05_ARMv8_指令集_跳转_比较与返回指令
https://github.com/carloscn/blog/issues/10
05-ARMv8-指令集-跳转和比较指令
零计数指令CLZ
比较指令:CMP, CMN
跳转指令:B, BR, BL, BLR
条件选择指令:CSEL, CSET, CSINC
1. CLZ
计算最高为1的比特位前面有多少个0。例如, 0x0800 0000 0000 000F,前面是有4个0的(使用64位的寄存器),如果使用Wn寄存器,按照32位算。
CLZ
Define:
CLZ <Xd>, <Xn>
Example1:
clz x0, x1
[计算x1寄存器内的值最高位1的比特位前面有多少个0,并放入x0]
2. 比较指令
比较指令有CMP和CMN,CMP本质为:CMP x1, x2
-> x1 = x1 - x2
;CMN为负向比较:CMN x1, x2
->x1 = x1 + x2
。
2.1 CMP
NZC = a - b,根据不同的比较结果,来确定NZC的标志位,若x1 > x2, NCZV = 0100,若x1 = x2, NCZV = 0110,若x1 < x2, NCZV = 1000。
CMP (immediate):
Define:
CMP <Xd|SP>, #<imm>{, lsl <#shift>}
, note shift supports #0 and #12 only.Example1:
cmp x1, #8
(x1 = x2 - 8)Example2:
cmp x1, #8, lsl #12
( x1 = x2 - (8 << 12) )
CMP (shifted register):
Define:
CMP <Xd>, <Xm>{, <shift> #<amount>}
, note #amount range 0 to 63Note: LSL when shift = 0, LSR when shift = 1, ASR when shift = 2
Example1:
cmp x1, x2, asr #2
2.1 CMN
NZC = a + b,a和b如果加和为负数,N置位; a + b的和为0,Z置位;a + b溢出(两个负数相加),C置位。
CMN (extended register) :
Define:
CMN <Xd|SP>, <R><m>, {<extend> {#<amount>}}
Example1:
cmn x0, x1
( x0 = x0 - x1 )Example2:
cmn x0, x1, lsl #5
( x0 = x0 - (x1 << 5) )
CMN (immediate):
Define:
CMN <Xd|SP>, #<imm>{, lsl <#shift>}
, note shift supports #0 and #12 only.Example1:
cmn x1, #8
(x1 = x2 - 8)Example2:
cmn x1, #8, lsl #12
( x1 = x2 - (8 << 12) )
CMN (shifted register):
Define:
CMN <Xd>, <Xm>{, <shift> #<amount>}
, note #amount range 0 to 63Note: LSL when shift = 0, LSR when shift = 1, ASR when shift = 2
Example1:
cmn x1, x2, asr #2
对于CMN,根据实验有以下几种情况:
-0x01 > -0x0E
(-0x01) + (- 0x0E) = -0x0F
1
0
1
0 = 0
0 + 0 = 0
0
1
0
-0x0F < -0x01
(-0x0F) + (-0x01) = -0x10
1
0
1
0x0F > -0x01
(0x0F) + (-0x01) = 0x0E
0
0
1
-0x0F < 0x01
(-0x0F) + (0x01) = -0x0E
1
0
0
-0x01 < 0x01
(-0x01) + 0x01 = 0
0
1
1
2.3 Condition Codes
(CMP
and CMN
) Sets the condition flags to the result of a comparison if the original condition is true. If not true, the conditional flags are set to a specified condition flag state. The conditional compare instruction is very useful for expressing nested or compound comparisons.
Condition codes:
EQ
0b0000
Equal to.
Equal to.
Z =1
NE
0b0001
Not equal to.
Unordered, or not equal to.
Z = 0
CS
0b0010
Carry set (identical to HS).
Greater than, equal to, or unordered (identical to HS).
C = 1
HS
0b0010
Greater than, equal to (unsigned) (identical to CS).
Greater than, equal to, or unordered (identical to CS).
C = 1
CC
0b0011
Carry clear (identical to LO).
Less than (identical to LO).
C = 0
LO
0b0011
Unsigned less than (identical to CC).
Less than (identical to CC).
C = 0
MI
0b0100
Minus, Negative.
Less than.
N = 1
PL
0b0101
Positive or zero.
