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标题: ARM V8中branch指令分类、格式与用法 [打印本页]

作者: look_w 时间: 2017-9-24 18:02 标题: ARM V8中branch指令分类、格式与用法

ARMv8虽然还没有出商用芯片，但是ARM内部已经有成型的模拟器了，其中ARMv8的Fast Models已经内测，虽然还没上市。目前已有ARMv8的Foundation Model可以用来测试ARMv8的应用程序。
一：ARMv8 Branch指令分类：

1、无条件分支+立即数：直接跳转到某地址，不能跳转到寄存器
指令有两个：”b label”  ”bl label”。在编译过程，编译器会将label翻译成立即数。
举例：编写汇编代码如下
main:
   label:  nop
   b label
   ret
编译并且反汇编后：
0000000000400510 <main>:
label():
  400510:    d503201f       nop
  400514:    17ffffff                      b    400510 <main>
   400518:    d65f03c0       ret

2、无条件分支+寄存器：
blr Xm：跳转到由Xm目标寄存器指定的地址处，同时将下一条指令存放到X30寄存器中。例如：blr  x20.
br    Xm：跳转到由Xm目标寄存器指定的地址处。不是子程序返回
ret    {Xm}：跳转到由Xm目标寄存器指定的地址处。是子程序返回。Xm可以不写，默认是X30.
3、条件分支：所有条件分支的跳转目标都是立即数！
ARMv8的条件分支写法：b.cond label。其中cond是条件码共十六个（EQ,NE,CS等等）

二：指令格式：
#################################################################################################
b ## mask: 0xfc000000 ##opcode: 0x14000000 ## ['ADDR_PCREL26']
|31|30|29|28|27|26|25|24|23|22|21|20|19|18|17|16|15|14|13|12|11|10|09|08|07|06|05|04|03|02|01|00|
imm26 after split: imm26
|0 |0 |0 |1 |0 |1 |A |A |A |A|A |A |A |A |A |A |A |A |A |A |A |A |A |A |A |A |A |A |A |A |A |A |
mask as follow:
|1 |1 |1 |1 |1 |1 |0 |0 |0 |0|0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |
A  - imm26
#################################################################################################
CSDN的编辑器不好，对不齐，以上是branch指令的opcode
三：用法及解析

另外，上面代码例子中，为什么b指令的base opcode是0x14000000，而“b label”指令翻译成二级制是0x17ffffff？？？
解答如下：
Branch指令是相对当前pc的分支指令。
1、在ARMv8中，相对于当前b指令向后跳转时，编译器生成指令的二进制encoding（即b指令最终生成的二进制代码）的过程如下：
向后跳转时，branch指令将除base opcode之外的位全部置一，然后做减法如下：
指令的Encoding = （0x14000000 | 0x03ffffff）—（当前b指令所在的指令地址—branch指令的目标地址）/4—1
即当前b指令地址与目标地址做差后整出4（因为是32位地址），再减一。
label():
  400510:    d503201f       nop
  400514:    17ffffff                      b    400510 <main>
   400518:    d65f03c0       ret
上面的例子中，b指令所在地址为400514，label所在的地址是400510（label只是个标签，不占用空间，其指示的是离自己最近的下一条指令地址），根据上述公式能得到encoding=0x17ffffff—(400514—400510)/4=0x17ffffff.

同理就能理解以下代码：

000000000040051c <label2>:
label2():
  40051c:    d503201f       nop
  400520:    d503201f       nop
  400524:    d503201f       nop
400528:    17fffffd    b    40051c <label2>
Encoding=0x17ffffff—（400528—40051c）/4—1= 0x17ffffff—2 = 17fffffd
2、理解了向后跳转，则向前跳转是同理的：
向前跳转时，branch指令将除base opcode之外的位全部置零，然后做加法如下：
指令的Encoding = （0x14000000 &0xfc000000）+（branch指令的目标地址—当前b指令所在的指令地址）/4

0000000000400510 <main>:
$x():
  400510:    14000003    b    40051c <label2>
  400514:    aa0203e1       mov x1, x2
  400518:    aa0203e1       mov x1, x2

000000000040051c <label2>:

Encoding=0x14000000 + （40051c—400510）/4 = 0x14000000 + 3=0x14000003

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