PPC汇编培训资料.doc

. 本文主要描述PPC的整数运算和跳转方面的指令，不涉及浮点数和系统指令如MMU、Cache、Exception等。PPC的由来1991年，IBM、Motorola、Apple联合定义了PowerPC 架构。PowerPC的主要特点有:采用RISC技术，同时引入少量复杂指令。这样降低计算机硬件设计复杂性,但对编译器和操作系统的要求更高；应用并行指令(超标量)处理技术. 指令集和CPU硬件协调发展,编译器可以更好地调整指令, 发挥超标量处理的性能；汇编指令集和编程语言结合得更好。CISC是早先内存受限的条件下发展的, 因为复杂的指令带来代码的减少.但目前内存已经不是关键问题,解码复杂和执行时间长成了指令处理的瓶颈.另外，IBM Berkely Stanford研究表明,如果指令集简单且大部分在一个周期内完成,运算性能会提高。因此采用RISC技术，可以降低指令复杂度，达到path length和cycle time number of cycles的平衡.相关背景资料：/books/proc/ppc/cwg/intro.html 详细介绍了PPC结构下编译器的指令调整技术。PPC寄存器描述为了方便指令流水线处理，PPC的汇编指令是等宽的，均为4字节，所以指令地址一定是4字节对齐的。PPC的一个特点是定义了大量的通用寄存器，如用于整数运算和寻址的通用寄存器GPR0-GPR31(General-Purpose Registers)共32个。在ABI(Application Binary Interface)规范中，GPR1用于堆栈指针、GPR3-GPR4用于函数返回值、GPR3-GPR10用于函数参数传递。用于浮点数运算的FPR0-FPR31(Floating-Point Registers)共32个，本文不做描述。状态寄存器CR(Condition Register)，用于反映运算结果、跳转判断条件等。分为如下8组：每组4位，分别为LT(小于)、GT(大于)、EQ(等于)、SO(Summary overflow)。CR0默认反映整数运算结果、CR1默认反映浮点数运算结果。SO比较特殊，是XER寄存器SO位的拷贝。对于比较指令，很容易理解LT、GT、EQ的含意；对于算术运算指令，结果为负数则为LT、正数GT、0为EQ。 XER寄存器，反映运算过程的异常信息：OV溢出；SO是溢出保存，一旦发生溢出OV置位后，SO也置位，除非指令清除之；CA进位。Link Register 用于保存跳转指令的返回地址，也可以用于指定跳转的目标地址。Counter Register 用于条件跳转时，进行减1判断非0或为0的条件，也可以用于指定跳转的目标地址。PPC汇编语言说明学习汇编可以提高一些调试效率，如在线修改代码：清除某一段代码、修改特定地址的常量、不执行某个函数、跳转到另一个函数等等。学习汇编还可以深入理解编译器的实现，确认汇编实现和编程目的相同，对代码的正确性从另一个角度加以保证。对于PPC的目编文件，可以用此命令：D:Torandoppc20hostx86-win32binobjdumpppc -debugging -D -l -t -show-raw-insn %1.o %1.txt 得到包含反汇编后的文件。如：TestFunc3():D:FP8270de-2005-0613-1621default/D:/FP8270/FPS/src/FpsFpProc/source/Test.c:1800000010 a8 63 00 00 lhar3,0(r3)00000014 4e 80 00 20 blr这样方便研读由c语言生成的汇编程序。PPC一般采用大尾字节序，所以与X86相反，约定bit0为MSB、bit31为LSB。PPC汇编中，WORD为32位，HALF WORD 为16位，BYTE为8位。 此外为方便学习PPC汇编，这里提供了一个小程序，用于显示汇编指令码的各个字段。内存加载和保存指令通过寄存器立即数方式间接寻址：相关Load Mem指令：lbz、lbzu、lha、lhau、lhz、lhzu、lwz、lwzu指令格式:lbz 指令名称操作码英文解释中文解释lbz34Load Byte and Zero加载字节，目标寄存器的高三字节清零。lbzu35Load Byte and Zero with Update除了lbz的功能外，EArA，所以rA = 0或者rA = rD时，该指令无效。lha42Load Half Word Algebraic加载双字节，目标寄存器的高双字节由加载的双字节最高BIT填充，即符号扩展。lhau43Load Half Word Algebraic with Update除了lha功能外，EArA，所以rA = 0或者rA = rD时，该指令无效。lhz40Load Half Word and Zero加载双字节，高16位清零。lhzu41Load Half Word and Zero with Update除了lhz的功能外，EArA，所以rA = 0或者rA = rD时，该指令无效。lwz32Load Word and Zero加载四字节。lwzu33Load Word and Zero with Update除了lwz功能外，EArA，所以rA = 0或者rA = rD时，该指令无效。相关Store Mem指令：stb、stbu、sth、sthu、stw、stwu指令格式:指令名称操作码英文解释中文解释stb38Store Byte保存寄存器低8位到内存。stbu39Store Byte with Update除了stb的功能外，EArA，所以rA = 0时，该指令无效。sth44Strore Half Word保存寄存器低16位到内存。sthu45Store Half Word with Update除了sth的功能外，EArA，所以rA = 0时，该指令无效。stw36Store Word保存寄存器到内存。stwu37Store Word with Update除了stw的功能外，EArA，所以rA = 0时，该指令无效。寄存器寄存器间接寻址：相关Load Mem指令：lbzx、lbzux、lhax、lhaux、lhzx、lhzux、lwzx、lwzux指令名称操作码子操作码英文解释中文解释lbzx3187Load Byte and Zero Indexed加载字节，目标寄存器的高三字节清零。