arm64汇编篇-07cpsr状态寄存器

状态寄存器

    CPU内部的寄存器中,有一种特殊的寄存器(对于不同的处理器,个数和结构都可能不同).这种寄存器在ARM中,被称为状态寄存器就是CPSR(current program status register)寄存器

    CPSR和其他寄存器不一样,其他寄存器是用来存放数据的,都是整个寄存器具有一个含义.而CPSR寄存器是按位起作用的,也就是说,它的每一位都有专门的含义,记录特定的信息.

cpsr特点

1.CPSR寄存器是32位的.

2.CPSR的低8位（包括I、F、T和M[4：0]）称为控制位，程序无法修改,除非CPU运行于特权模式下,程序才能修改控制位!

3.N、Z、C、V均为条件码标志位。它们的内容可被算术或逻辑运算的结果所改变，并且可以决定某条指令是否被执行!意义重大!

4.32位图解如下

NZCV介绍

N（Negative）标志

CPSR的第31位是 N，符号标志位。它记录相关指令执行后,其结果是否为负.如果为负 N = 1,如果是非负数 N = 0.

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  注意,在ARM64的指令集中,有的指令的执行时影响状态寄存器的,比如add\sub\or等,他们大都是运算指令(进行逻辑或算数运算)；

Z(Zero)标志

CPSR的第30位是Z，0标志位。它记录相关指令执行后,其结果是否为0.如果结果为0.那么Z = 1.如果结果不为0,那么Z = 0.

 对于Z的值,我们可以这样来看,Z标记相关指令的计算结果是否为0,如果为0,则N要记录下是0这样的肯定信息.在计算机中1表示逻辑真,表示肯定.所以当结果为0的时候Z = 1,表示结果是0.如果结果不为0,则Z要记录下不是0这样的否定信息.在计算机中0表示逻辑假,表示否定,所以当结果不为0的时候Z = 0,表示结果不为0。

C(Carry)标志

CPSR的第29位是C，进位标志位。一般情况下,进行无符号数的运算。加法运算：当运算结果产生了进位时（无符号数溢出），C=1，否则C=0。减法运算（包括CMP）：当运算时产生了借位时（无符号数溢出），C=0，否则C=1。

 对于位数为N的无符号数来说，其对应的二进制信息的最高位，即第N - 1位，就是它的最高有效位，而假想存在的第N位，就是相对于最高有效位的更高位。如下图所示：

V(Overflow)溢出标志

CPSR的第28位是V，溢出标志位。在进行有符号数运算的时候，如果超过了机器所能标识的范围，称为溢出。

    注意：运算规则

正数 + 正数 为负数 溢出

负数 + 负数 为正数 溢出

正数 + 负数 不可能溢出

相关概念介绍

进位

 我们知道，当两个数据相加的时候，有可能产生从最高有效位想更高位的进位。比如两个32位数据：0xaaaaaaaa + 0xaaaaaaaa,将产生进位。由于这个进位值在32位中无法保存，我们就只是简单的说这个进位值丢失了。其实CPU在运算的时候，并不丢弃这个进位制，而是记录在一个特殊的寄存器的某一位上。ARM下就用C位来记录这个进位值。比如，下面的指令：

mov w0,#0xaaaaaaaa；0xa 的二进制是 1010

adds w0,w0,w0； 执行后 相当于 1010 << 1 进位1（无符号溢出） 所以C标记 为 1

adds w0,w0,w0； 执行后 相当于 0101 << 1 进位0（无符号没溢出） 所以C标记 为 0

adds w0,w0,w0； 重复上面操作\nadds w0,w0,w0

注：adds subs 等后面加s代表其运算会影响标记寄存器

借位

 当两个数据做减法的时候，有可能向更高位借位。再比如，两个32位数据：0x00000000 - 0x000000ff,将产生借位，借位后，相当于计算0x100000000 - 0x000000ff。得到0xffffff01 这个值。由于借了一位，所以C位 用来标记借位。C = 0.比如下面指令：

mov w0,#0x0

subs w0,w0,#0xff ;

subs w0,w0,#0xff

subs w0,w0,#0xff

真机实践：

1.c语言中使用汇编代码方法：1)在方法中加asm（）如下

void func（）

{

    asm（

            "mov w0,#0x0\n"   //这区域中写汇编代码 换行用\n

）

}

2).创建汇编文件command + n 选择assembly 文件写汇编代码，详情见https://www.jianshu.com/p/9f63cb7a334c  这里就不重复介绍了。

2.cpsr作用实例：输入以下代码

/** 状态寄存器 cpsr */

void cpsrFunc(){

    /**1. cpsr的作用 */ 

     int a = 1;   

     int b = 2;   

    if (a == b) {     

        printf("a==b"); 

  }    else    {       

       printf("a!=b");    

   }

}

运行结果如下图：

在判断结束并未执行的时候修改寄存器如下图：

1）先切换成查看汇编模式

2）设置断点并修改cpsr寄存器值

3）运行结果

3.N（negative）标志实例：

1）cpsrFunc方法中输入以下代码：

/** 2. negative标志符 */   

asm(   

    "mov w0,#0xffffffff\n" 

      "adds w0,w0,#0x0\n" 

      );

2）汇编调试

如图0xffffffff在计算符号时候为负数，现在改成0x0fffffff看结果这个在有符号中为正数。

4.Z标志实例

1）cpsrFunc方法输入以下代码

/** 3. zero标志符 */

asm( 

      "mov w0,#0x0\n"     

  "adds w0,w0,#0x0\n"       

);

2）执行代码效果：

3）将相加值修改成大于0 #0x1

5.C标志实例

注：C位主要是无符号的进位和借位问题，上文已经讲了，这边可以系统的理解。

1）进位当相加超限会进1，例如11 + 1 = 100 其中1超限被保存在c位，所以c位为1。

2）借位就是不够减从前面借一位前面会多出1，例如 00 - 1 为100 - 1 = 11，同理凭空而生的1也保存在c位，所以得到借位为1，进位为1其他为0的结论，如果不理解可以死记。

代码上面在介绍进位借位已经写明大家可以自己尝试。

6.V标志实例。

注：这边是在有符号位运算。

1）cpsrFunc方法输入以下代码

 /** 5. overflow v位标志符号 */ 

  asm(       

"mov w0,#0x7fffffff\n"     

  "adds w0,w0,#0x2\n"     

  "mov w0,#0x80000000\n"     

  "subs w0,w0,#0x2\n"     

  );

2）运行结果

注：mac计算器功能很强大是很好辅助工具。

如上图当v位满足正正得负 负负得正的情况下v位为1否则为0。