[ARM-assembly]-ARMv8-A64指令集总结和学习
生活随笔
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[ARM-assembly]-ARMv8-A64指令集总结和学习
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文章目錄
- 1、一個簡單的aarch64架構圖
- 2、A64指令集的特點:
- 3、跳轉指令
- (1)、條件跳轉指令
- (2)、無條件跳轉label指令
- (3)、無條件跳轉register指令
- 4、異常產生和返回
- (1)、異常產生指令
- (2)、異常返回指令
- (3)、debug的異常指令
- 5、系統訪問指令
- (1)、系統寄存器訪問指令
- (2)、系統操作指令
- 6、提示指令Hint instructions
- 7、Barriers指令
- 7、指針授權指令:Pointer authentication instructions
- 8、存取指令 : Loads and stores
- (1)、存取指令的尋址模式
- (2)、load/store指令的介紹
- a、Load-Store Pair
- b、LDNP and STNP 非暫存指令
- c、Load-Store Unprivileged
- d、Load-Store Exclusive
- e、Load-Acquire / Store-Release
1、一個簡單的aarch64架構圖
2、A64指令集的特點:
- x0-x30 : 31個通用寄存器(general-purpose register),且都擴展到了64位， 其中x30是sp(Stack Pointer)
- Zero Register: XZR/WZR，在大多數情況下，作為源寄存器使用時， 讀出來的值 是0; 作為目標寄存器使用時， 丟棄結果。
- 不再有LDM、STM、PUSH、POP指令, 取而代之的是STP、LDP
- 條件指令大量的減少了
- 不能將CPSR作為單個寄存器訪問，確認代之的是PSTATE
- 刪除了"協處理器"概念，取而代之的是通過系統寄存器訪問
o System register access
o Cache/TLB management
o VAPA translation
o Barriers and CLREX
o Architectural hints (WFI, etc)
o Debug
通用寄存器分類
PSTATE寄存器：
3、跳轉指令
指令統計
- 條件跳轉指令 : 5個
- 無條件跳轉label指令 : 2個
- 無條件跳轉register指令 ： 3個
(1)、條件跳轉指令
(偏移范圍為±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，則跳轉到label
- tbnz Xn|Wn, #uimm6, label
(b.cond的condition條件)
(b.cond的應用)
.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的應用b el0_sync_abortcheck_vector_size el0_sync_a64(cbz、cbnz的應用)
當調用__cpu_spin_trylock(lock)時
(tbz、tbnz的應用)
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)、無條件跳轉label指令
(偏移范圍為 : ±128MiB)
- b label
- bl label
(3)、無條件跳轉register指令
(偏移范圍為 : 無限制)
- br Xn
- blr Xn
- ret {Xn}
4、異常產生和返回
- 異常產生指令 ： 5個
- 異常返回指令 ： 1個
- debug的異常指令 ： 4個
(1)、異常產生指令
- BRK Breakpoint Instruction BRK
- HLT Halt Instruction //停止指令
- HVC
- SMC
- SVC
(2)、異常返回指令
- ERET
(3)、debug的異常指令
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、系統訪問指令
- 系統寄存器訪問指令 ： 1個
- 系統操作指令 ： 6個
(1)、系統寄存器訪問指令
- MRS
- MSR
(2)、系統操作指令
- SYS
- SYSL
- IC
- DC
- AT
- TLBI
6、提示指令Hint instructions
提示指令Hint instructions ： 8個
- NOP
- YIELD
- WFE
- WFI
- SEV
- SEVL
- HINT
- DGH
7、Barriers指令
Barriers指令 ： 4個
- CLREX // Clear Exclusives monitor
- DMB
- DSB
- ISB
還有一些特殊的barriers指令，如果未實現，則等效于 NOP
CSDB
ESB
PSB
PSSB
SB
SSBB
TSB
7、指針授權指令:Pointer authentication instructions
有很多寄存器，目前(2020)基本沒有使用，暫不介紹
8、存取指令 : Loads and stores
(1)、存取指令的尋址模式
[Rn, offset]! 前變址尋址
最終訪問內存的地址 = Rn+offset
操作后Rn的值 = Rn+offset
[Rn], offset 后變址尋址
最終訪問內存的地址 = Rn
操作后Rn的值 = Rn+offset
[Rn, offset] 偏移尋址
最終訪問內存的地址 = Rn+offset
操作后Rn的值不變
示例：
（1）、在進程切換調用的cpu_switch_to函數中，使用到了后變址尋址
(2)、load/store指令的介紹
術語：
sign-extends ：符號擴展，前面補符合位和0 zero-extends ：0擴展，即前面補0S : sign-extends B : byte H : half-word R ：register P : pair 雙字操作a、Load-Store Pair
LDP Wt1, Wt2, addr //從addr處讀取兩個word到Wt1和Wt2 LDP Xt1, Xt2, addr //從addr處讀取兩個double-word到Xt1和Xt2 LDPSW Xt1, Xt2, addr //從addr處讀取兩個word到Xt1和Xt2， sign-extends STP Wt1, Wt2, addr //將Wt1和Wt2寫入addr地址處 STP Xt1, Xt2, addr //將Xt1和Xt2寫入addr地址處b、LDNP and STNP 非暫存指令
非暫存指令（Non-temporal），不會加載到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中執行數據的加載和寫入，權限等是按照EL0的配置來執行
LDTR Wt, [base,#simm9] LDTR Xt, [base,#simm9] LDTRB Wt, [base,#simm9] 加載一個字節并sign-extends擴展到Wt, 在EL1下執行的,但是按照EL0的權限來執行 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
【補充armv8的exclusive操作】
為了解決多核情況下的鎖競爭問題，arm引入了exclusive操作，并添加了相應的指令。
exclusive的操作的核心，就是會將鎖，用一個狀態機進行維護，該狀態機有2種狀態，open狀態和exclusive狀態。要想成功的對鎖進行上鎖，狀態必須要從exclusive狀態切換到open狀態，其他狀態，都是失敗的。
LDXR指令，將狀態從open狀態切換到exclusive狀態，STXR指令，將狀態從exclusive狀態切換到open狀態
e、Load-Acquire / Store-Release
標記物理地址為非獨占訪問
（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}]總結
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