lbzux31119Load Byte and Zero with Update Indexed除了lbzx的功能外，EArA，所以rA = 0或者rA = rD时，该指令无效。lhzx31279Load Half Word and Zero Indexed加载双字节，高16位清零。lhzux31311Load Half Word and Zero with Update Indexed除了lhzx的功能外，EArA，所以rA = 0或者rA = rD时，该指令无效。lhax31343Load Half Word Algebraic Indexed加载双字节，目标寄存器的高双字节由加载的双字节最高BIT填充，即符号扩展。lhaux31375Load Half Word Algebraic with Update Indexed除了lhax功能外，EArA，所以rA = 0或者rA = rD时，该指令无效。lwzx3123Load Word and Zero加载四字节。lwzux3155Load Word and Zero with Update除了lwz功能外，EArA，所以rA = 0或者rA = rD时，该指令无效。相关Store Mem指令：stbx、stbux、sthx、sthux、stwx、stwux指令格式:指令名称操作码子操作码英文解释中文解释stbx31215Store Byte Indexed保存寄存器低8位到内存。stbux31247Store Byte with Update Indexed除了stb的功能外，EArA，所以rA = 0时，该指令无效。sthx31407Strore Half Word Indexed保存寄存器低16位到内存。sthux31439Store Half Word with Update Indexed除了sth的功能外，EArA，所以rA = 0时，该指令无效。stwx31151Store Word Indexed保存寄存器到内存。stwux31183Store Word with Update Indexed除了stw的功能外，EArA，所以rA = 0时，该指令无效。算术运算指令：寄存器与立即数间运算：指令名称操作码英文解释中文解释addi14Add ImmediaterA|0 与立即数相加，赋给rD。减立即数只要SIMM为负数即可。addic12Add Immediate CarryingrA 与立即数相加，赋给rD。减立即数只要SIMM为负数即可。还更新XER的CA位。addic.13Add Immediate Carrying and Record除addic功能外，还更新CR0的LT、GT、EQ、SO位。addis15Add Immediate ShiftedrA|0 + SIMM|0X0000 -rDsubfic08Sub From Immediate CarryingSIMM-rA 赋给rD，还更新XER的CA位。mulli07Multiply Low Immediate有符号乘法，rA * SIMM的低32位赋给rD。寄存器与寄存器间运算：指令名称操作码子操作码英文解释中文解释add add.addo addo.31266AddrA+rB-rD，如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)，如果OE=1，还更新XOR的SO、OV。subfsubf.subfosubfo.3140Subtract FromrB-rA-rD，如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)，如果OE=1，还更新XOR的SO、OV。addc addc.addco addco.3110Add CarryingrA+rB-rD，更新XER的CA位，如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)，如果OE=1，还更新XOR的SO、OV。subfcsubfc.subfcosubfco.318Subtract From CarryingrB-rA-rD，更新XER的CA位，如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)，如果OE=1，还更新XOR的SO、OV。addeadde.addeoaddeo.31138Add ExtendedrA+rB+XER(CA)-rD，如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)，如果OE=1，还更新XOR的SO、OV。subfesubfe.subfeosubfeo.31136Subtract from ExtendedrB + rA + XER(CA)-rD，如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)，如果OE=1，还更新XOR的SO、OV。mullwmullw.mullwomullwo.31235Multiply Low WordrA * rB 的低32位赋给rD，如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)，如果OE=1，还更新XOR的SO、OV。mulhwmullhw.3175Multiply High WordrA * rB 的高32位赋给rD，如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)，OE固定为0。mulhwumullhwu.3111Multiply High Word Unsigned无符号数乘法， rA * rB 的高32位赋给rD，如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)，OE固定为0。divwdivw.divwodivwo.31491Divde WordrA/rB-rD，如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)，如果OE=1，还更新XOR的SO、OV。