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Dance with Compiler - EP2

今天来熟悉汇编指令。

基本指令特点

str: store value to memory
ldr: load value from memory
stp: store register value to stack
ldp: load stack value to register

更新寄存器的操作,一般结果寄存器是左操作数。
写内存的操作(str),一般寄存器是左操作数,结果内存是右操作数。
读内存操作(ldr),一般寄存器是左操作数,源内存是右操作数。

所以:

  • 读写内存操作,寄存器始终在左边,内存地址始终在右边。
  • 读写堆栈操作,寄存器始终在左边,堆栈内存地址始终在右边。
  • 数学运算操作,结果寄存器在左边

约定:对于32位寄存器,用 Rn表示,64位寄存器,用Xn表示

常见指令

  1. CMP w3, 1

    等价于 SUBS XZR, w3, 1

    SUBS XZR, Xn, #
    功能:从寄存器 Xn 的值中减去一个立即数 #,并将结果存储到 XZR 寄存器,同时更新条件标志寄存器(N, Z, C, V)。
    解释:
    SUBS 代表 “subtract with flags”(减法并设置标志)。它执行减法操作,并且会根据结果更新条件标志寄存器。
    XZR 是一个特殊的寄存器,在 ARMv8 中,它被用作只读零寄存器。任何写入到 XZR 的值都被丢弃,因为 XZR 的值总是 0。因此,XZR 用于忽略操作的结果,但仍然允许更新条件标志。
    Xn 是源寄存器,包含要减去的值。
    # 是立即数,用于从 Xn 中减去。
    减法操作的结果不会存储在 XZR 中,因为 XZR 总是 0。操作的主要目的是更新条件标志以供后续的条件分支指令使用。
    条件标志:
    N(Negative):如果结果为负,则设置 N 标志。
    Z(Zero):如果结果为零,则设置 Z 标志。
    C(Carry):如果减法操作的结果没有借位,则设置 C 标志(即,如果 Xn >= #,则 C 标志被设置)。
    V(Overflow):如果减法操作导致溢出,则设置 V 标志(即结果超出了表示范围)。

  2. sub x9, sp, #16384
    功能:计算并更新寄存器 x9 的值。
    解释:将堆栈指针 sp 的值减去 16384 (0x4000),结果存储在寄存器 x9 中。这里 16384 是堆栈分配或调整的字节数。
    例子:
    如果 sp 的值是 0x8000,那么执行后 x9 的值将是 0x8000 - 0x4000 = 0x4000。

  3. str xzr, [x9, 3968]
    功能:将寄存器中的值存储到内存。
    解释:将寄存器 xzr(零寄存器,其值始终为 0)存储到以 x9 为基地址加上偏移 3968 字节处的内存位置。这实际上是在 x9 + 3968 的地址上写入 0。
    例子:
    如果 x9 的值是 0x4000,则会把 0 存储到内存地址 0x4000 + 3968 = 0x7C00。

  4. stp x29, x30, [sp, -128]!
    功能:将两个寄存器的值存储到堆栈,并更新堆栈指针。
    解释:将寄存器 x29 和 x30 的值存储到以 sp 为基地址减去 128 字节的内存位置,并将堆栈指针 sp 更新到 sp - 128 的位置。! 表示更新堆栈指针。
    例子:
    如果原来的 sp 是 0x7000,这条指令将 x29 和 x30 的值存储到 0x7000 - 128 = 0x6F80 地址,然后将 sp 更新为 0x6F80。

  5. mov x29, sp
    功能:将堆栈指针的值复制到寄存器。
    解释:将堆栈指针 sp 的当前值复制到寄存器 x29 中。通常用于设置帧指针,将其指向当前的堆栈位置。
    例子:
    如果 sp 的值是 0x6F80,执行后 x29 的值将被设置为 0x6F80。

这段 ARM 汇编代码负责从堆栈中加载多个寄存器的值,并最终返回到调用者。下面逐条解释这些指令:

  1. ldp x19, x20, [sp, 16]
    功能:从内存中加载两个寄存器的值。
    解释:从堆栈指针 sp 偏移 16 字节的地址开始,加载两个 64 位寄存器的值,分别存入寄存器 x19 和 x20。
    例子:
    如果 sp 的值是 0x5000,这条指令将从 0x5000 + 16 = 0x5010 的内存地址读取两个 64 位值,并将其存储到 x19 和 x20 中。

  2. cmp w24, w25
    功能:比较两个寄存器的值。
    解释:将寄存器 w24 和 w25 的值进行比较。此操作会设置条件标志,用于后续的条件分支指令。
    例子:
    比较 w24 和 w25 的值,结果将影响后续指令的条件跳转。

