Linux内核--C语言中内嵌汇编 asm __volatile__

在内嵌汇编中，可以将C语言表达式指定为汇编指令的操作数，而且不用去管如何将C语言表达式的值读入哪个寄存器，以及如何将计算结果写回C 变量，你只要告诉程序中C语言表达式与汇编指令操作数之间的对应关系即可， GCC会自动插入代码完成必要的操作。

1、简单的内嵌汇编
例：

__asm__ __volatile__("hlt"); "__asm__"表示后面的代码为内嵌汇编，"asm"是"__asm__"的别名。"__volatile__"表示编译器不要优化代码，后面的指令 保留原样，"volatile"是它的别名。括号里面是汇编指令。

2、内嵌汇编举例
   使用内嵌汇编，要先编写汇编指令模板，然后将C语言表达式与指令的操作数相关联，并告诉GCC对这些操作有哪些限制条件。例如在下面的汇编语句：

__asm__ __violate__ ("movl %1,%0" : "=r" (result) : "m" (input));

"movl %1,%0"是指令模板；"%0"和"%1"代表指令的操作数，称为占位符，内嵌汇编靠它们将C 语言表达式与指令操作数相对应。指令模板后面用小括号括起来的是C语言表达式，本例中只有两个："result"和"input"，他们按照出现的顺序分 别与指令操作数"%0"，"%1"对应；注意对应顺序：第一个C 表达式对应"%0"；第二个表达式对应"%1"，依次类推，操作数至多有10 个，分别用"%0","%1"...."%9"表示。在每个操作数前面有一个用引号括起来的字符串，字符串的内容是对该操作数的限制或者说要求。 "result"前面的限制字符串是"=r"，其中"="表示"result"是输出操作数，"r" 表示需要将"result"与某个通用寄存器相关联，先将操作数的值读入寄存器，然后在指令中使用相应寄存器，而不是"result"本身，当然指令执行 完后需要将寄存器中的值存入变量"result"，从表面上看好像是指令直接对"result"进行操作，实际上GCC做了隐式处理，这样我们可以少写一 些指令。"input"前面的"r"表示该表达式需要先放入某个寄存器，然后在指令中使用该寄存器参加运算。
   C表达式或者变量与寄存器的关系由GCC自动处理，我们只需使用限制字符串指导GCC如何处理即可。限制字符必须与指令对操作数的要求相匹配，否则产生的 汇编代码将会有错，读者可以将上例中的两个"r"，都改为"m"(m表示操作数放在内存，而不是寄存器中)，编译后得到的结果是：
             movl input, result
很明显这是一条非法指令，因此限制字符串必须与指令对操作数的要求匹配。例如指令movl允许寄存器到寄存器，立即数到寄存器等，但是不允许内存到内存的操作，因此两个操作数不能同时使用"m"作为限定字符。

内嵌汇编语法如下：
       __asm__(汇编语句模板: 输出部分: 输入部分: 破坏描述部分)
共四个部分：汇编语句模板，输出部分，输入部分，破坏描述部分，各部分使用":"格开，汇编语句模板必不可少，其他三部分可选，如果使用了后面的部分，而前面部分为空，也需要用":"格开，相应部分内容为空。例如：
             __asm__ __volatile__("cli": : :"memory")

1、汇编语句模板
    汇编语句模板由汇编语句序列组成，语句之间使用";"、"\n"或"\n\t"分开。指令中的操作数可以使用占位符引用C语言变量，操作数占位符最多10个，名称如下：%0，%1，...，%9。指令中使用占位符表示的操作数，总被视为long型（4个字节），但对其施加的操作根据指令可以是字或者字节，当把操作数当作字或者字节使用时，默认为低字或者低字节。对字节操作可以显式的指明是低字节还是次字节。方法是在%和序号之间插入一个字母，"b"代表低字节，"h"代表高字节，例如：%h1。

2、输出部分
    输出部分描述输出操作数，不同的操作数描述符之间用逗号格开，每个操作数描述符由限定字符串和C 语言变量组成。每个输出操作数的限定字符串必须包含"="表示他是一个输出操作数。
例：
           __asm__ __volatile__("pushfl ; popl %0 ; cli":"=g" (x) )
描述符字符串表示对该变量的限制条件，这样GCC 就可以根据这些条件决定如何分配寄存器，如何产生必要的代码处理指令操作数与C表达式或C变量之间的联系。

