ARM常用指令(2)

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算术与移位指令

加减法指令

  • add指令

  1. 立即数加法指令

    ARM文档描述如下

    ADD Wd|WSP, Wn|WSP, #imm{, shift} ; 32-bit

    ADD Xd|SP, Xn|SP, #imm{, shift} ; 64-bit

    这里要注意的是立即数的范围是0~4095，但是在实际过程中，写出这种语句编译运行也不会报错: \(add \enspace x0, \enspace x0, \enspace 4096\)

    使用汇编与反汇编来看看编译器如何处理的，具体的汇编反汇编命令，可以查看ARM常用指令（1） 中MOV指令讲解。

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    .arch armv8-a
    .text
    .align	3

    .global	test2
    test2:

        add x0, x0, #4095
        add x2, x2, #4096

        ret

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    main.o:     file format elf64-littleaarch64

    Contents of section .text:
     0000 e10300aa 204040f8 220440f9 00fc3f91  .... @@.".@...?.
     0010 42044091 c0035fd6                    B.@..._.

    Disassembly of section .text:

    0000000000000000 <test2>:
       0:   aa0003e1        orr     x1, xzr, x0
       4:   f8404020        ldur    x0, [x1,#4]
       8:   f9400422        ldr     x2, [x1,#8]
       c:   913ffc00        add     x0, x0, #0xfff
      10:   91400442        add     x2, x2, #0x1, lsl #12
      14:   d65f03c0        ret

    add x0, x0, #4095 实际上为 add x0, x0, #0xfff

    add x2, x2, #4096 实际上为 add x2, x2, #0x1, lsl #12

    但是如果写成 add x0, x0, #4097编译就会报错 immediate out of range

  2. 寄存器加法指令

    • 加法指令

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    add x0, x1, x2, UXTB
    // 类似的extend还有UXTB, UXTH, UXTW, UXTX, SXTB, SXTH, SXTW or SXTX.

    UXT*：零扩展

    SXT*：有符号扩展

    例如：

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    mov x1, #1
    mov x2, #0x108a
    add x0, x1, x2, UXTB       //(1)
    add x0, x1, x2, SXTB       //(2)

    // (1)式结果为0x8B，UXTB取x2寄存器低字节8A做零扩展，与x1寄存器立即数1相加，结果为8B
    // (2)式结果为0xFFFFFF8B，SXTB取x2寄存器低字节8A做有符号扩展，与x1寄存器立即数1相加，结果为FFFFFF8B

    • 移位加法指令

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    add x0, x1, x2, LSL 2

    32bit寄存器移位操作数范围为0~31

    64bit寄存器移位操作数范围为0~63

  • 减法指令

    减法指令与加法指令类似，也分为立即数减法指令，寄存器减法指令。

cmp指令

cmp指令内部调用subs指令实现

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cmp x1, x2

=>

subs    xzr, x1, x2

移位指令

  • LSL：逻辑左移，最高位丢弃，最低位补0
  • LSR：逻辑右移，最低位丢弃，最高位补0
  • ASR：算术右移，最高位符号扩展，最低位丢弃
  • ROR：循环右移，最低位移动到最高位
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ldr w1, =0x8000008a
// w1 二进制表示：0b10000000000000000000000010001010

asr w2, w1, 1
// 算术右移1位，高位按照有符号补充，低位丢弃
// w2 二进制表示：0b11000000000000000000000001000101，16进制表示为0xC0000045

lsr w3, w1, 1
// 逻辑右移1位，最低位丢弃，最高位补0
// w3 二进制表示为：0b01000000000000000000000001000101，16进制表示为0x40000045

lsl w4, w1, 1
// 逻辑左移1位，最高位丢弃，最低位补0
// w4 二进制表示为：0b00000000000000000000000100010100，16进制表示为0x114

ror w5, w1, 2
// 循环右移1位，最低位移动到最高位
// w4 二进制表示为：0b10100000000000000000000000100010，16进制表示为0xA0000022

位操作指令

  • 与操作
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and x0, x1, x2  // x1 = 6, x2 = 1 => x0 = 0

ands x0, x1, x2 // 影响pstate状态位，x1 = 6, x2 = 1 => x0 = 0
mrs x0, nzcv // x0 = 0x40000，表示z位置为1，说明ands置pstate中z位置为1
  • 或操作
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orr x0, x1, x2  // x1 = 6, x2 = 1 => x0 = 7
  • 异或操作
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eor x0, x1, x2  // x1 = 4, x2 = 1 => x0 = 5

异或操作真值表

0 ^ 0 0
0 ^ 1 1
1 ^ 0 1
1 ^ 1 0
  1. 0异或任何数为任何数本身
  2. 1异或任何数为任何数取反
  3. 任何数异或自己为0
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// 1. 实现位翻转
// 翻转0b10100001，第2、3位
10100001 ^ 00000110 = 10100111

// 2. 交换两数
// 交换 a = 10100001和b = 00000110
a = a^b // a = 10100111
b = b^a // b = 10100001
a = a^b // a = 00000110

// 3. 变量设置为0
eor x1, x1

// 4. 判断变量相等
(a ^ b) == 0
  • 位清除
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// 清除x0中第0、1和3位，保持其余的不变
mov x0, #0x1111
mov x1, #0x1011
bic x0, x0, x1 // x0 = 0x0100

以下为三个目前用的不多的指令

  • CLZ指令
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// 统计最高位1之前还有几个0
ldr x1, =0x1100000034578000 // x1 二进制为：0b0001000100000000000000000000000000110100010101111000000000000000
clz x0, x1
// x1 最高位为1是第60位，前面还有三个0，因此x0为3
  • BFI指令
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// 用作bit位插入

mov x0, #0
mov x1, #0x05
bfi x0, x1, #4, #4 //将x0 BIT[4:4+(4-1)]替换为x1[0:0+(4-1)]

// 实际上BFI会被替换成BFM，上述语句等价于下：
movz    x0, #0x0
movz    x1, #0x5
bfm     x0, x1, #60, #3

// 可用来将部分比特位清零
bfi x0, XZR, #0, #3
  • UBFX
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// 位提取指令
// UBFX 提取后无符号扩展
// SBFX  提取后有符号扩展

mov x1, 0x8a   //  x1 : 10001010
ubfx x0, x1, #4, #4   // x0 : 00001000
sbfx x0, x1, #4, #4   // x0 : 11111000