04_ARMv8指令集-运算指令集 arm64

加法指令ADD、ADDS、ADCS
减法指令SUB、SUBS、SBC，SBCS，CMP
位操作AND, ANDS, ORR、EOR、BFI、UBFX、SBFX

1. 加法指令加法指令有ADD、ADDS、ADCS。 ADD一般性加法指令，ADCS带C标志位运算的加法指令，ADDS影响C标志位的加法运算。
1.1 ADD
a = a + b, 没有进位标志，也不会利用进位标志

ADD (extended register) :
- Define: ADD , , , { {#}}
- Example1: add x0, x1, x2 ( x0 = x1 + x2 )
- Example2: add x0, x1, x2, lsl #5( x0 = x1 + (x2 << 5) )
ADD (immediate):
- Define: ADD , , #{, lsl <#shift>}, note shift supports #0 and #12 only.
- Example1: add x1, x2, #8 (x1 = x2 + 8)
- Example2: add x1, x2, #8, lsl #12 ( x1 = x2 + (8 << 12) )
ADD (shifted register):
- Define: ADD , , {,#} , note #amount range 0 to 63
- Note: LSL when shift = 0, LSR when shift = 1, ASR when shift = 2
- Example1: add x1, x2, x3, asr #2

1.2 ADDS
(a,C) = a + b, 带进位标志的加法，用法和ADD一样
1.3 ADCS
(a,C) = a + b + C，带进位标志的加法，且需要加上C标志位，用法和ADD一样。注意，如果加法溢出的时候C标志位会置位为1，比如，a = 0xFFFFFFFFFFFFFFFF, b = 1，此时，加法溢出，C置位1。
1.4 ADR
a = b + PC, 当前程序的PC值加上给定的地址偏移

ADR
- Define: ADR ,
- Note, no 32-bit
- Note, range ±1MB, offset from the address of this instruction.
- Example01: adr x1, #25

1.5 关于查看C flag的方法
方法1：使用MSR/MRS指令

msr NZCV, xzr// clear the NZCV mrs x0, NZCV// 查看NZCV寄存器，NZCV在高位28 - 32 bits

方法2：使用ADCS的+C特性 adcs x0, zxr, xzr 让两个0寄存器相加 0+0+c就可以得到C标志位的值
2. 减法指令减法指令包含SBC，SBCS。请参考ARMv8手册，C6.2.231 C6-1299
2.1 SUB
a = a - b, 没有进位标志，也不会利用进位标志。使用方法和ADD一致。
2.2 SUBS
(a,N) = a - b, 会置标志位N。使用方法和SUBS一致，减成负数的时候，其余位置补1。
2.3 SBC
a = a - b - 1 + C

SBC (Subtract with Carry):
- Define: SBC , ,
- Example: sbc x0, xzr, xzr

2.4 SBCS
(a, N) = a - b - 1 + C，如果减出负数的话，N会被置位

SBC (Subtract with Carry, setting N flag):
- Define: SBCS , ,
- Example: sbcs x0, xzr, x1

2.5 CMP
比较指令，实际上也使用SBC实现的, cmp x1, x2

若x1 > x2, NCZV = 0100
若x1 = x2, NCZV = 0110
若x1 < x2, NCZV = 1000

Define 1: CMP , {, {#}}
Define 2: CMP , #{, }
Define 3: CMP , {,#}
Example:
* The function cmp_and_return_test:
* if a >= b return 1
* if a < b return 0

test_cmp: cmp x0, x1// if x0 >= x1,C is 1; if x0 < x1 C is 0 adcs x0, xzr, xzr // 0 + 0 + C

