[ARM-assembly]-ARMv8-A64指令集总结和学习

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文章目录

• • • 1、一个简单的aarch64架构图
    • 2、A64指令集的特点:
    • 3、跳转指令
    • • (1)、条件跳转指令
      • (2)、无条件跳转label指令
      • (3)、无条件跳转register指令
    • 4、异常产生和返回
    • • (1)、异常产生指令
      • (2)、异常返回指令
      • (3)、debug的异常指令
    • 5、系统访问指令
    • • (1)、系统寄存器访问指令
      • (2)、系统操作指令
    • 6、提示指令Hint instructions
    • 7、Barriers指令
    • 7、指针授权指令:Pointer authentication instructions
    • 8、存取指令 : Loads and stores
    • • (1)、存取指令的寻址模式
      • (2)、load/store指令的介绍
      • • a、Load-Store Pair
        • b、LDNP and STNP 非暂存指令
        • c、Load-Store Unprivileged
        • d、Load-Store Exclusive
        • e、Load-Acquire / Store-Release

1、一个简单的aarch64架构图

2、A64指令集的特点:

• x0-x30 : 31个通用寄存器(general-purpose register),且都扩展到了64位， 其中x30是sp(Stack Pointer)
• Zero Register: XZR/WZR，在大多数情况下，作为源寄存器使用时， 读出来的值 是0; 作为目标寄存器使用时， 丢弃结果。
• 不再有LDM、STM、PUSH、POP指令, 取而代之的是STP、LDP
• 条件指令大量的减少了
• 不能将CPSR作为单个寄存器访问，确认代之的是PSTATE
• 删除了"协处理器"概念，取而代之的是通过系统寄存器访问
  o System register access
  o Cache/TLB management
  o VAPA translation
  o Barriers and CLREX
  o Architectural hints (WFI, etc)
  o Debug

通用寄存器分类

PSTATE寄存器：

3、跳转指令

指令统计

• 条件跳转指令 : 5个
• 无条件跳转label指令 : 2个
• 无条件跳转register指令 ： 3个

(1)、条件跳转指令

(偏移范围为±1MiB)

• b.cond label
• cbz Xn|Wn, label
• cbnz Xn|Wn, label
• tbz Xn|Wn, #uimm6, label //如果Xn的第uimm的bit位位0，则跳转到label
• tbnz Xn|Wn, #uimm6, label

(b.cond的condition条件)

(b.cond的应用)

.align 7, INV_INSN el0_sync_a64:restore_mappingmrs x2, esr_el1mrs x3, sp_el0lsr x2, x2, #ESR_EC_SHIFTcmp x2, #ESR_EC_AARCH64_SVCb.eq el0_svc //-----------b.cond的应用b el0_sync_abortcheck_vector_size el0_sync_a64

(cbz、cbnz的应用)
当调用__cpu_spin_trylock(lock)时

FUNC __cpu_spin_trylock , :mov x1, x0mov w2, #SPINLOCK_LOCK .loop: ldaxr w0, [x1]cbnz w0, .cpu_spin_trylock_out //------相当于是在检查参数的合法性，lock==NULL时直接返回stxr w0, w2, [x1]cbnz w0, .loop .cpu_spin_trylock_out:ret END_FUNC __cpu_spin_trylock

(tbz、tbnz的应用)

LOCAL_FUNC el1_sync_abort , :mov x0, spmsr spsel, #0mov x3, sp /* Save original sp *//** Update core local flags.* flags = (flags << THREAD_CLF_SAVED_SHIFT) | THREAD_CLF_ABORT;*/ldr w1, [x0, #THREAD_CORE_LOCAL_FLAGS]lsl w1, w1, #THREAD_CLF_SAVED_SHIFTorr w1, w1, #THREAD_CLF_ABORTtbnz w1, #(THREAD_CLF_SAVED_SHIFT + THREAD_CLF_ABORT_SHIFT), \ //--------------tbnz的使用.Lsel_tmp_sp/* Select abort stack */ldr x2, [x0, #THREAD_CORE_LOCAL_ABT_STACK_VA_END]b .Lset_sp .Lsel_tmp_sp:/* Select tmp stack */ldr x2, [x0, #THREAD_CORE_LOCAL_TMP_STACK_VA_END]orr w1, w1, #THREAD_CLF_TMP /* flags |= THREAD_CLF_TMP; */

