Как преобразовать подписанный 8-разрядный байт в 16-битное целое число в сборке?

Question

Используя Arduino, я должен написать функцию в сборке Atmel AVR для моего класса информатики, которая преобразует подписанный 8-разрядный байт в 16-битное целое число. Мне также не разрешено использовать какие-либо инструкции по ветвлению (но пропуски прекрасны).

Я знаю, что это неправильно, но это все, что я получил до сих пор:

.global byteToInt 
byteToInt: 
    sbrc r24, 7 
    ldi r25, 1 
    asr r25 
    ret 

Кто-нибудь знает, как я хотел бы сделать эту функцию работать? Любая помощь приветствуется!

Answer 1

Ну, очевидно, вам нужно скопировать бит знака char на каждый бит в верхней половине. На большинстве архитектур проще всего скопировать регистр и арифметико-правое смещение на 7. Но AVR имеет только shift-by-1 instruction, поэтому мы не можем эффективно это делать.

Другой уловкой для условного получения 0 или -1 в регистр является subtract-with-borrow регистр от себя, чтобы получить 0 - C. например sbc r25, r25.

Теперь нам нужен способ установить флаг Carry, если 8-разрядное число отрицательное, т. Е. Если оно> 127, когда рассматривается как целое без знака, потому что C всегда задается на основе неподписанной интерпретации вещей. AVR имеет команду сравнения-немедленного действия, CPI, но она работает только для r16-r31, а не для низких регистров. Кроме того, он устанавливает флаг C напротив того, что мы действительно хотим, поэтому нам пришлось бы использовать другую инструкцию для инвертирования результата. Так что я думаю, что мы лучше делает сравнение другой путь против значения в регистре:

; Most efficient way, I think: 
sign_extend: 
    ldi r25, 127  ; can be hoisted out of loops, and any reg is fine. 

    cp r25, r24  ; C = (r24 < 0) 
    sbc r25, r25  ; r25 = (r24 < 0) ? -1 : 0 
    ; result in r25:r24 

Еще лучше, если вам нужно сделать, это в цикле, вы можете сохранить 127 в другом регистре.

С ИВК, вы могли бы сделать это:

; slightly worse: only works with r16-r31, and worse in loops 
sign_extend: 
    cpi r24, 127  ; C = (r24 < 128U) = ((signed)r24 >= 0) 
    sbc r25, r25  ; r25 = (r24>=0) ? -1 : 0 
    com r25    ; ones-complement negation: 0 : -1 

Или, чтобы избежать ограничений, на которых используется регистр, сделайте сравнение другой путь:

Я никогда не работал с AVR , поэтому я просто основываю это на справочном руководстве по набору инструкций, которое найдено google (и мои знания asm для других ISA, таких как x86 и ARM). Согласно этим документам, все эти инструкции являются 1 словом (2 байта) с 1 задержкой цикла. Это лучше, чем то, что делает gcc4.5:

---

Обычный способ найти хорошие последовательности инструкций является задать компиляторAVR gcc4.5 -O3 on godbolt делает это:

short sign_extend(signed char a) { return a; } 

sign_extend: 
    mov r18,r24  ;; IDK why gcc uses r18 and r19. 

    clr r19 
    sbrc r18,7 
    com r19 

    mov r25,r19 
    ret 

Так zeros R19, а затем использует SBRC для условного выполнения логического-not (COM), в зависимости от бита знака (бит 7) R18.

Я не уверен, для чего нужны дополнительные MOV. Я также не уверен, почему он инвертирует нуль, а не устанавливает все биты без зависимости от ввода. (например, ldi r19, $FF или SBR alias for it.Если когда-либо существовал AVR вне очереди, это было бы более эффективно: P

Я не уверен, что для инструкций MOV. SBRC - разрушительный.Так AFAICT, действительное осуществление будет

sign_extend: 
    clr r25 
    sbrc r24,7 
    ldi r25, $FF 
    ret 

Это еще хуже, чем CP/SBC, поскольку SBRC занимает 2 цикла, если пропуск берется.

---

Я предполагаю, что «ложная зависимость» SBC от старого значения R25 не является частью AVR. На процессорах x86 с невыполнением заказа только AMD распознает sbb eax, eax как независимое от старого значения eax и зависит только от флагов. Процессоры Intel просто запускают его нормально. (Они признают инструкции, как xor eax,eax как независимый и it's the standard zeroing-idiom for x86.)

Так что на не-процессоры AMD, если последний код, который написал EAX сделал это с грузом, который пропустил в кэше, или что-то еще с большой задержкой, sbb eax, eax не удалось выполнить, даже если флаги были готовы (т. е. из независимой цепочки зависимостей). Но на процессорах AMD он начнет новую цепочку зависимостей для EAX.

В любом случае, я предполагаю, что AVR - это довольно простой конвейерный дизайн в заказе, поэтому старый реестр не может быть наземным миномлом производительности, если только код, который сделал (например) загрузку кэш-памяти никогда не использовал результат. (Даже внутрипорядковые конвейеры не должны ждать операций с высокой задержкой, пока что-то не использует результат.)