如何在Supervisor模式下用C内联汇编写入lr_usr寄存器

1. lr_usr寄存器识别错误的问题 #

GCC内联汇编不支持直接使用lr_usr作为寄存器名，正确的用户模式LR寄存器的ARM指令命名是r14_usr。同时你的代码存在逻辑错误："=r"(syscall_exit)是输出约束，意味着要把寄存器的值写入变量，但你实际是要把变量的值写入r14_usr，应该用输入约束。

修正后的代码：

asm volatile("msr r14_usr, %0" : : "r"(syscall_exit) : "memory");

• volatile：防止编译器优化掉这条汇编指令
• "r"(syscall_exit)：让编译器把syscall_exit的值放到某个通用寄存器，替换%0
• "memory"：告诉编译器这段汇编会修改内存相关状态，确保内存操作的正确性

另外注意：你的第一行代码uint32_t syscall_exit = (uint32_t) syscall_exit;是自赋值，会导致未定义行为，应该改成正确的函数地址赋值，比如uint32_t syscall_exit = (uint32_t)&syscall_exit_func;（假设函数名为syscall_exit_func）。

2. ldr SPSR, #0x10的错误 #

这条指令是非法的：ARM架构中，SPSR只能通过msr/mrs指令访问，不能直接用ldr加载立即数。如果你想设置SPSR为0x10（用户模式的PSR值），应该用：

asm volatile("msr spsr_cxsf, #0x10");

3. ldmia &registers,{r0-r12,PC}^的有效性问题 #

这条指令存在两个问题：

• 直接在汇编里写&registers会导致编译器无法正确处理地址，应该通过输入约束传递数组地址
• ldmia的^后缀会在加载PC的同时，将SPSR的值恢复到CPSR，这会直接切换到用户模式，符合你的需求，但需要确保SPSR已经正确设置为用户模式的状态（即前面的msr spsr_cxsf, #0x10是正确的）

修正后的代码：

asm volatile("ldmia %0, {r0-r12, pc}^" : : "r"(registers) : "r0", "r1", "r2", "r3", "r4", "r5", "r6", "r7", "r8", "r9", "r10", "r11", "r12", "pc");

• "r"(registers)：传递数组的首地址到通用寄存器，替换%0
• clobber列表显式声明被修改的寄存器，告诉编译器这些寄存器的值会被覆盖，避免优化冲突

完整修正后的代码示例 #

// 假设你的函数定义
void syscall_exit_func(void) { /* ... */ }
void idle_thread_main(void) { /* ... */ }

void setup_user_mode(void) {
    uint32_t syscall_exit = (uint32_t)&syscall_exit_func;
    uint32_t registers[14] = {97,6,7,6,7,6,7,6,7,6,7,5,7,(uint32_t)idle_thread_main};

    // 设置SPSR为用户模式（0x10是ARM用户模式的PSR模式位）
    asm volatile("msr spsr_cxsf, #0x10");

    // 写入用户模式LR寄存器
    asm volatile("msr r14_usr, %0" : : "r"(syscall_exit) : "memory");

    // 加载r0-r12并跳转到用户模式的idle_thread_main
    asm volatile("ldmia %0, {r0-r12, pc}^" : : "r"(registers) : "r0", "r1", "r2", "r3", "r4", "r5", "r6", "r7", "r8", "r9", "r10", "r11", "r12", "pc");
}

关键注意事项 #

• 确保代码运行在Supervisor模式下，否则无法访问r14_usr和修改SPSR
• ldmia ... pc^指令执行后，CPU会立即切换到用户模式，执行idle_thread_main，同时r0-r12被设置为数组中的值
• 编译时需要添加ARM架构相关的编译选项，比如-march=armv7-a（根据你的实际架构调整）

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user28496108