTable[] = { 1, 2, 3, 4 };
int foo() {
return (int)(&myTable);
}
...
为 thumb 指令集编译为以下程序集：
...
foo:
@ args = 0, pretend = 0, frame = 0
@ frame_needed = 0, uses_anonymous_args = 0
@ link register save eliminated.
ldr r0, .L5
@ sp needed
adds r0, r0, #10
bx lr
.L6:
.align 2
.L5:
.word .LANCHOR0
.size foo, .-foo
.align 1
.global bar
.syntax unified
.code 16
.thumb_func
.type bar, %function
...
myTable:
.ascii "[=11=]1[=11=]2[=11=]3[=11=]4"
它看起来像是在将指针 (ldr) 加载到 .rodata 的顶部，然后以编程方式偏移到 myTable (adds) 的位置。但是为什么不直接加载 table 本身的地址呢？
注意：当我删除 const 时，它似乎没有 ADDS 指令（myTable 在 .data 中）
问题的背景是我正在尝试手动优化一些 C 固件并注意到这个 adds 指令似乎是多余的，所以我想知道是否有办法重组我的摆脱它的代码。
注意：这都是针对ARM thumb指令集编译如下（使用arm-none-eabi-gcc version 11.2.1）：
arm-none-eabi-gcc -Os -c -mcpu=cortex-m0 -mthumb temp.c -S
另请注意：此处的示例代码旨在表示较大代码库的片段。如果 myTable 是唯一被编译的东西，那么它位于地址 0 并且 adds 指令消失，但这不是现实世界场景的典型情况。为了表示生成此程序集的典型真实场景，我在 table 之前添加了填充。见 full minimal example code here.
这个
const char myTable[] = { 1, 2, 3, 4 };
int foo() {
return (int)(&myTable);
}
arm-none-eabi-gcc -Os -c -mthumb so.c -o so.o
arm-none-eabi-objdump -D so.o
生产
Disassembly of section .text:
00000000 <foo>:
0: 4800 ldr r0, [pc, #0] ; (4 <foo+0x4>)
2: 4770 bx lr
4: 00000000 andeq r0, r0, r0
Disassembly of section .rodata:
00000000 <myTable>:
0: 04030201 streq r0, [r3], #-513 ; 0xfffffdff
这不是您的问题所包含的内容。总的来说，即使有你的外部 link，我也会在这里停下来放弃。请返回并在问题中添加正确的示例，在评论中输入文本而不是 link。
所以根据你的问题和这个：
const char padding[] = { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, };
const char myTable[] = { 1, 2, 3, 4 };
int foo() {
return (int)(&myTable);
}
很明显为什么 myTable 的偏移量为 10。
但是填充被优化掉了，所以你仍然会得到相同的结果。
所以
const char padding[] = { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, };
const char myTable[] = { 1, 2, 3, 4 };
int keepPadding() {
return (int)(&padding);
}
int foo() {
return (int)(&myTable);
}
该函数的名称暗示您已经知道所有这些，并且知道如何制作一个最小示例等等。想知道为什么这是一个 SO 问题，如果您已经完成了工作....
arm-none-eabi-gcc -Os -c -mthumb so.c -S
foo:
@ Function supports interworking.
@ args = 0, pretend = 0, frame = 0
@ frame_needed = 0, uses_anonymous_args = 0
@ link register save eliminated.
ldr r0, .L5
@ sp needed
adds r0, r0, #10
bx lr
.L6:
.align 2
.L5:
.word .LANCHOR0
.size foo, .-foo
.global myTable
.global padding
.section .rodata
.set .LANCHOR0,. + 0
.type padding, %object
.size padding, 10
padding:
.space 10
.type myTable, %object
.size myTable, 4
myTable:
.ascii "[=14=]1[=14=]2[=14=]3[=14=]4"
.ident "GCC: (GNU) 11.2.0"
它正在生成一个锚点，然后从锚点引用而不是直接引用标签。
我怀疑这是为了优化 ldr...让我们试试。
arm-none-eabi-gcc -Os -c -mthumb -mcpu=cortex-m4 so.c -S
foo:
@ args = 0, pretend = 0, frame = 0
@ frame_needed = 0, uses_anonymous_args = 0
@ link register save eliminated.
ldr r0, .L5
bx lr
.L6:
.align 2
.L5:
.word .LANCHOR0+10
.size foo, .-foo
00000008 <foo>:
8: 4800 ldr r0, [pc, #0] ; (c <foo+0x4>)
a: 4770 bx lr
c: 0000000a .word 0x0000000a
是的，所以修复了它，但是 linking 它呢
Disassembly of section .rodata:
00000000 <padding>:
...