  3. cset w1, eq
    功能:设置寄存器的值。
    解释:如果条件标志中的 EQ(Equal,等于)被设置,则将寄存器 w1 设为 1;否则,设为 0。此指令用于基于上一个比较操作的结果设置寄存器值。
    例子:
    如果 w24 等于 w25,则 w1 的值将设置为 1;否则,设置为 0。

  4. cbz w0, .L1301
    功能:条件分支指令。
    解释:如果寄存器 w0 的值为零(cbz 代表 “compare and branch if zero”),则跳转到标签 .L1301 处执行。
    例子:
    如果 w0 的值是 0,程序将跳转到 .L1301 标签处。

  5. cbnz w1, .L1308
    功能:条件分支指令。
    解释:如果寄存器 w1 的值不为零(cbnz 代表 “compare and branch if not zero”),则跳转到标签 .L1308 处执行。
    例子:
    如果 w1 的值是 1,程序将跳转到 .L1308 标签处。

  6. blr x1
    功能:分支到寄存器指定的地址。
    解释:将程序执行的控制权转移到寄存器 x1 中存储的地址。这个指令常用于函数调用或跳转到计算得到的地址。
    例子:
    如果 x1 的值是 0x1000,这条指令会跳转到地址 0x1000 处执行。

  7. bne .L1391
    功能:条件分支指令。
    解释:如果条件标志中的 NE(Not Equal,不相等)标志被设置为 1(即上一个比较结果表明不相等),则跳转到标签 .L1391 处执行。
    例子:
    如果上一个比较操作的结果是不相等,程序将跳转到 .L1391 标签处。

  8. bls .L1300
    功能:条件分支指令。
    解释:如果条件标志中的 LS(Less than or Equal,小于或等于)标志被设置为 1(即上一个比较结果表明小于或等于),则跳转到标签 .L1300 处执行。
    例子:
    如果上一个比较操作的结果是小于或等于,程序将跳转到 .L1300 标签处。

  9. ccmp w24, w28, 0, eq
    功能:条件比较操作。
    解释:将寄存器 w24 和 w28 进行比较,但不会设置条件标志。该指令通常用于与条件分支指令配合使用,其中 0 表示不改变标志,eq 表示检查等于条件。
    例子:
    比较 w24 和 w28 的值,并检查它们是否相等,但不直接影响标志寄存器的状态。

  10. bcc .L1389
    功能:条件分支指令。
    解释:如果条件标志中的 CC(Carry Clear,进位标志清除)被设置为 1(即上一个比较结果表明小于),则跳转到标签 .L1389 处执行。
    例子:
    如果上一个比较操作的结果是小于,程序将跳转到 .L1389 标签处。

  11. ubfx x4, x4, 0, 48
    功能:从寄存器中提取无符号位域。
    解释:从寄存器 x4 中提取从位 0 开始的 48 位,并将结果存储回 x4。ubfx 代表 “unsigned bit field extract”。
    例子:
    如果 x4 的值是 0xFFFFF000,提取的结果将是 0xFFF000。

  12. prfm PLDL1KEEP, [x4]
    功能:数据预取。
    解释:预取缓存行以提高数据访问速度。PLDL1KEEP 表示将数据从 L1 数据缓存中保留到 L1 中,并从内存中读取。[x4] 指定了预取的地址。
    例子:
    如果 x4 的值是 0x2000,这条指令将从内存地址 0x2000 预取数据到 L1 数据缓存。

ARM 特色:条件指令

CCMP Xn, #imm, #nzcv, cond

  • 其中,cond 是说是否执行 CCMP 语句的比较操作的条件,cond 的内容来自 NZCV,也就是上一个算术操作的结果(手册里说得很不清晰)。
  • CCMP 输出的 flags = if cond then compare(Xn, #imm) else #nzcv

CCMP
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

所以

	cmp	    x1, 0 (转化成 x1 - 0 操作,会设置 NZCV标记)ccmp	w24, w28, 0, eq   (如果上一个cmp不满足 eq 条件,也就是说没有设置 z 标记,则不执行 w24 和 w28 的比较,但会强制把当前指令的 NZCV 标记设置成 0。否则,比较 w24 和 w28,并按照一般 cmp 规则设置 NZCV 标记)bcc	    .L1389  (根据 NZCV 标记决策跳转,bcc 表示如果 C 位被设置了,则跳转,即w24 >= w28 则跳转)

翻译成 C 语言的理解就是:

if (x1 == 0 && w24 >= w28) {
// jump
}

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