我该如何在iPhone上使用内联汇编进行编程？

Question

如何完成？我需要采取哪些步骤，需要考虑哪些陷阱和意外情况?

- Hans Sjunnesson

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不错的问题，我非常感兴趣看到回复。 - mdec

Answer 1

我已经成功实现了这个，感谢在Apple Devforums得到的内部帮助，如果你是一名专注于iPhone开发的开发人员，那么你应该注册。

首先，它是__asm__()，而不是普通的asm()。

其次，默认情况下，XCode生成的编译目标会针对ARM Thumb指令集进行内联汇编编译，因此usat不能被识别为正确的指令。要解决这个问题，请在目标上执行“获取信息”操作。滚动到“GCC 4.0 - 代码生成”部分，并取消选中“编译为Thumb”。然后，如果将活动SDK设置为“设备”，则以下代码片段将正常编译。

inline int asm_saturate_to_255 (int a) {
  int y;
  __asm__("usat %0, #8, %1\n\t" : "=r"(y) : "r"(a));
  return y;
}

自然地，现在它不能与iPhone模拟器一起使用。但是TargetConditionals.h有一些定义可以用#ifdef进行匹配。即TARGET_OS_IPHONE和TARGET_IPHONE_SIMULATOR。

- Hans Sjunnesson

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我认为你的意思是使用__asm__()而不是简单的asm()。 - Quinn Taylor

为什么 iPhone 模拟器无法运行？是因为模拟器上没有汇编工作，还是因为你必须有一组不同的汇编指令，因为它正在 i386 上运行？ - Roberto

@Roberto：你说对了。模拟器是在x86上运行的，所以你无法运行ARM汇编。它只是无法编译。 - Dietrich Epp

Answer 2

我写了相当多的ARM Cortex-A8汇编代码。iPhone上的CPU是ARM11（据我所知），因此核心指令集是相同的。

你具体需要什么？如果你想要，我可以给你一些例子。

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编辑：

我刚刚发现，在iPhone上必须使用llvm-gcc编译器。据我所知，它应该理解来自GCC的内联汇编语法。如果是这样，所有ARM内联汇编教程也将适用于iPhone。

这里是一个非常简单的内联汇编函数（用C语言编写）。请问它是否能在iPhone上编译和运行？如果它能工作，我可以稍微谈一下如何在ARM内联汇编中实现有用的东西，特别是针对ARMv6架构和DSP扩展。

inline int saturate_to_255 (int a)
{
  int y;
  asm ("usat %0, #8, %1\n\t" : "=r"(y) : "r"(a));
  return y;
}

应该等同于：

inline int saturate_to_255 (int a)
{
  if (a < 0) a =0;
  if (a > 255) a = 255;
  return a;
}

- Nils

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我无法编译这个程序。我一直在尝试使用苹果的XCode。默认情况下，编译器实际上设置为GCC 4。如果我使用该编译器进行编译，则会抱怨出现无效指令'usat'，如果我将其设置为使用llvm-gcc，则会抱怨出现无效架构“armv6”。 - Hans Sjunnesson

尝试使用gcc -O3 -march=armv6 test.c。 - Nils Pipenbrinck

这个可以毫无问题地使用工具链进行编译。我很想听一些关于有用的内联汇编的抱怨！ - Max Stewart

@Max Stewart 如果你能详细说明一下你是如何通过XCode编译上面的示例，那就太棒了。我没有花太多时间去尝试，但是我没有成功地让它正常工作。 - Hans Sjunnesson

嗨，汉斯，我实际上正在使用Linux上的开放式工具链进行开发 - 我还没有使用XCode的经验，所以不太清楚你应该从哪里开始。 - Max Stewart

Answer 3

寄存器也可以在内联汇编中被显式使用。

void foo(void) {
#if TARGET_CPU_ARM64
    __asm ("sub        sp, sp, #0x60");
    __asm ("str        x29, [sp, #0x50]");
#endif
}

- Kamil.S

Answer 4

推荐在不需要大量浮点运算的应用程序中使用Thumb。Thumb可以使代码大小更小，也可以使代码执行更快。

因此，您应该只在像3D游戏这样的应用程序中关闭Thumb...

- catlan

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通常情况下，使用Thumb指令集比使用ARM指令集慢得多。按照一般经验（无恶意），你可以获得1/3的代码大小优势，但会损失1/3的速度。请参阅例如http://www.arm.com/pdfs/Thumb-2CoreTechnologyWhitepaper-Final4.pdf。 - gc.

