GCC中对寄存器的分配与使用

在很多用于AVR的RTOS中，都会有任务调度时，插入以下的语句：
    
    入栈：
    __asm__ __volatile__("PUSH R0  \n\t");
    __asm__ __volatile__("PUSH R1  \n\t");
    ......
    __asm__ __volatile__("PUSH R31 \n\t");

    出栈
    __asm__ __volatile__("POP  R31 \n\t");
    ......
    __asm__ __volatile__("POP  R1  \n\t");
    __asm__ __volatile__("POP  R0  \n\t");

    通常大家都会认为，在任务调度开始时，当然要将所有的通用寄存器都保存，并且还应该保存程序状态寄存器SREG。然后再根据相反的次序，将新任务的寄存器的内容恢复。
    
    但是，事实真的是这样吗？如果大家看过陈明计先生写的small rots51,就会发现，它所保存的通用寄存器不过是4组通用寄存器中的1组。
    
    在Win AVR中的帮助文件 avr-libc Manual中的Related Pages中的Frequently Asked Questions,其实有一个问题是"What registers are used by the C compiler?"  回答了编译器所需要占用的寄存器。一般情况下，编译器会先用到以下寄存器
    1 Call-used registers (r18-r27, r30-r31): 调用函数时作为参数传递，也就是用得最多的寄存器。

    2 Call-saved registers (r2-r17, r28-r29): 调用函数时作为结果传递,当中的r28和r29可能会被作为指向堆栈上的变量的指针。
    
    3 Fixed registers (r0, r1): 固定作用。r0用于存放临时数据，r1用于存放0。
    
    
    还有另一个问题是"How to permanently bind a variable to a register?",是将变量绑定到通用寄存器的方法。而且我发现，如果将某个寄存器定义为变量，编译器就会不将该寄存器分配作其它用途。这对RTOS是很重要的。

    在"Inline Asm"中的"C Names Used in Assembler Code"明确表示,如果将太多的通用寄存器定义为变量，刚在编译的过程中，被定义的变量依然可能被编译器占用。

    大家可以比较以下两个例子，看看编译器产生的代码：(在*.lst文件中)

第一个例子：没有定义通用寄存器为变量

#include

unsigned char add(unsigned char b,unsigned char c,unsigned char d)
{
   return b+c*d;
}

int main(void)
{
  unsigned char a=0;
  while(1)
  {
    a++;
    PORTB=add(a,a,a);
  }
}

   在本例中，"add(a,a,a);"被编译如下:
   mov r20,r28
   mov r22,r28
   mov r24,r28
   rcall add

第二个例子：定义通用寄存器为变量

#include

unsigned char add(unsigned char b,unsigned char c,unsigned char d)
{
   return b+c*d;
}


register unsigned char a asm("r20");  //将r20定义为 变量a

int main(void)
{

    while(1)
    {
      a++;
        PORTB=add(a,a,a);
    }
}

    在本例中，"add(a,a,a);"被编译如下:  
    mov r22,r20
    mov r24,r20
    rcall add

    当然，在上面两个例子中，有部份代码被编译器优化了。
    
    通过反复测试，发现编译器一般使用如下寄存器:
    第1类寄存器，第2类寄存器的r28,r29,第3类寄存器

    如在中断函数中有调用基它函数，刚会在进入中断后，固定地将第1类寄存器和第3类寄存器入栈，在退出中断又将它们出栈。