(2)、无条件跳转label指令

(偏移范围为 : ±128MiB)

• b label
• bl label

(3)、无条件跳转register指令

(偏移范围为 : 无限制)

• br Xn
• blr Xn
• ret {Xn}

4、异常产生和返回

• 异常产生指令 ： 5个
• 异常返回指令 ： 1个
• debug的异常指令 ： 4个

(1)、异常产生指令

• BRK Breakpoint Instruction BRK
• HLT Halt Instruction //停止指令
• HVC
• SMC
• SVC

(2)、异常返回指令

• ERET

(3)、debug的异常指令

DCPS1 Debug switch to Exception level 1
DCPS2 Debug switch to Exception level 2
DCPS3 Debug switch to Exception level 3
DRPS Debug restore PE state

5、系统访问指令

• 系统寄存器访问指令 ： 1个
• 系统操作指令 ： 6个

(1)、系统寄存器访问指令

• MRS
• MSR

(2)、系统操作指令

• SYS
• SYSL
• IC
• DC
• AT
• TLBI

6、提示指令Hint instructions

提示指令Hint instructions ： 8个

• NOP
• YIELD
• WFE
• WFI
• SEV
• SEVL
• HINT
• DGH

7、Barriers指令

Barriers指令 ： 4个

• CLREX // Clear Exclusives monitor
• DMB
• DSB
• ISB

还有一些特殊的barriers指令，如果未实现，则等效于 NOP
CSDB
ESB
PSB
PSSB
SB
SSBB
TSB

7、指针授权指令:Pointer authentication instructions

有很多寄存器，目前(2020)基本没有使用，暂不介绍

8、存取指令 : Loads and stores

(1)、存取指令的寻址模式

[Rn, offset]! 前变址寻址
最终访问内存的地址 = Rn+offset
操作后Rn的值 = Rn+offset

[Rn], offset 后变址寻址
最终访问内存的地址 = Rn
操作后Rn的值 = Rn+offset

[Rn, offset] 偏移寻址
最终访问内存的地址 = Rn+offset
操作后Rn的值不变

注意：对于偏移寻址，还可以使用寄存器偏移寻址、扩展寄存器偏移寻址[base,Xm{,LSL #imm}][base,Wm,(S|U)XTW {#imm}]

示例：
（1）、在进程切换调用的cpu_switch_to函数中，使用到了后变址寻址

ENTRY(cpu_switch_to)mov x10, #THREAD_CPU_CONTEXTadd x8, x0, x10mov x9, spstp x19, x20, [x8], #16 // store callee-saved registersstp x21, x22, [x8], #16stp x23, x24, [x8], #16stp x25, x26, [x8], #16stp x27, x28, [x8], #16stp x29, x9, [x8], #16str lr, [x8]add x8, x1, x10ldp x19, x20, [x8], #16 // restore callee-saved registersldp x21, x22, [x8], #16ldp x23, x24, [x8], #16ldp x25, x26, [x8], #16ldp x27, x28, [x8], #16ldp x29, x9, [x8], #16ldr lr, [x8]mov sp, x9 #ifdef CONFIG_THREAD_INFO_IN_TASKmsr sp_el0, x1 #elseand x9, x9, #~(THREAD_SIZE - 1)msr sp_el0, x9 #endifret ENDPROC(cpu_switch_to)

