68040 If else 的分支错误

Question

有没有好的 68k 汇编程序员？我正在为 Motorola 68040 使用商业 Green Hills 编译器，并且我从代码中看到了一些非常奇怪的行为。有时，代码会进行 if/else 比较，并采取错误的分支。例如：

float a = 1, b = 2;

if (a < b)
    do c;
else 
    do d;

代码有时会变成d！？我发现每当发生此错误时，总会有一个特定的 ISR 中断比较。我查看了 ISR 生成的程序集，发现了一些对我来说没有意义的东西。首先，浮点状态寄存器 FPSR、FPCR 和 FPIAR 似乎没有保存在 ISR 中。这可以解释为什么 if/else 采取了错误的分支。 FPSR 寄存器用于确定比较的结果，如果该寄存器在 ISR 中被覆盖，则分支可能会采取错误的路径。以下是编译器生成的入口和出口程序集：

isr_function:
    FSAVE   -(%SP)
    LINK    %A6,#-192
    MOVEM.L %D0/%D1/%D2/%A0/%A1,-(%SP)
    FMOVEM  %FP0/%FP1/%FP2/%FP3/%FP4/%FP5/%FP6/%FP7,-(%SP)

    ; isr code ...

    FMOVEM  -308(%A6),%FP0/%FP1/%FP2/%FP3/%FP4/%FP5/%FP6/%FP7
    MOVEM.L -212(%A6),%D0/%D1/%D2/%A0/%A1
    UNLK    %A6
    FRESTORE    (%SP)+
    RTE

我浏览了《程序员参考手册》，但找不到任何表明 FSAVE 或 FMOVEM 保存 FP 状态寄存器的内容。实际上，我看到一条评论表明事实并非如此，“FSAVE 不保存程序员的浮点单元模型寄存器；它只保存机器的用户不可见部分。”因此，我添加了一些自己的程序集，以在 ISR 开始时保存寄存器，并在最后恢复它们，这极大地提高了性能，但我仍然看到一些问题。以下是我所做的补充；备份变量在 C 代码中输入为 unsigned long：

isr_function:
    FSAVE   -(%SP)
    LINK    %A6,#-192
    MOVEM.L %D0/%D1/%D2/%A0/%A1,-(%SP)
    FMOVEM  %FP0/%FP1/%FP2/%FP3/%FP4/%FP5/%FP6/%FP7,-(%SP)

    FMOVE %FPIAR,fpiar_backup
    FMOVE %FPSR,fpsr_backup
    FMOVE %FPCR,fpcr_backup

    ; isr code ...

    FMOVE fpiar_backup,%FPIAR
    FMOVE fpsr_backup,%FPSR
    FMOVE fpcr_backup,%FPCR

    FMOVEM  -308(%A6),%FP0/%FP1/%FP2/%FP3/%FP4/%FP5/%FP6/%FP7
    MOVEM.L -212(%A6),%D0/%D1/%D2/%A0/%A1
    UNLK    %A6
    FRESTORE    (%SP)+
    RTE

我很难相信编译器实际上因不保存寄存器而存在错误。于是我开始查看 FPx 和 Dx 的值，看它们是否恢复到了正确的值，看起来并没有。不过，我并不是 100% 认为我的修改不会污染汇编代码。以下是我添加的用于保存寄存器的代码；调试变量的类型为无符号长整型：

isr_function:
    FMOVE   %FP0,debug3
    FMOVE   %FP1,debug5
    FMOVE   %FP2,debug7
    FMOVE   %FP3,debug9
    FMOVE   %FP4,debug11
    FMOVE   %FP5,debug13
    FMOVE   %FP6,debug15
    FMOVE   %FP7,debug17
    FMOVE   %FPCR,debug19
    FMOVE   %FPIAR,debug23
    FMOVE   %FPSR,debug25   

    FSAVE   -(%SP)
    LINK    %A6,#-192
    MOVEM.L %D0/%D1/%D2/%A0/%A1,-(%SP)
    FMOVEM  %FP0/%FP1/%FP2/%FP3/%FP4/%FP5/%FP6/%FP7,-(%SP)

    ; isr code ...

    FMOVEM  -308(%A6),%FP0/%FP1/%FP2/%FP3/%FP4/%FP5/%FP6/%FP7
    MOVEM.L -212(%A6),%D0/%D1/%D2/%A0/%A1
    UNLK    %A6

    FMOVE   %FP0,debug4
    FMOVE   %FP1,debug6
    FMOVE   %FP2,debug8
    FMOVE   %FP3,debug10
    FMOVE   %FP4,debug12
    FMOVE   %FP5,debug14
    FMOVE   %FP6,debug16
    FMOVE   %FP7,debug18
    FMOVE   %FPCR,debug20
    FMOVE   %FPIAR,debug24
    FMOVE   %FPSR,debug26

    FRESTORE    (%SP)+
    RTE

简而言之，我的问题是，

1）生成的程序集是否存在问题，因为它不保存 FPSR、FPCR 和 FPIAR 寄存器，以及

2）我是否正确保存了当我进入和退出 ISR 时寄存器？

如果我有另一个编译器可以比较，那就太好了。不幸的是，我无法将调试器附加到代码中。我在 C/C++/C#/Java/Python/PHP/等方面有丰富的经验，但我距离汇编专家还很远。

任何想法表示赞赏！

Answer 1

自从 68020 时代以来，我就没有做过 68K 编程，但我会尝试深入研究相关的灰质和/或网络资源:-)

回答您的具体问题：

生成的程序集是否存在问题，因为它没有保存 FPSR、FPCR 和 FPIAR 寄存器？

我会说是的，但前提是 ISR 中有某些东西影响他们。虽然这似乎不太可能（ISR 应该很快，所以我不认为它们会搞乱浮点的东西），但谨慎起见似乎建议例程在关闭时保存所有内容代码可能可能会改变它。

话虽如此，我不确定你是如何编译 ISR 的（甚至不确定它是否是你的代码）。可能需要一个特殊的标志来让编译器生成更多代码来保存其他内容。

当我进入和退出 ISR 时，我是否正确保存了寄存器的值？

同样，这取决于。看起来不错，但我会有点担心使用特定的内存位置，例如 fpiar_backup 或 debug26，除非您非常确定 ISR其本身不容易受到另一次中断。

如果在 ISR 处理期间禁用中断，那么您可能没问题。

此外，这还取决于 ISR 所服务的内容。文档似乎表明任何处理浮点问题的 ISR 都应该首先执行 fsave。

如果您转储这些 debugX 位置的值将会很有帮助，这样您就可以看到 ISR 的入口和出口之间有哪些值不同。并确保它们的尺寸合适。请注意，不要在 ISR 中间查看它们，因为它们几乎肯定会有所不同。

Answer 2

为了将来参考，问题确实与编译器没有保存浮点状态寄存器的值有关。我联系了 Green Hills，据他们说这不是一个错误，保存寄存器的值是程序员的责任。这对我来说很奇怪，因为编译器保存了所有其他内部寄存器，包括 FPU 的内部状态，为什么要停止状态寄存器？

简而言之，保存进入 ISR 和离开 ISR 时的 FPSR 和 FPIAR 的值将纠正该问题。以下应该可以解决问题：

void isr(void)
{
    // variable declarations ...

    __asm("    FMOVE %FPIAR,-(%SP)"); 
    __asm("    FMOVE %FPSR,-(%SP)"); 

    // some code ...


    __asm("    FMOVE (%SP)+,%FPSR"); 
    __asm("    FMOVE (%SP)+,%FPIAR");
}