0000000a <myTable>:
a: 04030201 streq r0, [r3], #-513 ; 0xfffffdff
Disassembly of section .text:
00000010 <keepPadding>:
10: 4800 ldr r0, [pc, #0] ; (14 <keepPadding+0x4>)
12: 4770 bx lr
14: 00000000 andeq r0, r0, r0
00000018 <foo>:
18: 4801 ldr r0, [pc, #4] ; (20 <foo+0x8>)
1a: 300a adds r0, #10
1c: 4770 bx lr
1e: 46c0 nop ; (mov r8, r8)
20: 00000000 andeq r0, r0, r0
不，希望 linker 会替换 pc-relative 负载并将其转换为 mov r0，#0...节省负载（可能是）优化对于不是 cortex-m（甚至 cortex-m）的系统。
注意：这也有效
arm-none-eabi-gcc -Os -c -mthumb -fno-section-anchors so.c -o so.o
00000008 <foo>:
8: 4800 ldr r0, [pc, #0] ; (c <foo+0x4>)
a: 4770 bx lr
c: 00000000 andeq r0, r0, r0
foo:
@ Function supports interworking.
@ args = 0, pretend = 0, frame = 0
@ frame_needed = 0, uses_anonymous_args = 0
@ link register save eliminated.
ldr r0, .L5
@ sp needed
bx lr
.L6:
.align 2
.L5:
.word myTable
.size foo, .-foo
.global myTable
.section .rodata
.type myTable, %object
.size myTable, 4
myTable:
.ascii "[=17=]1[=17=]2[=17=]3[=17=]4"
.global padding
.type padding, %object
.size padding, 10
没有使用锚点，直接使用myTable的地址
从我的角度来看，“为什么”是因为使用了锚点，前面的填充导致 myTable 与锚点发生偏移。所以负载加载锚地址然后添加让你从锚点到 table.
为什么主播？为 reader 或其他人练习。
此代码：
...
const char myTable[] = { 1, 2, 3, 4 };
int foo() {
return (int)(&myTable);
}
...
为 thumb 指令集编译为以下程序集：
...
foo:
@ args = 0, pretend = 0, frame = 0
@ frame_needed = 0, uses_anonymous_args = 0
@ link register save eliminated.
ldr r0, .L5
@ sp needed
adds r0, r0, #10
bx lr
.L6:
.align 2
.L5:
.word .LANCHOR0
.size foo, .-foo
.align 1
.global bar
.syntax unified
.code 16
.thumb_func
.type bar, %function
...
myTable:
.ascii "[=11=]1[=11=]2[=11=]3[=11=]4"
它看起来像是在将指针 (ldr) 加载到 .rodata 的顶部，然后以编程方式偏移到 myTable (adds) 的位置。但是为什么不直接加载 table 本身的地址呢？
注意：当我删除 const 时，它似乎没有 ADDS 指令（myTable 在 .data 中）
问题的背景是我正在尝试手动优化一些 C 固件并注意到这个 adds 指令似乎是多余的，所以我想知道是否有办法重组我的摆脱它的代码。
注意：这都是针对ARM thumb指令集编译如下（使用arm-none-eabi-gcc version 11.2.1）：
arm-none-eabi-gcc -Os -c -mcpu=cortex-m0 -mthumb temp.c -S
另请注意：此处的示例代码旨在表示较大代码库的片段。如果 myTable 是唯一被编译的东西，那么它位于地址 0 并且 adds 指令消失，但这不是现实世界场景的典型情况。为了表示生成此程序集的典型真实场景，我在 table 之前添加了填充。见 full minimal example code here.
