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关于ARMv8指令的几个问题

NOTE:以下内容只针对ARMv8

问题一:ARMv8 branch指令格式及用法(《ARMv8ISA overview》中 page 25有相关叙述):

1、 无条件分支+立即数:直接跳转到某地址,不能跳转到寄存器

指令有两个:”b label”  ”bl label”。在编译过程,编译器会将label翻译成立即数。

举例:编写汇编代码如下

main:

     label:  nop

      b label

      ret

编译并且反汇编后:

0000000000400510 <main>:

label():

  400510:       d503201f        nop

  400514:       17ffffff                        b       400510 <main>

      400518:       d65f03c0        ret

        

2、 无条件分支+寄存器:

blr   Xm:跳转到由Xm目标寄存器指定的地址处,同时将下一条指令存放到X30寄存器中。例如:blr  x20.

br      Xm:跳转到由Xm目标寄存器指定的地址处。不是子程序返回

ret     {Xm}:跳转到由Xm目标寄存器指定的地址处。是子程序返回。Xm可以不写,默认是X30.

3、 条件分支:所有条件分支的跳转目标都是立即数!

ARMv8的条件分支写法:b.cond   label。其中cond是条件码共十六个(EQ,NE,CS等等)

问题二:ARMv8指令分类:

关于ARMv8的指令,在《ARMv8ISA overview》中做了分类,5.2章——5.6章是INT型指令,5.7是浮点指令,5.8是SIMD(即ARMv7中提到的NEON)指令。

         关于SIMD指令如何操作,在5.8节有简单介绍,建议先看下4.4.2节关于FP/SIMD寄存器的说明。

         另外,INT指令与FP指令之间的操作是针对不同的寄存器,所有两者之间没多少关系,至多就是INT型指令修改了寄存器内容,FP指令将修改后的寄存器当做源操作数读取。

问题三:

1、 ARMv8有没有两个目的操作数的指令?

答:有。例如LDP指令,从内存某地址处加载两个字到目的寄存器中,用法:LDP Wt1, Wt2, addr。  

2、 ARMv8中源操作数超过三个的指令及分类:

(1)    扩展寄存器类操作,如:ADD   X1, X2, W3, UXTB #2

这里把UXTB和#2分别当做一个源操作数。

(2)    移位寄存器类操作,如:ADD         W1,W2,W3, lsl #2

目前能确定的只有这两类,最多不超过四种类型。如果需要我会做出详细的表。

 

 

另外,关于问题一中,为什么b指令的base opcode是0x14000000,而“b   label”指令翻译成二级制是0x17ffffff的解答如下:

Branch指令是相对当前pc的分支指令。

1、 在ARMv8中,相对于当前b指令向后跳转时,编译器生成指令的二进制encoding(即b指令最终生成的二进制代码)的过程如下:

向后跳转时,branch指令将除base opcode之外的位全部置一,然后做减法如下:

指令的Encoding = 0x14000000 | 0x03ffffff(当前b指令所在的指令地址—branch指令的目标地址)/41

即当前b指令地址与目标地址做差后整出4(因为是32位地址),再减一。

label():

  400510:       d503201f        nop

  400514:       17ffffff                        b       400510 <main>

      400518:       d65f03c0        ret

上面的例子中,b指令所在地址为400514,label所在的地址是400510(label只是个标签,不占用空间,其指示的是离自己最近的下一条指令地址),根据上述公式能得到encoding=0x17ffffff—(400514—400510)/4=0x17ffffff.

 

同理就能理解以下代码:

 

000000000040051c <label2>:

label2():

  40051c:      d503201f        nop

  400520:       d503201f        nop

  400524:       d503201f        nop

  400528:       17fffffd       b       40051c <label2>

Encoding=0x17ffffff—400528—40051c/4—1= 0x17ffffff—2 = 17fffffd       

2、理解了向后跳转,则向前跳转是同理的:

向前跳转时,branch指令将除base opcode之外的位全部置零,然后做加法如下:

指令的Encoding = 0x14000000 &0xfc000000+branch指令的目标地址当前b指令所在的指令地址)/4

 

0000000000400510 <main>:

$x():

  400510:       14000003       b       40051c <label2>

  400514:       aa0203e1        mov    x1, x2

  400518:       aa0203e1        mov    x1, x2

 

000000000040051c <label2>:

 

Encoding=0x14000000 + 40051c—400510/4 = 0x14000000 + 3=0x14000003

 

(其他体系结构暂时没做过测试,不过估计应该一样)