3、输入部分
输入部分描述输入操作数，不同的操作数描述符之间使用逗号格开，每个操作数描述符由限定字符串和C语言表达式或者C语言变量组成。
例1 ：
             __asm__ __volatile__ ("lidt %0" : : "m" (real_mode_idt));
例二（bitops.h）：

Static __inline__ void __set_bit(int nr, volatile void * addr)
{
         __asm__(
                         "btsl %1,%0"
                         :"=m" (ADDR)
                         :"Ir" (nr));
}

后 例功能是将(*addr)的第nr位设为1。第一个占位符%0与C 语言变量ADDR对应，第二个占位符%1与C语言变量nr对应。因此上面的汇编语句代码与下面的伪代码等价：btsl nr, ADDR，该指令的两个操作数不能全是内存变量，因此将nr的限定字符串指定为"Ir"，将nr 与立即数或者寄存器相关联，这样两个操作数中只有ADDR为内存变量。

4、限制字符
   4.1、限制字符列表
   限制字符有很多种，有些是与特定体系结构相关，此处仅列出常用的限定字符和i386中可能用到的一些常用的限定符。它们的作用是指示编译器如何处理其后的C语言变量与指令操作数之间的关系。

分类            限定符                    描述
  通用寄存器         "a"               将输入变量放入eax
                                            　　这里有一个问题：假设eax已经被使用，那怎么办？
                                            　　其实很简单：因为GCC 知道eax 已经被使用，它在这段汇编代码
                                 　　　　　　的起始处插入一条语句pushl %eax，将eax 内容保存到堆栈，然
                                            　　后在这段代码结束处再增加一条语句popl %eax，恢复eax的内容
                         "b"               将输入变量放入ebx
                         "c"               将输入变量放入ecx
                         "d"               将输入变量放入edx
                         "S"               将输入变量放入esi
                         "D"               将输入变量放入edi
                         "q"              将输入变量放入eax，ebx，ecx，edx中的一个，和r一样
                         "r"               将输入变量放入通用寄存器，也就是eax，ebx，ecx，
                                            　　edx，esi，edi中的一个
                         "A"              把eax和edx合成一个64 位的寄存器(use long longs)

内存            "m"             内存变量
                         "o"             操作数为内存变量，但是其寻址方式是偏移量类型，
                                          　　也即是基址寻址，或者是基址加变址寻址
                         "V"             操作数为内存变量，但寻址方式不是偏移量类型
                         " "             操作数为内存变量，但寻址方式为自动增量
                         "p"             操作数是一个合法的内存地址（指针）

寄存器或内存   "g"             将输入变量放入eax，ebx，ecx，edx中的一个
                                          　　或者作为内存变量
                         "X"            操作数可以是任何类型

立即数
                         "I"             0-31之间的立即数（用于32位移位指令）
                         "J"             0-63之间的立即数（用于64位移位指令）
                        "N"             0-255之间的立即数（用于out指令）
                         "i"             立即数  
                        "n"            立即数，有些系统不支持除字以外的立即数，
                                        　　这些系统应该使用"n"而不是"i"

匹配             " 0 "，         表示用它限制的操作数与某个指定的操作数匹配，
                        "1" ...               也即该操作数就是指定的那个操作数，例如"0"
                        "9"            去描述"％1"操作数，那么"%1"引用的其实就
                                        　　是"%0"操作数，注意作为限定符字母的0－9 与
                                        　　指令中的"％0"－"％9"的区别，前者描述操作数，
                                        　　后者代表操作数。
                         &             该输出操作数不能使用过和输入操作数相同的寄存器

操作数类型      "="          操作数在指令中是只写的（输出操作数）  
                        "+"          操作数在指令中是读写类型的（输入输出操作数）

浮点数           "f"          浮点寄存器
                        "t"           第一个浮点寄存器
                        "u"          第二个浮点寄存器
                        "G"          标准的80387浮点常数
                         %           该操作数可以和下一个操作数交换位置
                                       　　例如addl的两个操作数可以交换顺序
                                      　　（当然两个操作数都不能是立即数）
                         #            部分注释，从该字符到其后的逗号之间所有字母被忽略
                         *            表示如果选用寄存器，则其后的字母被忽略

5、破坏描述部分
   破坏描述符用于通知编译器我们使用了哪些寄存器或内存，由逗号格开的字符串组成，每个字符串描述一种情况，一般是寄存器名；除寄存器外还有"memory"。例如："%eax"，"%ebx"，"memory"等。

"memory"比较特殊，可能是内嵌汇编中最难懂部分。为解释清楚它，先介绍一下编译器的优化知识，再看C关键字volatile。最后去看该描述符。