编写可移植的ARM64汇编代码

# 编写可移植的 ARM64 汇编代码 来源：https://ariadne.space/2023/04/12/writing-portable-arm-assembly.html 苹果基于 ARM 的计算机日益流行，其中一个不幸的副作用是出现了大量针对 64 位 ARM ISA 的不可移植汇编代码。这是因为开发者编写这些汇编代码是为了在苹果的 ARM 计算机上加速程序运行，却没有考虑到其他 64 位 ARM 设备，例如 SBC 和运行 Linux 或 BSD 的服务器。 好消息是，编写同时适用于苹果计算机和其他运行非 Darwin 操作系统的 64 位 ARM 设备的汇编代码非常容易。只需注意 Mach-O 与 ELF ABI 之间的几个差异，并知道避免使用哪些苹果特有的语法扩展。遵循本博客的指导，你将能够编写出在苹果工具链、官方 ARM 汇编工具链和 GNU 工具链之间可移植的汇编代码。 ## ELF 与 Mach-O ABI 的区别 现代 UNIX 系统（包括基于 Linux 的系统）主要使用 ELF 二进制格式（https://en.wikipedia.org/wiki/Executable_and_Linkable_Format）。出于历史原因，苹果在 Darwin 中使用的是 Mach-O（https://en.wikipedia.org/wiki/Mach-O）。这并不是苹果使用 Mach 内核所强制的，实际上，Darwin、MkLinux 和 OSF/1 所基于的 OSFMK 内核完全可以很好地支持 ELF 二进制文件。只是苹果决定使用 Mach-O 格式。 在编写针对 Darwin 的汇编代码（实际上，任何链接代码）时，需要注意的主要区别是所有符号都带有一个下划线前缀。例如，如果一个函数在 C 语言中声明如下： ``` extern void unmask(const char *payload, const char *mask, size_t len); ``` 那么在 Darwin 上，你的汇编代码中该函数必须定义为 `_unmask`。 另一个主要区别是 ELF 定义了不同的数据类别，例如 `STT_FUNC` 和 `STT_OBJECT`。Mach-O 中没有对应物，因此在为 ELF 目标编写汇编时使用的 `.type` 指令在 Mach-O 中不受支持。 ### 关于平台 ABI 的简要说明 你还需要注意 Darwin ABI 与其他平台 ABI 之间的细微差异。一个显著的例子是 `x18` 寄存器在 Darwin ABI 中被保留，并且在某些上下文切换中会被显式清零。这个寄存器在 Android 上也被保留，但在 GNU/Linux 或 Alpine 上则没有。 ## 苹果特有的向量助记符 另一个需要注意的主要问题是苹果为 NEON 自定义的助记符。为了使编写 NEON 代码更加便捷，苹果引入了一套助记符，允许简化 NEON 指令的指定。例如，如果你只针对苹果设备，你可能会这样编写一个异或 NEON 指令： ``` eor v2.16b, v2.16b, v0.16b ``` 这是苹果对 ARM 汇编语法的扩展。官方 ARM 汇编手册（https://developer.arm.com/documentation/dui0802/b/A64-SIMD-Vector-Instructions/EOR--vector-）规定必须为每个寄存器指定内存布局： ``` eor v2.16b, v2.16b, v0.16b ``` ## 使用宏抽象 ABI 细节 好消息是，ABI 细节可以很容易地通过几个宏来抽象。至于使用 NEON 函数，答案很简单：坚持按照 ARM 手册的规定编写，而不是使用苹果的助记符。 你需要两个宏。如果需要，可以将它们放在头文件中。 第一个宏允许你处理 Darwin ABI 的下划线要求： ``` #ifdef __APPLE__ # define PROC_NAME(__proc) _ ## __proc #else # define PROC_NAME(__proc) __proc #endif ``` 第二个宏是可选的，但它允许你在苹果工具链之外定义正确的 ELF 符号类型： ``` #ifdef __clang__ # define TYPE(__proc, __typ) #else # define TYPE(__proc, __typ) .type __proc, __typ #endif ``` 然后像往常一样编写汇编代码，但使用这些宏： ``` .global PROC_NAME(unmask) .align 2 TYPE(unmask, @function) PROC_NAME(unmask): ... ``` 就是这样。只要遵循这些指导原则，你的汇编代码就能在 64 位 ARM 上的任何类 UNIX 环境中移植。