混合使用Ada与汇编

在进行系统编程、硬件控制或性能关键型优化时，有时需要从像Ada这样的高级语言下降到原始的汇编语言。但如何以一种结构化的、符合标准的方式来实现，并验证它是否有效呢？

Ada语言标准为此提供了两种主要方法。让我们使用GNAT编译器，通过可编译的完整示例和编译方法来探讨这两种方法。

方法一：使用 System.Machine_Code 的内联汇编

这是在Ada代码中嵌入汇编指令最直接的方法，非常适合简短、有针对性的硬件交互。以下示例将在汇编中执行计算，将结果返回给Ada，并将其打印到屏幕上。

示例: show_asm_result.adb

with Ada.Text_IO;
with System.Machine_Code;

procedure show_asm_result is
   input_value     : Integer := 100;
   result_from_asm : Integer;
begin
   Ada.Text_IO.put_line ("  Ada -> 发送到汇编: " & Integer'image(input_value));

   System.Machine_Code.asm (
      -- 汇编模板:
      -- %0 引用第一个输出(Outputs)操作数, %1 引用第一个输入(Inputs)操作数。
      "movl %1, %0; addl $23, %0",

      -- [输入]
      -- 指定'input_value'变量作为汇编代码的输入。
      -- "r"是"register"的缩写，此约束要求编译器将此变量的值
      -- 放入一个通用寄存器中。在汇编模板中，此输入由%1引用。
      Inputs  => (Integer'asm_input  ("r", input_value)),

      -- [输出]
      -- 指定将汇编代码的结果存储在'result_from_asm'变量中。
      -- "="：一个约束修饰符，表示此操作数是只写输出。
      -- "r"：意味着结果值也将存储在一个通用寄存器中。
      --      在汇编模板中，此输出由%0引用。
      Outputs => (Integer'asm_output ("=r", result_from_asm))
   );

   Ada.Text_IO.put_line ("  Ada <- 从汇编接收: " & Integer'image(result_from_asm));
   Ada.Text_IO.put_line ("------------------------------------");

   if result_from_asm = 123 then
      Ada.Text_IO.put_line ("成功：结果正确！");
   else
      Ada.Text_IO.put_line ("失败：结果不正确。");
   end if;

end show_asm_result;

编译内联汇编

gnatmake show_asm_result.adb

方法二：通过 pragma import 和汇编器约定进行接口

当您有较大的汇编例程时，将它们放在单独的 .s 文件中会更清晰。这通过使用带有 Assembler 约定的 pragma import 来完成。

示例文件

1. 汇编文件: math_ops.s

.global my_add
.type my_add, @function

my_add:
    movl %edi, %eax
    addl %esi, %eax
    ret

# 此部分声明堆栈不需要是可执行的，
# 这能解决一个常见的链接器警告并提高安全性。
.section .note.GNU-stack,"",@progbits

2. Ada包规范: math_functions.ads

package Math_Functions is
   function my_add (x, y : Integer) return Integer;
private
   -- 使用'Assembler'约定来明确指出这是一个汇编例程
   -- (注意：'C'约定也经常被使用，因为它的调用约定
   -- 通常与汇编例程兼容)
   pragma import (Assembler, my_add, "my_add");
end Math_Functions;

3. Ada主过程: main.adb

with Ada.Text_IO;
with Math_Functions;

procedure main is
   result : Integer;
begin
   result := Math_Functions.my_add(10, 5);
   Ada.Text_IO.put_line ("来自外部汇编的结果: " & Integer'image(result));
end main;

编译外部汇编

方法A：使用 gprbuild (推荐)

编译混合语言项目最简单的方法是使用 gprbuild 和一个项目文件。

1. GNAT项目文件: my_project.gpr

project My_Project is
   for Source_Dirs use (".");
   for Object_Dir use "obj";
   for Main use ("main.adb");
   for Languages use ("Ada", "Assembly");
end My_Project;

2. 构建命令

gprbuild -P my_project.gpr

方法B：手动编译 (不使用 gprbuild)

如果您没有 gprbuild 或偏爱手动方式，可以分两步编译文件。

1. 汇编汇编文件

首先，使用 gcc 将 .s 文件汇编成目标文件 (.o)。

gcc -c math_ops.s -o math_ops.o

2. 编译并链接Ada代码

现在，用 gnatmake 编译Ada代码，并使用 -largs 开关将汇编目标文件传递给链接器。

gnatmake main.adb -largs math_ops.o

结论

Ada为与汇编的集成提供了两种健壮的方法:

  • 对于小型内联代码片段，使用 System.Machine_Code.asm。
  • 对于较大的外部汇编例程，使用 pragma import。