ARM指令系统概述

2024-06-22 05:58

文章标签 概述 arm 指令系统

本文主要是介绍ARM指令系统概述，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

摘译自Matteo Franchin的PPT《ARMv8-A A64 ISA Overview》。

寄存器

ARM共有31个通用寄存器和2个特殊寄存器，都是64位。31个通用寄存器用X0到X30来表示，两个特殊寄存器是SP和ZR。
SP是栈指针，其内容是栈底的地址，必须满足16字节对齐的条件，否则无法使用。例如：
ADD SP, SP, #8
这种用法是错误的，因为所得到的SP不满足16字节对齐的条件，造成之后的SP不可用。
ZR是0寄存器。当用作源寄存器的时候，其值恒为0，当用作目的寄存器的时候，值被抛弃，不能保存任何值。
向量和浮点寄存器。32个寄存器，向量和浮点共用，每个128位，用V0到V31来表示。不同的记号可以表示不同的长度，B表示字节，H表示半字，S表示单字，D表示双字，Q表示四字，如图1所示。

图1 不同长度数值的描述方式

系统寄存器。系统寄存器定义了处理器的上下文，通常带有后缀_ELx，表示能访问该寄存器的最低异常级别。分别对应有读(MRS)和写(MSR)系统寄存器的指令。
MRS X0, SCTLR_EL1
MSR SCTLR_EL1, X0

Load/Store指令

指令的使用

LDR和STR分别从地址中读入内容到寄存器和向地址中写入寄存器的内容。默认情况下，内容的大小由寄存器的名字决定，也可以使用后缀来指定读写较小的内容。后缀B表示字节，H表示半字，W表示单字。当写入较小的内容时，默认情况下，会对内容进行0扩展，也可以使用S来进行符号位扩展。图2中，第一条指令是把内容为8A的一个字节装入X4（64位）中，并进行符号位的扩展。第二条指令是把内容为8A的一个字节装入W4（32位）中，并进行0扩展。

图2 load指令示例

指定Load/Store指令的地址

按照从简单到复杂的分类方法，可以通过以下方式来指定访存指令的地址：从寄存器中获取地址；通过寄存器内容再加上偏移来获取地址；对偏移进行扩展、移位等运算之后，再与寄存器内容相加，获得地址。
LDR X0, [X1]    ; 直接从寄存器X1的内容中获取地址。
LDR X0, [X1, #-8]                        ; X1的内容加上-8的偏移，得到地址。
LDR X0, [X1, X2]                         ; X!的内容和X2的内容相加得到地址。
LDR X0, [X1, W2, SXTW]          ; 对W2的内容做符号扩展，再与X1的内容相加，作为地址。
LDR X0, [X1, X2, LSL #2]          ; 把X2的内容左移2位，再与X1的内容相加，作为地址。

寻址模式

简单模式：X1的内容不会被改变，例如。
LDR X0, [X1]
LDR X0, [X1, #4]

前变址模式，X1的内容在load之前变化，例如。
LDR X0, [X1, #4]!
等价于
ADD X1, X1, #4
LDR X0, [X1]

后变址模式，X1的内容在load之后变化，例如。
LDR X0, [X1], #4
等价于
LDR X0, [X1]
ADD X1, X1, #4

浮点的Load/Store

浮点寄存器的Load/Store操作，通过寄存器的名称来指定写入寄存器内容的大小。B、H、S、D和Q分别代表字节、半字、单字、双字和四字。指令中不再有大小和符号扩展之类的内容，例如。
LDR D1, [X0] ; 从地址[X0]中取64位数值到D1寄存器中。
STR Q0, [X0, X1] ; 存128位的内容到地址[X0 + X1]。