浅析ARMv8体系结构：A64指令集

A64指令编码格式

A64指令集中每条指令的宽度为32位，其中第24〜28位用来识别指令的分类，格式如下：

op0字段的值如下：

加载与存储指令

寻址模式

在A64指令集中，加载和存储指令有多种寻址模式，如下：

寻址模式	格式	说明
基地址模式	[Xn]
基地址+偏移量模式	[Xn, #offset]
前变基模式	[Xn, #offset]!	先更新偏移量地址，后访问内存地址
后变基模式	[Xn], #offset	先访问内存地址，再更新偏移量地址
PC相对地址模式	<label>

变基模式

变基模式主要有如下两种：

• 前变基(pre-index)模式：先更新偏移量地址，后访问内存地址；
• 后变基(post-index)模式：先访问内存地址，后更新偏移量地址。

前变基模式

前变基模式的指令格式如下：

LDR <Xt>, [<Xn|SP>, #<simm>]!

举例说明：

LDR x6, [x1, #8]!   //将x1里面的地址增加偏移#8并赋给x1，最后将新的x1寄存器内的地址的值给x6寄存器

后变基模式

后变基模式的指令格式如下：

LDR <Xt>, [<Xn|SP>], #<simm>

举例说明：

LDR x6, [x1], #8    //将x1寄存器内的地址的值赋给x6寄存器，并将x1地址偏移+8。

PC相对地址模式

汇编代码里常常会使用标签（label）来标记代码片段。LDR指令还提供一种访问标签的地址模式，指令格式如下：

LDR <Xt>, <label>

伪指令

• 伪指令与指令的最大不同在于，伪指令属于编译器处理的范畴，伪指令会被编译展开为多条指令；指令是CPU处理的命令的最小单元。

LDR x7,=0x80000    //等同于 MOV x7, 0x80000

需要区别 LDR x7, 0x800000; 这条指令的意义是，将当前PC寄存器的地址的 + 0x80000的偏移，取出地址内容填充到x7寄存器中

加载与存储指令的变种

不同位宽的加载与存储指令

多字节内存加载和存储指令

A32指令集提供LDM和STM指令来实现多字节内存加载与存储，而A64指令集不再提供 LDM和STM指令，而提供LDP和STP指令。LDP和STP指令支持3种寻址模式。

基地址偏移量模式

• 基地址偏移量模式LDP指令的格式如下：

LDP <Xtl>, <Xt2>, [<Xn|SP>{,#<imm>}]

它以Xn/SP寄存器的值为基地址，然后读取Xn/SP寄存器的值+ imm地址的值到X/1寄存 器，读取Xw/SP寄存器的值+ imm+8地址的值到R2寄存器中。

• 基地址偏移模式STP指令的格式如下：

STP <Xtl>, <Xt2>, [<Xn|SP>{, #<imm>}]

它以Xn/SP寄存器的值为基地址，然后把XZ1寄存器的内容存储到[Xrt/SP + imm]处，把 Xt2寄存器的内容存储到[Xn/SP+inmi+8]处。

前变基模式

前变基模式LDP/STP指令的格式如下：

LDP <Xt1>, <Xt2>, [<Xn|SP>, #<imm>]!
STP <Xtl>, <Xt2>, [<Xn|SP>, #<imm>!

后变基模式

后变基模式LDP/STP指令的格式如下：

LDP <Xtl>, <Xt2>, [<Xn|SP>], #<imm>
STP <Xtl>, <Xt2>, [<Xn|SP>], #<imm>

跳转指令

返回指令

A64指令集提供了两条返回指令：

• RET指令：通常用于子函数的返回，其返回地址保存在LR寄存器中；
• ERET指令：从当前的异常模式返回。它会将SPSR的内容恢复到PSTATE寄存器中，从ELR中获取跳转地址并返回到该地址。ERET指令可以实现处理器模式的切换，比 如从ELI切换到EL0。

比较并跳转指令

其它指令

内存独占访问指令

异常处理指令

内存屏障指令

相关参考

• 《ARM64体系结构与编程》