3. 位操作位操作包含AND, ANDS, ORR、EOR、BFI、UBFX、SBFX，分别是与、与置位标志位、或、异或、插入、无符号提取、有符号提取。
3.1 ORR
a = a | b;
Define 1: ORR , , #
Define 2: ORR , , {,#}

test_orr: // ORR test0xAA oor 0x55 = 0xFF //0xFF oor 0x00 = 0xFF //0xFF oor 0xFF = 0xFF //0x00 oor 0x00 = 0x00 mov x0, xzr mov x1, #0xAA mov x2, #0x55 orr x1, x1, x2mov x1, #0xFF orr x1, x1, xzrmov x1, #0xFF orr x1, x1, x1orr x1, xzr, xzrrettest_ubfx: // x1: 0000 0000 0000 0000->0000 0000 0000 1111 //^ //| // x2:0000 0000 1111 0000 mov x1, xzr mov x2, #0x00F0 ubfx x1, x2, #0x4, #0x4// x1: 0000 0000 0000 0000->1111 1111 1111 1111 //^ //| //1000 0000 1111 0000 mov x1, xzr mov x2, #0x80F0

3.2 EOR
a = a ^ b;
Define 1: EOR , , #
Define 2: EOR , , {,#}

test_eor: // test 2 exchange the value x1 = 0x07, x2 = 0xAA // using the orr, just use two register. // x1 = x1^x2 // x2 = x2^x1 // x1 = x1^x2 ldr x1, =0x07 ldr x2, =0xAA eor x1, x1, x2 eor x2, x2, x1 eor x1, x1, x2 ret

几个EOR的小技巧：

翻转某些位: 比如把右数第0位到第3位翻转： 1010 1001 ^ 0000 1111 = 1010 0110
交换数值： a=a^b; b=b^a; a=a^b，不借助第三个变量
置0： a^a
判断相等 a^b == 0

3.3 AND
3.3.1 AND a = a & b;
Define 1: AND , , #
Define 2: AND , , {,#}

msr NZCV, xzr// clear the NZCV ldr x1, =0xAA ldr x2, =0x0 // test AND, no Z flag. x1 = x1&x2 and x1, x1, x2 mrs x0, NZCV

3.3.2 ANDS (a, z) = a & b. 如果a和b与的结果为0，z flag置位

// test ANDS, z flag, if the result is 0, Z is 1 msr NZCV, xzr// clear the NZCV mov x0, xzr ldr x1, =0xAA ands x1, x1, x2 mrs x0, NZCV

3.4 BFI
Define 1: BFI , , #, #
从Xn寄存器里面从低位开始，插入到Xd寄存器从#开始，#长度。
读取Xn寄存器的低位开始计算，插入到Xd寄存器从#开始，#长度。这个没有办法控制Xd的位置，只能从Xd的最低位开始。

test_bfi: // 0000 0000 0000 1010 //| //V //0000 0000 0000 0000->0000 1010 0000 0000 ldr x1, =0x000A mov x2, xzr bfi x2, x1, #0x8, #0x4// 0000 0000 0000 1010 //| //V //0000 0101 0000 0000->0000 1010 0000 0000 ldr x1, =0x000A mov x2, #0x0500 bfi x2, x1, #0x8, #0x4ret

3.5 UBFX/SBFX
Define: UBFX , , #, #
Define: SBFX , , #, #
读取Xn寄存器的#开始，#长度开始计算，替换到Xd寄存器低位的位置#长度。这个没有办法控制Xd的位置，只能从Xd的最低位开始。 SBFX是有符号的，替换之后Xd 其他位0变为1。

// x1:0000 0000 1111 0000 //| //V // x2: 0000 0000 0000 0000->0000 0000 0000 1111mov x1, #0x00F0 mov x2, xzr ubfx x2, x1, #0x4, #0x4//1000 0000 1111 0000 //| //V // x1: 0000 0000 0000 0000->1111 1111 1111 1111 mov x1, #0x80F0 mov x2, xzr sbfx x2, x1, #0x4, #0x4

文章图片

Ref [1] Arm Armv8-A Architecture Registers-NZCV, Condition Flags
[2] ARM Cortex-A Series Programmer's Guide for ARMv8-A - Arithmetic and logical operations
[2] ARM架构（三）ARMv8 Programm Model Overview
【04_ARMv8指令集-运算指令集】[3] [ARMv8官方手册学习笔记(三)：寄存器](