GCC 为 AVR 上的简单 ISR 生成不必要的寄存器推送

Question

我有一些简单的 C++ 程序，如果使用 g++ 编译，它会生成以下汇编程序文本。唯一的语句是 sbi，它不影响任何状态标志。我想知道为什么 G++ 会产生这些无用的 r0 和 r1 的 push/pop？

.global __vector_14
        .type   __vector_14, @function
__vector_14:
        push r1  ; 
        push r0  ; 
        in r0,__SREG__   ; ,
        push r0  ; 
        clr __zero_reg__         ; 
/* prologue: Signal */
/* frame size = 0 */
/* stack size = 3 */
.L__stack_usage = 3
        sbi 0x1e,0       ; ,
/* epilogue start */
        pop r0   ; 
        out __SREG__,r0  ; ,
        pop r0   ; 
        pop r1   ; 
        reti
        .size   __vector_14, .-__vector_14

有没有办法让 g++ 自动忽略这些寄存器保存。我一般不想将 ISR 声明为 ISR_NAKED。

编辑：这是相应的 C++ 代码（-Os 或 -O3）：

#include <avr/interrupt.h>

struct AppFlags final {
    bool expired : 1;
} __attribute__((packed));

int main() {
}

ISR(TIMER0_COMPA_vect) {
    auto f = reinterpret_cast<volatile AppFlags*>(0x3e);
    f->expired = true;
}

Answer 1

GCC 推送所有使用的寄存器。您唯一真正的办法是启用 naked 属性，该属性只会推送堆栈指针。或者换成汇编语言。

Answer 2

简单回答：

https://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=20296

The difficulty is, that the present architecture of the avr back-end does not easily permit to improve this case: Every instruction pattern (like "multiply two 16 bit integers" or "sign-extend a 16 bit variable to 32 bits") presently is free to assume that may overwrite or change r0 and r1 unless it leaves the "zero_reg" with 0 after finishing it's task.

Resolving this issue, IMHO, would require a major refactoring of the back-end.

这是对 avr-backend 的一个长期存在的错误/增强请求。

Answer 3

原因是您使用的是过时的编译器。 mentioned optimization has been added in v8 (released spring 2018), see GCC v8 Release Notes:

The compiler now generates efficient interrupt service routine (ISR) prologues and epilogues. This is achieved by using the new AVR pseudo instruction __gcc_isr which is supported and resolved by the GNU assembler.

Answer 4

版本 8 之前的 GCC 没有优化 ISR 序言和结尾。 GCC 8 and later now emit __gcc_isr pseudo-instructions 在使用某些优化级别（例如 -Os 或提供 -mgas-isr-prologues.

进行编译时包含您的 ISR 主体

GNU 汇编程序（来自不太过时的 binutils 版本）理解这些伪指令和 scans the instructions (via) 在 __gcc_isr 1 和 __gcc_isr 2 之间决定哪个 r0（tmp 寄存器）， r1（零寄存器），SREG（状态寄存器）需要保存和恢复。

因此，对于您的示例，我得到了一个非常小的 objdump（使用 GCC 11.1 编译时）：

$ avr-objdump -d foo.o
[..]
00000000 <__vector_14>:
   0:   f0 9a           sbi 0x1e, 0 ; 30
   2:   18 95           reti
[..]

当我告诉 GCC 只发出程序集时，我们看到了伪指令：

$ avr-g++ -c -S -Os -mmcu=atmega328p  foo.c -fno-exceptions
$ cat foo.s
[..]
.global __vector_14
    .type   __vector_14, @function
__vector_14:
    __gcc_isr 1
/* prologue: Signal */
/* frame size = 0 */
/* stack size = 0...3 */
.L__stack_usage = 0 + __gcc_isr.n_pushed
    sbi 0x1e,0
/* epilogue start */
    __gcc_isr 2
    reti
    __gcc_isr 0,r0
[..]

GCC 为 AVR 上的简单 ISR 生成不必要的寄存器推送

GCC produces unneccessary register pushes for simple ISR on AVR

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