ATtiny13上__uint24数据迁移汇编的正确性与优化问询

我原本使用的C代码如下：

volatile register uint16_t counter asm("r12");

__uint24 getCounter() {
  __uint24 res = counter;
  res = (res << 8) | TCNT0;
  return res;
}

这是运行在ATtiny13单片机上的内联热点函数，因资源紧张需要优化。原代码编译后的汇编指令为：

getCounter:
        movw r24,r12
        ldi r26,0
        clr r22
        mov r23,r24
        mov r24,r25
        in r25,0x32
        or r22,r25
        ret

我自行编写了内联汇编实现：

inline __uint24 getCounter() {
  //__uint24 res = counter;
  //res = (res << 8) | TCNT0;
  
  uint32_t result;
  asm(
    "in %A[result],0x32" "\n\t"
    "movw %C[result],%[counter]" "\n\t"
    "mov %B[result],%C[result]" "\n\t"
    "mov %C[result],%D[result]" "\n\t"
    : [result] "=r" (result)
    : [counter] "r" (counter)
    :
  );
  return (__uint24) result;
}

这里用uint32_t是为了分配第四个连续寄存器，让编译器知晓该寄存器被修改（无法在破坏列表中使用类似"%D[result]"的写法）。

我的疑问：

1. 自编汇编是否正确？目前测试看似可行。
2. 是否有无需复杂汇编、让编译器更好优化getCounter()的方法？
3. 是否有更优的汇编实现方式？

补充说明：使用movw是为保证对counter的读取为原子操作，因counter会在中断中被递增。

1. 自编汇编的正确性 #

你的实现逻辑是正确的：

• 先读取TCNT0到结果的低8位（%A[result]）
• 用movw原子读取counter到%C[result]和%D[result]（对应32位变量的高16位）
• 通过两次mov调整寄存器位置，最终得到的__uint24结果结构为[C:B:A]，完全匹配counter<<8 | TCNT0的逻辑。

需要注意的细节：

• ATtiny13的movw操作偶对寄存器，counter绑定在r12，所以movw %C[result],%[counter]会读取r12和r13，和uint16_t counter的定义匹配，无问题。
• 用uint32_t分配连续4个寄存器，指令操作所有四个后只取低24位返回，逻辑自洽。

2. 无需复杂汇编的优化方法 #

可以通过调整C代码写法，引导编译器生成更优汇编，同时保证counter读取的原子性：

volatile register uint16_t counter asm("r12");

static inline __uint24 getCounter() {
  uint16_t cnt = counter; // 强制原子读取counter
  return ((__uint24)cnt << 8) | TCNT0;
}

或者更简洁的写法：

static inline __uint24 getCounter() {
  return ((__uint24)counter << 8) | TCNT0;
}

关键优化点：

• 声明函数为static inline，强制编译器内联，省去ret指令的开销（ATtiny13资源有限，内联收益明显）。
• 明确counter的读取为单个uint16_t操作，编译器会自动用movw实现原子读取，避免拆分。
• 编译器会直接生成in指令读取TCNT0，不会产生原汇编中ldi r26,0、clr r22这类冗余指令。

3. 更优的汇编实现方式 #

可以直接利用AVR平台__uint24的寄存器布局（三个连续寄存器，顺序为[高:中:低]），无需借助uint32_t，大幅简化汇编：

static inline __uint24 getCounter() {
  __uint24 res;
  asm volatile(
    "in %A[res], 0x32" "\n\t"    // 读取TCNT0到res的低8位
    "movw %B[res], %[cnt]" "\n\t" // 原子读取counter到res的中8位和高8位
    : [res] "=r" (res)
    : [cnt] "r" (counter)
    :
  );
  return res;
}

这个版本的优势：

• 仅用两条核心指令，比你的原汇编少两条mov指令，效率更高。
• 直接匹配__uint24的寄存器结构：%A[res]存TCNT0，%B[res]和%C[res]存counter的低8位和高8位，最终结构正好是counter<<8 | TCNT0。
• 加上asm volatile防止编译器重排或删除汇编指令（因TCNT0是硬件寄存器，读取有副作用）。

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