这个
const char myTable[] = { 1, 2, 3, 4 };
int foo() {
return (int)(&myTable);
}
arm-none-eabi-gcc -Os -c -mthumb so.c -o so.o
arm-none-eabi-objdump -D so.o
生产
Disassembly of section .text:
00000000 <foo>:
0: 4800 ldr r0, [pc, #0] ; (4 <foo+0x4>)
2: 4770 bx lr
4: 00000000 andeq r0, r0, r0
Disassembly of section .rodata:
00000000 <myTable>:
0: 04030201 streq r0, [r3], #-513 ; 0xfffffdff
这不是您的问题所包含的内容。总的来说，即使有你的外部 link，我也会在这里停下来放弃。请返回并在问题中添加正确的示例，在评论中输入文本而不是 link。
所以根据你的问题和这个：
const char padding[] = { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, };
const char myTable[] = { 1, 2, 3, 4 };
int foo() {
return (int)(&myTable);
}
很明显为什么 myTable 的偏移量为 10。
但是填充被优化掉了，所以你仍然会得到相同的结果。
所以
const char padding[] = { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, };
const char myTable[] = { 1, 2, 3, 4 };
int keepPadding() {
return (int)(&padding);
}
int foo() {
return (int)(&myTable);
}
该函数的名称暗示您已经知道所有这些，并且知道如何制作一个最小示例等等。想知道为什么这是一个 SO 问题，如果您已经完成了工作....
arm-none-eabi-gcc -Os -c -mthumb so.c -S
foo:
@ Function supports interworking.
@ args = 0, pretend = 0, frame = 0
@ frame_needed = 0, uses_anonymous_args = 0
@ link register save eliminated.
ldr r0, .L5
@ sp needed
adds r0, r0, #10
bx lr
.L6:
.align 2
.L5:
.word .LANCHOR0
.size foo, .-foo
.global myTable
.global padding
.section .rodata
.set .LANCHOR0,. + 0
.type padding, %object
.size padding, 10
padding:
.space 10
.type myTable, %object
.size myTable, 4
myTable:
.ascii "[=14=]1[=14=]2[=14=]3[=14=]4"
.ident "GCC: (GNU) 11.2.0"
它正在生成一个锚点，然后从锚点引用而不是直接引用标签。
我怀疑这是为了优化 ldr...让我们试试。
arm-none-eabi-gcc -Os -c -mthumb -mcpu=cortex-m4 so.c -S
foo:
@ args = 0, pretend = 0, frame = 0
@ frame_needed = 0, uses_anonymous_args = 0
@ link register save eliminated.
ldr r0, .L5
bx lr
.L6:
.align 2
.L5:
.word .LANCHOR0+10
.size foo, .-foo
00000008 <foo>:
8: 4800 ldr r0, [pc, #0] ; (c <foo+0x4>)
a: 4770 bx lr
c: 0000000a .word 0x0000000a
是的，所以修复了它，但是 linking 它呢
Disassembly of section .rodata:
00000000 <padding>:
...
0000000a <myTable>:
a: 04030201 streq r0, [r3], #-513 ; 0xfffffdff
Disassembly of section .text:
00000010 <keepPadding>:
10: 4800 ldr r0, [pc, #0] ; (14 <keepPadding+0x4>)
12: 4770 bx lr
14: 00000000 andeq r0, r0, r0
00000018 <foo>:
18: 4801 ldr r0, [pc, #4] ; (20 <foo+0x8>)
1a: 300a adds r0, #10
1c: 4770 bx lr
1e: 46c0 nop ; (mov r8, r8)
20: 00000000 andeq r0, r0, r0
不，希望 linker 会替换 pc-relative 负载并将其转换为 mov r0，#0...节省负载（可能是）优化对于不是 cortex-m（甚至 cortex-m）的系统。
注意：这也有效
arm-none-eabi-gcc -Os -c -mthumb -fno-section-anchors so.c -o so.o
00000008 <foo>:
8: 4800 ldr r0, [pc, #0] ; (c <foo+0x4>)
a: 4770 bx lr
c: 00000000 andeq r0, r0, r0
foo:
@ Function supports interworking.
@ args = 0, pretend = 0, frame = 0
@ frame_needed = 0, uses_anonymous_args = 0
@ link register save eliminated.
ldr r0, .L5
@ sp needed
bx lr
.L6:
.align 2
.L5:
.word myTable
.size foo, .-foo
.global myTable
.section .rodata
.type myTable, %object
.size myTable, 4
myTable:
.ascii "[=17=]1[=17=]2[=17=]3[=17=]4"
.global padding
.type padding, %object
.size padding, 10
没有使用锚点，直接使用myTable的地址
从我的角度来看，“为什么”是因为使用了锚点，前面的填充导致 myTable 与锚点发生偏移。所以负载加载锚地址然后添加让你从锚点到 table.
为什么主播？为 reader 或其他人练习。