Greater than, equal to, or unordered.
N = 0
VS
0b0110
Signed overflow.
Unordered. (At least one argument was NaN).
V = 1
VC
0b0111
No signed overflow.
Not unordered. (No argument was NaN).
V = 0
HI
0b1000
Greater than (unsigned).
Greater than or unordered.
(C = 1) && (Z = 0)
LS
0b1001
Less than or equal to (unsigned).
Less than or equal to.
(C = 0) || (Z = 1)
GE
0b1010
Greater than or equal to (signed).
Greater than or equal to.
N==V
LT
0b1011
Less than (signed).
Less than or unordered.
N!=V
GT
0b1100
Greater than (signed).
Greater than.
(Z==0) && (N==V)
LE
0b1101
Less than or equal to (signed).
Less than, equal to or unordered.
(Z==1) || (N!=V)
AL
0b1110
Always executed.
Default. Always executed.
Any
NV
0b1111
Always executed.
Always executed.
Any
3. 条件选择指令
条件选择指令包括CSEL\CSET\CSINC三条指令,也是非常重要的指令。
3.1 CSEL
CSEL, 条件选择指令,如果cond为真,那么xd就是xn的值,否则就是xm的值。注意,为上面表格的值。
Define:
CSEL <Xd>, <Xn>, <Xm>, <cond>
Example1:
csel x1, x1, x2, EQ
-> 如果Z=1,x1维持原始值,否则x2给x1赋值Example2:
csel x1, x1, x2, MI
-> 如果N=1,x1维持原始值,否则x2给x1赋值
3.2 CSET
CSET, 条件置位指令,如果cond为真,那么xd就是1,否则就是0。注意,为上面表格的值。
Define:
CSET <Xd>, <cond>
Example1:
cset x1, EQ
-> 如果Z=1,x1是1, 否则为0Example2:
cset x1, MI
-> 如果N=1,x1是1, 否则为0
3.3 CSINC
CSINC,条件选择并增加指令 如果cond为真,那么xd就是xn的值,否则就是xm+1的值。注意,为上面表格的值。
Define:
CSINC <Xd>, <Xn>, <Xm>, <cond>
Example1:
csinc x1, x1, x2, EQ
-> 如果Z=1,x1维持x1, 否则为x2+1Example2:
csinc x1, x2, x3, MI
-> 如果N=1,x1为x2, 否则为x3+1
3.4 Example
用汇编实现下面的c代码:
分析拆解:
比较指令 a与0 的比较,a为0的时候 Z标志位可以使用,因此可以利用Z标识位条件EQ作为该分支的入口。
b + 2和b-1 分支分别有个运算操作数的动作,确定 +2 还是 -1 可以把 2和 -1 放在一个寄存器里面,由 csel来判断那个值。
4. 跳转与返回指令
B: b跳转指令, b 可以跳到PC ±128MB的范围, 不返回
B. : 使用跳转指令
b.<cond>
,xx为以上表格的指,不返回BR: 跳转到寄存器指定的地址处,不返回
BL:带返回地址的,PC±128MB, 用于跳转到子函数,返回地址为PC+4,设置到X30寄存器中。
BLX: 跳转到寄存器指定的地址处,可以返回。返回地址保存到X30寄存器,保存的是父函数的PC+4
RET: 从子函数返回,通常用X30里保存的返回地址返回。
ERET:从当前的异常模式返回,通常可以实现模式切换,例如EL1切换到EL0。它会从SPSR恢复PSTATE,从ELR中获取跳转地址,并返回到该地址。
Example:
新建一个汇编文件
创建一个bl_test的汇编函数,在该汇编函数中使用bl指令来跳转到csel_test汇编函数中
在kernel.c文件中,C语言调用该bl_test汇编函数。
分析:
调用顺序应该是main -----> bl_test -----> csel_test ---> ret, 如果使用bl指令跳转到csel_test中,csel_test返回之后 bl_test拿到的是csel_test返回地址PC,而且X30寄存器被修改为csel_test子函数的地址,如果把PC+4返回给main函数,main函数看到的是当前的PC+4,肯定是错误的。这个难点就在于bl跳转子函数之后的返回需要处理好,重置X30寄存器的地址的值。
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