Answer 5

背景

• 现在是2021年 -> 其他答案似乎太旧了？
• 大多数iOS设备（iPhone等）都是ARM 64位：arm64

iPhone上的内联汇编

asm关键字

• GNU/GCC编译器
  • 标准C（编译标志：-ansi / -std）：使用__asm__
  • GNU扩展：使用asm
• ARM编译器：使用__asm

asm语法

据我所知，有许多asm语法

• asm语法
  • AT&T语法 ~= GNU语法 ~= UNIX语法
  • Intel语法
  • ARM语法

这里只关注最常用的GNU/GCC语法

GNU/UNIX语法

基本汇编

asm("assembly code");
__asm__("assembly code");

扩展汇编

asm asm-qualifiers ( AssemblerTemplate 
                 : OutputOperands 
                 [ : InputOperands
                 [ : Clobbers ] ])

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我的示例代码

• 环境
  • 开发环境
    • macOS
    • IDE：XCode
    • 编译器：clang
  • 运行环境
    • iOS - iPhone
    • 硬件架构：ARM64

使用扩展汇编内联调用svc 0x80来支持ARM64

• 在ObjC代码中使用内联汇编

// inline asm code inside iOS ObjC code
__attribute__((always_inline)) long svc_0x80_syscall(int syscall_number, const char * pathname, struct stat * stat_info) {
    register const char * x0_pathname asm ("x0") = pathname; // first arg
    register struct stat * x1_stat_info asm ("x1") = stat_info;  // second arg
    register int x16_syscall_number asm ("x16") = syscall_number; // special syscall number store to x16

    register int x4_ret asm("x4") = -1; // store result

    __asm__ volatile(
         "svc #0x80\n"
         "mov x4, x0\n"
        : "=r"(x4_ret)
        : "r"(x0_pathname), "r"(x1_stat_info), "r"(x16_syscall_number)
//         : "x0", "x1", "x4", "x16"
    );
    return x4_ret;
}

• 调用内联汇编

// normal ObjC code
#import <sys/syscall.h>

...
    int openResult = -1;
    struct stat stat_info;
    const char * filePathStr = [filePath UTF8String];
...
  // call inline asm function
    openResult = svc_0x80_syscall(SYS_stat64, filePathStr, &stat_info);

文档

• GCC-Inline-Assembly-HOWTO (ibiblio.org)
• 扩展汇编语言（使用GNU编译器集合（GCC））
• Arm®64位架构过程调用标准
• ARM GCC内联汇编食谱
• ConvertBasicAsmToExtended - GCC维基百科
• ios - 使用svc调用的fork()实现 - Stack Overflow
• linux - ARM内联汇编：通过从内存读取的值退出系统调用 - Stack Overflow

- crifan

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你的GNU C基本汇编示例都是不安全的，除非在__attribute__((naked))函数中或者在全局范围内定义整个函数而不是使用单独的.S文件。它永远不应该在那种情况之外使用；始终使用扩展汇编，这样您就可以决定是否要在您的"dsb ish"中使用"memory"清除，而不是在某些编译器上隐含地使用，在其他编译器上则不是。请参见https://gcc.gnu.org/wiki/ConvertBasicAsmToExtended，了解为什么这很糟糕。 - Peter Cordes

你后来说“我的示例代码”；你是在说你从别处引用了x86的示例吗？语法的BNF是从GCC手册中复制的，这很好，但如果你要复制示例，你应该引用它们。(但是，由于它们是x86示例，所以你应该将它们删除。)现在，它们都是你的示例，因为你选择以这种方式包含它们在你的答案中。 - Peter Cordes

@PeterCordes 总是返回 -1，这里对于 svc 0x80 syscall 的 检查打开文件 是特殊的。我稍后会进行测试，然后更新代码以不在一般情况下使用 -1。 - crifan

你可以并且应该编写调用者来检查 != 0 而不是 == -1，特别是如果它们被编写为使用这个内联汇编包装器而不设置 errno。 - Peter Cordes

不清楚为什么stat系统调用是其中的一部分，而不是通过内联汇编执行open系统调用。我不了解iOS具体情况，但在POSIX操作系统下，您无需先进行stat操作。如果您想知道文件大小，应该在文件描述符已经打开后使用fstat。 - Peter Cordes