ARM64 指令用法学习整理_cbz指令

1. CBZ

当我们谈论ARM64指令集时，CBZ（Compare and Branch on Zero）是一种条件分支指令。它用于在寄存器上进行比较，并且如果该寄存器的值为零，则跳转到指定的标签或地址。

CBZ指令的基本语法如下：

CBZ <寄存器>，<标签>
其中，<寄存器>是一个通用寄存器（例如X0、X1等），而<标签>是跳转的目标标签或地址。

CBZ指令执行的操作如下：

比较寄存器中的值是否为零。
如果寄存器的值为零，则根据指定的标签或地址进行无条件跳转，程序继续执行跳转后的那条指令。
如果寄存器的值不为零，则程序继续顺序执行下一条指令。
下面是一个示例代码段，演示了如何使用CBZ指令：

CBZ X0, Label     ; 如果X0的值为零，跳转到Label标签处
...               ; 如果X0的值不为零，继续执行下一条指令
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Label:
… ; 如果X0的值为零，从此处开始执行
在上述示例中，如果寄存器X0的值为零，则会跳转到标签Label处执行相应的代码；否则，程序将继续执行下一条指令。

值得注意的是，CBZ指令用于判断寄存器值是否为零，它不会修改寄存器的值。因此，在使用CBZ指令前，需要确保寄存器中的值已经被正确赋值。

2. adrp

ADRP指令的基本语法如下：

ADRP <寄存器>, <标签>
其中，<寄存器>是一个通用寄存器（例如X0、X1等），而<标签>是一个数据或代码段的标签。

ADRP指令执行的操作如下：

计算<标签>相对于当前指令的地址偏移量。
将地址偏移量的高32位部分（29至0位）左移12位，并存储到指定的<寄存器>中。
低12位将被清零。这是因为ARM64指令集的访存操作要求地址必须在4字节对齐上。
以下是一个示例代码段，演示了如何使用ADRP指令：

ADRP X0, Label     ; 将Label标签的地址的高32位存储到X0寄存器中
...                ; 执行其它指令
LDR X1, [X0, #Offset]   ; 加载Label标签地址加上偏移量Offset处的数据到X1寄存器中
...
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Label:
…
在上述示例中，ADRP指令将Label标签的地址的高32位存储到X0寄存器中。然后，通过LDR指令从X0寄存器加上偏移量Offset处加载数据到X1寄存器中。

ADRP指令的主要目的是加载全局数据或代码段的地址高位，以便进行跳转、访问全局变量或执行函数等操作。通过ADRP指令和后续的LDR指令，可以实现更灵活的地址计算和访存操作。

在Linux内核启动代码primary_entry中，使用adrp指令获取Linux内核在内存中的起始页地址，页大小为4KB，由于内核启动的时候MMU还未打开，此时获取的Linux内核在内存中的起始页地址为物理地址。
adrp通过当前PC地址的偏移地址计算目标地址，和实际的物理无关，因此属于位置无关码。

[arch/arm64/kernel/head.S]
SYM_CODE_START(primary_entry)
    ......
	adrp	x23, __PHYS_OFFSET
	and	x23, x23, MIN_KIMG_ALIGN - 1  // KASLR offset, defaults to 0
    ......
SYM_CODE_END(primary_entry)

[arch/arm64/kernel/head.S]
#define __PHYS_OFFSET	KERNEL_START  // 内核的物理地址
[arch/arm64/include/asm/memory.h]
// 内核的起始地址和结束地址在vmlinux.lds链接脚本中定义
#define KERNEL_START    _text         // 内核代码段的起始地址，也即内核的起始地址
#define KERNEL_END		_end          // 内核的结束地址

[arch/arm64/include/asm/memory.h]
/*
 * Alignment of kernel segments (e.g. .text, .data).
 *
 *  4 KB granule:  16 level 3 entries, with contiguous bit
 * 16 KB granule:   4 level 3 entries, without contiguous bit
 * 64 KB granule:   1 level 3 entry
 */
#define SEGMENT_ALIGN		SZ_64K