(2)、load/store指令的介绍

术语：

sign-extends ：符号扩展，前面补符合位和0 zero-extends ：0扩展，即前面补0S : sign-extends B : byte H : half-word R ：register P : pair 双字操作

a、Load-Store Pair

LDP Wt1, Wt2, addr //从addr处读取两个word到Wt1和Wt2 LDP Xt1, Xt2, addr //从addr处读取两个double-word到Xt1和Xt2 LDPSW Xt1, Xt2, addr //从addr处读取两个word到Xt1和Xt2， sign-extends STP Wt1, Wt2, addr //将Wt1和Wt2写入addr地址处 STP Xt1, Xt2, addr //将Xt1和Xt2写入addr地址处

b、LDNP and STNP 非暂存指令

非暂存指令（Non-temporal），不会加载到cache

LDNP Wt1, Wt2, [base,#imm] LDNP Xt1, Xt2, [base,#imm] STNP Wt1, Wt2, [base,#imm] STNP Xt1, Xt2, [base,#imm]

c、Load-Store Unprivileged

在EL1中执行数据的加载和写入，权限等是按照EL0的配置来执行

LDTR Wt, [base,#simm9] LDTR Xt, [base,#simm9] LDTRB Wt, [base,#simm9] 加载一个字节并sign-extends扩展到Wt, 在EL1下执行的,但是按照EL0的权限来执行 LDTRSB Wt, [base,#simm9] LDTRSB Xt, [base,#simm9] LDTRH Wt, [base,#simm9] LDTRSH Wt, [base,#simm9] LDTRSH Xt, [base,#simm9] LDTRSW Xt, [base,#simm9] STTR Wt, [base,#simm9] STTR Xt, [base,#simm9] STTRB Wt, [base,#simm9] STTRH Wt, [base,#simm9]

d、Load-Store Exclusive

【补充armv8的exclusive操作】

为了解决多核情况下的锁竞争问题，arm引入了exclusive操作，并添加了相应的指令。
exclusive的操作的核心，就是会将锁，用一个状态机进行维护，该状态机有2种状态，open状态和exclusive状态。要想成功的对锁进行上锁，状态必须要从exclusive状态切换到open状态，其他状态，都是失败的。
LDXR指令，将状态从open状态切换到exclusive状态，STXR指令，将状态从exclusive状态切换到open状态

术语 ： （R-register, P-pair） LDXR Wt, [base{,#0}] LDXR Xt, [base{,#0}] LDXRB Wt, [base{,#0}] LDXRH Wt, [base{,#0}] LDXP Wt, Wt2, [base{,#0}] LDXP Xt, Xt2, [base{,#0}] STXR Ws, Wt, [base{,#0}] STXR Ws, Xt, [base{,#0}] STXRB Ws, Wt, [base{,#0}] STXRH Ws, Wt, [base{,#0}] STXP Ws, Wt, Wt2, [base{,#0}] STXP Ws, Xt, Xt2, [base{,#0}]

e、Load-Acquire / Store-Release

标记物理地址为非独占访问

（Non-exclusive）

LDAR Wt, [base{,#0}] LDAR Xt, [base{,#0}] LDARB Wt, [base{,#0}] LDARH Wt, [base{,#0}] STLR Wt, [base{,#0}] STLR Xt, [base{,#0}] STLRB Wt, [base{,#0}] STLRH Wt, [base{,#0}]

（Exclusive）

LDAXR Wt, [base{,#0}] LDAXR Xt, [base{,#0}] LDAXRB Wt, [base{,#0}] LDAXRH Wt, [base{,#0}] LDAXP Wt, Wt2, [base{,#0}] LDAXP Xt, Xt2, [base{,#0}] STLXR Ws, Wt, [base{,#0}] STLXR Ws, Xt, [base{,#0}] STLXRB Ws, Wt, [base{,#0}] STLXRH Ws, Xt|Wt, [base{,#0}] STLXP Ws, Wt, Wt2, [base{,#0}] STLXP Ws, Xt, Xt2, [base{,#0}]

总结

以上是生活随笔为你收集整理的[ARM-assembly]-ARMv8-A64指令集总结和学习的全部内容，希望文章能够帮你解决所遇到的问题。

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