跟随Android进入ARM v8a的世界(1) - 从例子说起
跟随Android进入ARM v8a的世界
从例子说起
目前我们在Android上运行的ARM芯片，有6套指令集，32位的ARM v5指令集，16位的thumb指令集，32位的ARM v7a指令集，16位和32位混合的thumb2指令集，32位的ARM v7a带Neon的指令集，还有64位的ARM v8a指令集。
16位的Thumb指令集是个不完备的指令集，需要跟ARM指令混编才可以完成全部的功能。
我们先向经典致敬，看看求最大公约数的代码。
C代码是这样的：
unsigned int gcd(unsigned int a, unsigned int b){
while(a!=b){
if(a>b){
a-=b;
}else{
b-=a;
}
}
return a;
}手工写出来的汇编是这样的：
.global gcd_asm
.func gcd_asm
gcd_asm:
cmp r0,r1
subgt r0,r0,r1
sublt r1,r1,r0
bne gcd_asm
bx lr
.endfunc
.end解释一下上面用到的指令：
cmp r0, r1：做一次r0-r1的减法，根据结果设置CPSR的值。如果r0-r1为0，那么将CPSR中表示为0的Z位置1，否则置0. 如果r0-r1>0，则将表示负数的N位l置0，如果r0-r1<0,则该位置1.
SUB是减法指令，GT和LT是条件执行指令。
SUBGT是在GT，即大于或等于的条件下执行该减法，同理，SUBLT是在小于或等于的情况下执行该减法。
BNE是在Z标志未置的情况下跳转。
BX是切换跳转，用于函数返回。
下面来看看gcc为我们编出了什么样的汇编代码。
ARM v5的ARM模式的指令是这样的：
00000fd8 <gcd>:
fd8: e1500001 cmp r0, r1
fdc: 012fff1e bxeq lr
fe0: e1500001 cmp r0, r1
fe4: 80610000 rsbhi r0, r1, r0
fe8: 90601001 rsbls r1, r0, r1
fec: e1510000 cmp r1, r0
ff0: 1afffffa bne fe0 <gcd+0x8>
ff4: e12fff1e bx lr可以看到，每条指令都32位长度。
BXEQ LR，上节介绍过BX了，EQ是条件执行。如果r0和r1相等则返回。
然后再做一次cmp。
RSB是反向的减法，RSB a b c，相当于a= c-b。而SUB a b c相当于a = b – c
HI是无符号数的大于，LS是无符号数的小于。
所以RSBHI和RSBLS跟之前的SUBGT和SUBLT本质上没有区别。
BNE和BX跟之前一样，就不多解释了。
ARM v7a的ARM模式的指令是这样的：
00000c7c <gcd>:
c7c: e1500001 cmp r0, r1
c80: 012fff1e bxeq lr
c84: e1500001 cmp r0, r1
c88: 80610000 rsbhi r0, r1, r0
c8c: 90601001 rsbls r1, r0, r1
c90: e1510000 cmp r1, r0
c94: 1afffffa bne c84 <gcd+0x8>
c98: e12fff1e bx lr由于逻辑太简单了，发挥不出ARM v7a指令集的优势，所以跟ARM v5是一样的。
Thumb指令是这样的：
00000fd0 <gcd>:
fd0: b500 push {lr}
fd2: 4288 cmp r0, r1
fd4: d004 beq.n fe0 <gcd+0x10>
fd6: d901 bls.n fdc <gcd+0xc>
fd8: 1a40 subs r0, r0, r1
fda: e7fa b.n fd2 <gcd+0x2>
fdc: 1a09 subs r1, r1, r0
fde: e7f8 b.n fd2 <gcd+0x2>
fe0: bd00 pop {pc}可以看到，指令是全16位的。
由于16位长指令的限制，SUB指令再做不了条件了，所以需要额外的比较和跳转指令。
Thumb2指令是这样的：
00000c6c <gcd>:
c6c: 4288 cmp r0, r1
c6e: d005 beq.n c7c <gcd+0x10>
c70: bf8c ite hi
c72: ebc1 0000 rsbhi r0, r1, r0
c76: ebc0 0101 rsbls r1, r0, r1
c7a: e7f7 b.n c6c <gcd>
c7c: 4770 bx lr可以看到，是16位和32位混排的。
比较，跳转之类的还是16位指令，减法又把ARM32指令搬出来了。
最后，ARM64 v8-a出马了。先看看手写的是什么样的：
.global gcd_asm
.func gcd_asm
gcd_asm:
subs w2, w0, w1
csel w0, w2, w0, gt
csneg w1, w1, w2, gt
bne gcd_asm
ret
.endfunc
.endcsel根据后面的条件决定如何赋值，如果是GT，则w0=w2，否则w0 = w0。
Csneg在csel的基础上，如果条件不符合的话，取第三个参数的反。
Csneg w1, w1, w2, gt相当于，如果是GT，则w1=w1，否则w1=-w2。
注意，虽然操作数变成64位了，指令长度还是32位的哈。
0000000000000504 <gcd>:
504: 6b01001f cmp w0, w1
508: 2a0003e2 mov w2, w0
50c: 54000140 b.eq 534 <gcd+0x30>
510: 6b01005f cmp w2, w1
514: 4b010040 sub w0, w2, w1
518: 1a828000 csel w0, w0, w2, hi
51c: 4b020023 sub w3, w1, w2
520: 6b01005f cmp w2, w1
524: 2a0003e2 mov w2, w0
528: 1a838021 csel w1, w1, w3, hi
52c: 6b00003f cmp w1, w0
530: 54ffff01 b.ne 510 <gcd+0xc>
534: d65f03c0 ret