ARC工具链中Busybox的hexdump和xxd工具在HS58架构上的问题分析

ARC工具链中Busybox的hexdump和xxd工具在HS58架构上的问题分析

问题背景

在最新的ARC 2023.09工具链中，用户发现Busybox的两个重要工具hexdump和xxd在HS58架构上无法正常工作。这两个工具都依赖于libbb库来执行二进制数据转储功能。有趣的是，类似的工具"od"却能正常运行。

现象描述

当使用2023.09版本的ARC工具链（无论是glibc还是uclibc）编译Busybox后，在HS58架构上运行hexdump命令时，程序不会输出任何内容。这个问题在使用nSIM模拟器运行vmlinux时也能复现。

技术分析

经过深入调查，发现问题根源在于编译器优化导致的寄存器分配错误。具体表现为：

1. 在bb_dump_size函数中，编译器生成的汇编代码未能正确保存MAC（乘累加）指令的结果
2. 关键代码路径中，计算"cur_size += fu->bcnt * fu->reps"的结果丢失
3. 通过添加volatile修饰符或禁用优化(#pragma GCC optimize ("O0"))可以临时解决该问题

根本原因

问题的本质在于GCC编译器在寄存器分配时存在缺陷：

1. 对于HS58和HS6x架构都会出现此问题
2. 编译器错误地处理了MAC指令的寄存器分配
3. 生成的汇编代码中，"mac\t0,%0,%1"指令未能正确保存结果

解决方案

该问题已在GCC源码中得到修复。修复方案涉及对ARC64架构的算术指令模式的修正，确保MAC指令能正确保存计算结果。

影响范围

• 受影响的工具链版本：2023.09
• 受影响的架构：HS58、HS6x
• 受影响的工具：Busybox中的hexdump和xxd

验证结果

修复后的工具链已通过验证，hexdump和xxd工具现在可以正常输出内容。用户反馈确认问题已解决。

技术建议

对于遇到类似问题的开发者，可以考虑以下临时解决方案：

1. 对关键变量使用volatile修饰符
2. 在特定源文件中禁用优化
3. 升级到包含修复的GCC版本

这个问题展示了编译器优化可能带来的微妙问题，特别是在嵌入式开发中，对工具链行为的深入理解尤为重要。