[include/linux/sizes.h]
#define SZ_64K				0x00010000
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adrp指令根据PC的偏移地址计算目标页地址。
首先adrp将一个21位有符号立即数左移12位，得到一个33位的有符号数（最高位为符号位），接着将PC地址的低12位清零，这样就得到了当前PC地址所在页的地址，然后将当前PC地址所在页的地址加上33位的有符号数，就得到了目标页地址，最后将目标页地址写入通用寄存器。
此处页大小为4KB，只是为了得到更大的地址范围，和虚拟内存的页大小没有关系。
通过adrp指令，可以获取当前PC地址±4GB范围内的地址。
通常的使用场景是先通过adrp获取一个基地址，然后再通过基地址的偏移地址获取具体变量的地址。

3. adr_l

adr_l是Linux内核定义的一个宏，用于获取基于PC相对偏移+/- 4 GB内的符号地址。在内核上下文中，使用adrp和add指令获取符号地址，而在内核模块上下文中，使用mov指令获取符号地址。

	[arch/arm64/include/asm/assembler.h]
	.macro	adr_l, dst, sym
#ifndef MODULE  /* 内核上下文中 */
	adrp	\dst, \sym  /* 获取符号所在页的基地址 */
	/* :lo12:\sym - 获取符号sym的低12位地址。
	   符号所在页的基地址加上低12位地址就得到符号的完整地址 */
	add	\dst, \dst, :lo12:\sym
#else  /* 内核模块上下中 */
	/* 将符号的bit[64:48]地址加载到dst寄存器中，同时做
	   overflow check，其他位清零 */
	movz	\dst, #:abs_g3:\sym
	/* 将符号的bit[47:32]地址加载到dst寄存器中，不做
	   overflow check，其他位保持不变 */
	movk	\dst, #:abs_g2_nc:\sym
	/* 将符号的bit[31:16]地址加载到dst寄存器中，不做
	   overflow check，其他位保持不变 */
	movk	\dst, #:abs_g1_nc:\sym
	/* 将符号的bit[15:0]地址加载到dst寄存器中，不做
	   overflow check，其他位保持不变 */
	movk	\dst, #:abs_g0_nc:\sym
#endif
	.endm
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4. adr

adr指令根据PC的偏移地址计算目标地址。偏移地址是一个21位的有符号数，加上当前的PC地址得到目标地址。adr可以获取当前PC地址±1MB范围内的地址。下面是adr指令的编码格式。立即数占用21位。
以上是adr族三条指令用法参看了大神 业余程序员plus的分析，欲知详情，请戳原文链接：ARMv8汇编指令-adrp、adr、adr_l

5. blr

blr是ARM64指令集中的一条指令，用于返回到调用函数的地址并跳转到该地址执行。

blr指令的基本语法如下：

blr <寄存器>
其中，<寄存器>是一个通用寄存器（例如X0、X1等），它包含了调用函数的地址。

当执行到blr指令时，它会将寄存器中保存的地址作为返回地址，并跳转到该地址继续执行代码。这实现了函数调用的返回操作。通常，在函数调用完成后，使用blr指令返回到调用者的地址，以便程序继续执行下一条指令。

需要注意的是，blr指令只能在AArch64的执行状态下使用，不可用于AArch32代码。另外，返回地址由寄存器提供，因此寄存器中保存的地址应正确地指向调用函数的位置，否则可能导致未定义的行为或异常。

请注意，在实际的代码中，通常会有一系列先前的操作来设置返回地址，并且blr指令的使用方法可能因编程语言和上下文而有所不同。

BL 和 BLR 执行结果是将 PC 寄存器值的下一个值（也就是PC+8）放到链接寄存器 LR中， 然后将目的子程序的地址放到 PC 中。 BLR的结果 与 BL类似，但是新的PC的值是从特定的寄存器(如x2)取得。。例如：blr x2
【ARM 常见汇编指令学习 1 – 跳转指令 BL 与 BLR 区别】
举一反三：B指令只是单纯的跳转到目标地址执行（单程式/一去不复返式跳转）
BL 和 BLR 指令 跳转到目标地址执行完后，还会回到链接寄存器LR中保存的地址。

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麻烦帮忙详细讲解下arm64指令

以上部分内容来自ChatGPT