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）/4—1

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）