PowerPC彙編指令集簡析 1

在了解powerpc彙編指令前，需要先看下程式設計所用的暫存器模型，powerpc系統結構為大多數運算指令都定義了register-register的操作，這些操作的源運算元從暫存器取得，或作為嵌入指令操作碼中的立即數提供。這裡的e300核可分為使用者程式設計模型和管理員程式設計模型，該模型有32個gpr、32個fpr、特殊目的暫存器spr和一些功能暫存器，下圖為二者的示意圖：

上面這些暫存器可能不太好理解，因為名字和intel彙編不一樣，其實，可以這樣理解，gpr就相當於eax/ebx/ecx，而ctr則完全就是ecx的功能，是吧?區別就是沒有堆疊而已咯。cr被分為8段，每段4位，分別代表lt、gt、eq和so(小於、大於、等於和溢位)；lr用於記錄跳轉位址；特殊暫存器xer用於記錄溢位和進製標誌；fpscr用於記錄浮點運算型別和異常等。

再看下指令集，大部分的cpu指令集可分為：資料讀寫、數值計算、流程控制和裝置管理四個部分，由於powerpc使用risc，指令字長為32bit，endian一般是可調的，預設為大端，另外，powerpc沒有棧，所以程式需要自己實現相關操作。首先為運算和邏輯指令，列舉如下：

它們與通用暫存器有關，源資料來自gpr 或16 位立即數，目的是gpr 暫存器，操作為32 位，gpr 中存放32 位更新資料。大多數指令都可以根據字面意思理解其作用，注意還有乙個「cntlzw」指令，意為計算字中的第乙個0，用於在乙個字中找到1時將乙個指令中的0的數量找出，它在決定例外暫存器中最高優先服務時有用。

下面是資料讀寫指令，它們對資料在儲存器中核通用暫存器中的傳送很有用，若資料小於傳送長度(單字，半字或位元組)，指令會使資料變位為32位，將不同位填0或符號擴充套件。指令列舉如下：

這裡需要注意的是上面列舉的lbz和lhz兩個指令並不完全等同於mov al,[ebx]和mov ax,[ebx+10]這兩個，因為前面兩個是將位元組和半字載入到r3時還清空了高位，而後兩條指令只是載入資料到eax，並不會清空高位。

另外，還有兩個指令sthbrw和stwbrx，對powerpc訪問小端格式資料很有用，它們允許訪問這樣的資料，若資料以小端順序進入匯流排，就把它存為大端順序。

好了，現在來詳細看下賦值指令，下面是最常見的賦值**：

lis r3,0x1234

addi r3,r3,0x5678

這段**的含義是將0x12345678載入到暫存器r3中。因為在risc下，powerpc的每條指令都是32bit，除去指令和暫存器引數編碼，只剩下16bit的長度描述立即數，如立即數載入指令li：

這樣立即數simm只有16位，所以需要兩次載入，使用lis(立即數載入並左移)和addi(立即數加法)兩條指令完成。

再看下powerpc不同的子程式呼叫：

func:       /* 子程式入口 */
blr     /* 返回(跳轉到lr位址) */
start:      
bl func   /* 呼叫func(跳轉並儲存位址到lr) */
li r1,1   /* 設定r1、r3 */
li r3,1  
sc        /* 系統呼叫，結束程式 */

這裡的呼叫由powerpc使用lr暫存器完成，在bl指令跳轉前，下一條指令li r1,1的位址會被儲存在lr，而執行的func中的blr時，系統會跳到lr表示的位址，完成返回。

再來介紹下特殊暫存器的操作指令，它們可以完成特殊用途暫存器之間和通用暫存器之間的資料交換，不可以直接對特殊用途暫存器中的值進行處理，但是，可以將乙個值先拷貝到乙個通用暫存器上處理，再將資訊存到特殊用途暫存器上。下面是指令集合：

這裡回顧下，powerpc裡沒有堆疊，那用什麼實現模擬呢？看下面的例子：

f1: mflr r2 /*儲存lr中記錄的位址到r2*/ stw r2,-8(r1) /*記錄r2的值到mem[r1-8]*/ addi r1,r1,-60 /*r1後移60個位元組，完成進棧操作*/ ...addi r1,r1,60 /*r1前移60個位元組，準備出棧*/ lwz r2,-8(r1) /*讀出老的lr值到r2*/ mtfr r2 /*將r2的內容複製到lr*/ blr /*返回(跳轉到lr位址)*/ start: ...bl f1 /*呼叫f1(跳轉並保持位址到lr)*/

看到了吧，雖然沒有提供棧的相關指令(push/pop/call/ret)，但應用程式可以用r1模擬棧指標，實現多層呼叫對lr的記錄和恢復。

前面說了，powerpc指令為32位長，指令內僅有16位用於載入常量值，由於位址最多可達到64位，所以我們可以採用每次一段的方式載入位址，匯程式設計序中的@符號指示匯程式設計序給出乙個符號值的特殊處理形式：@highest：表示乙個常量的第48-63位；@higher：表示乙個常量的第32-48位；@h：16-31位；@l：0-15位。

下面是我們的乙個稍大點的powerpc匯程式設計序總結下上面的指令集，實現的功能就是載入兩個值並相加，最後退出，以結果為狀態**輸出。**如下：

#sum.s，第乙個powerpc匯程式設計序 .data .align 3 #此處裝載兩個值 first_value: .quad 1 second_value: .quad 2 #寫」.opd」(official procedure descriptor) .section 「.opd」,」aw」 .align 3 #._start的程式描述符，即為程式名 .global _start _start: .quad .start, .toc.@tocbase,0 #._text為程式**段 .text ._start: #裝載位址高位 lis r7,first_value@highest ori r7,r7,first_value@higher #shift these up to the high-order bits rldier r7,r7,32,31 #裝載位址低位 oris r7,r7,first_value@h ori r7,r7,first_value@l #將第乙個值載入暫存器4 ld r4,0(r7) lis r7,second_value@highest ori r7,r7,second_value@higher rldicr r7,r7,32,31 oris r7,r7,second_value@h ori r7,r7,second_value@l ld r5,0(r7) #二者相加並存到暫存器6 add r6,r4,r5 #程式退出 li 0,1 #暫存器0為系統呼叫 mr r3,r6 #將結果移到暫存器3中 sc #對核心進行系統呼叫

PowerPC彙編指令集簡析 1

彙編指令集

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