ARMv8架构与指令集_armv8 and指令

ARMv8架构与指令集

1. ARMv8寄存器体系

1.1 概述

​ ARMv8架构继承了ARMv7与之前处理器技术的基础，除了对现有的16/32bit的Thumb2指令支持外，也向前兼容了现有的A32(ARM 32bit)指令集，基于64bit的AArch64架构，除了新增A64(ARM 64bit)指令集外，也扩充了现有的A32(ARM 32bit)和T32(Thumb2 32bit）指令集，另外还新增加了CRYPTO(加密)模块支持。

1.2 特性

1. ARMv8提供了AArch32 state和AArch64 state两种Execution State

2. Exception Level

​ 2.1 ARMv8定义EL0-EL3共 4个Exception Level来控制PE的行为

​ 2.2 Exception Level & Security

1.3 寄存器

​ 在ARM64架构下，CPU提供了33个寄存器, 其中前31个（0~30）是通用寄存器 (general-purpose integer registers)，最后2个(31,32)是专用寄存器（sp寄存器和 pc 寄存器)。

2. Armv8指令集

2.1 汇编指令

​ ARM指令使用的是 三地址码 , 它的格式如下:

​ <opcode> {<cond>} {S} <Rd> , <Rn> , <shifter_operand>

• opcode：操作码，也就是助记符，操作码，也就是助记符，说明指令需要执行的操作类型

• cond：指令执行条件码，在编码中占4bit，0b0000 -0b1110

• S：条件码设置项,决定本次指令执行是否影响PSTATE寄存器响应状态位值

• Rd：目标寄存器，A64指令可以选择X0-X30 or W0-W30

• Rn：第一个操作数的寄存器，和Rd一样，不同指令有不同要求

• shifter_operand：第二个操作数，可以是立即数，寄存器Rm和寄存器移位方式（Rm，#shit）

2.2 指令分类

2.3 寻址方式

2.4 A64指令集

常用A64指令：

add

将某一寄存器的值和另一寄存器的值 相加 并将结果保存在另一寄存器中，如：

add x0, x0, #1    ; 将寄存器 x0 的值和常量 1 相加后保存在寄存器 x0 中
add x0, x1, x2    ; 将寄存器 x1 和 x2 的值相加后保存到寄存器 x0 中
add x0, x1, [x2]  ; 将寄存器 x1 的值加上寄存器 x2 的值作为地址，再取该内存地址的内容放入寄存器 x0 中
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mov

把一个寄存器的值(要能用立即数表示)赋给另一个寄存器，或者将一个常量赋给寄存器，将后边的量赋给前边的量，如：

mov R1, R0   		; 将寄存器R0的值传送到寄存器R1
mov PC, R14   		; 将寄存器R14的值传送到PC，常用于子程序返回
mov R1, R0, LSL#3	; 将寄存器R0的值左移3位后传送到R1（即乘8）
movs PC, R14		; 将寄存器R14的值传送到PC中，返回到调用代码并恢复标志位
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sub

sub指令用于把操作数1减去操作数2，并将结果存放到目的寄存器中。操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器，被移位的寄存器，或一个立即数。该指令可用于有符号数或无符号数的减法运算，如：

sub  R0, R1, R2           ;R0 = R1 - R2
sub  R0, R1, #256         ;R0 = R1 - 256
sub  R0, R2, R3, LSL#1    ;R0 = R2 - (R3 << 1)
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and

and指令用于在两个操作数上进行逻辑与运算，并把结果放置到目的寄存器中。操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器，被移位的寄存器，或一个立即数。该指令常用于屏蔽操作数1的某些位。如：

AND  R0, R0, #3           	;3(0011) 该指令保持R0的0、1位，其余位清零。
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stp

入栈指令（str 的变种指令，可以同时操作两个寄存器），如：

stp x29, x30, [sp, #0x10] 	; 将 x29, x30 的值存入 sp 偏移 16 个字节的位置
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ldp

出栈指令（ldr 的变种指令，可以同时操作两个寄存器)，如：

ldp x29, x30, [sp, #0x10]    ; 将 sp 偏移 16 个字节的值取出来，存入寄存器 x29 和寄存器 x30
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blr

跳转到 某寄存器 (的值)指向的地址（有返回），先将下一指令地址（即函数返回地址）保存到寄存器 lr (x30)中，再进行跳转，如：

blr x20       ; 先将下一指令地址（x20 指向的函数调用后的返回地址）保存到寄存器 lr 中，然后再调用 x20 指向的函数
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