divwudivwu.divwuodivwuo.31459Divde Word Unsigned无符号数除法，rA/rB-rD，如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)，如果OE=1，还更新XOR的SO、OV。指令名称操作码子操作码英文解释中文解释addmeaddme.addmeo addmeo.31234Add to Minus One ExtendedrA+XER(CA)-1-rD，更新XER（CA），如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)，如果OE=1，还更新XOR的SO、OV。subfmesubfme.subfmeosubfmeo.31232Subtract from Minus One ExtendedrA+XER(CA)-1-rD，更新XER（CA），如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)，如果OE=1，还更新XOR的SO、OV。addzeaddze.addzeoaddzeo.31202Add to Zero ExtendedrA+XER(CA)-rD，更新XER（CA），如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)，如果OE=1，还更新XOR的SO、OV。subfzesubfze.subfzeosubfzeo.31200Subtrace from Zero ExtendedrA+XER(CA)-rD，更新XER（CA），如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)，如果OE=1，还更新XOR的SO、OV。negneg.negonego.31104Negate-rA-rD，如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)，如果OE=1，还更新XOR的SO、OV。比较指令：寄存器与立即数比较：指令名称操作码英文解释中文解释cmpi11Compare ImmediaterA与有符号数SIMM比较，结果存入指定的CR寄存器中07组之一组。在32位应用下，L为1是无效指令。cmpli10Compare Logical ImmediaterA与无符号数UIMM比较，结果存入指定的CR寄存器中07组之一组。在32位应用下，L为1是无效指令。寄存器与寄存器比较：指令名称操作码子操作码英文解释中文解释cmp310ComparerA与rB比较，结果存入指定的CR寄存器中07组之一组。在32位应用下，L为无关位。cmpl3132Compare LogicalrA与rB都作为无符号数比较，结果存入指定的CR寄存器中07组之一组。在32位应用下，L为1是无效指令。整数的逻辑运算指令：寄存器与立即数运算：指令名称操作码英文解释中文解释andi.28And ImmediaterS & UIMM -rA，更新CR0(LT、GT、EQ、SO)。andis.29And Immediate ShiftedrS & (UIMM rA，更新CR0(LT、GT、EQ、SO)。ori24OR ImmediaterS | UIMM -rAoris25OR Immediate ShiftedrS | (UIMM rAxori26XOR ImmediaterS UIMM -rAxoris27XOR Immediate ShiftedrS (UIMM rA寄存器与寄存器的逻辑运算：指令名称操作码子操作码英文解释中文解释andand.3128ANDrS & rB -rA，如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)。oror.31444ORrS | rB -rA，如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)。xorxor.31316XORrS rB -rA，如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)。nandnand.31476NAND(rS & rB)-rA，如果Rc=1，还更新CR0 (LT、GT、EQ、SO)。nornor.31124NOR(rS | rB) -rA，如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)。eqveqv.31284Equivalent(rS rB -rA)，相当于BIT位相等则为1，如果Rc=1，还更新CR0 (LT、GT、EQ、SO)。andcandc.3160AND with ComplementrS & (rB) -rA，如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)。orcorc.31412OR with ComplementrS | (rB) -rA，如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)。单寄存器操作：指令名称操作码子操作码英文解释中文解释extsbextsb.31954Extend Sign ByterS的低8位做符号扩展，赋给rA。 如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)。extshextsh.31922Extend Sign Half WordrS的低16位做符号扩展，赋给rA。 如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)。cntlzwcntlzw.3126Count Leading Zeros Word从rS的最高位开始，统计rS的连续为0的BIT数，赋给rA。 如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)。整数循环移位和移位指令：整数循环移位指令：指令名称操作码英文解释中文解释rlwinmrlwinm.21Rotate Left Word Immediate then And with MaskrS循环左移SH位，再保留MB和ME之间的位，其他位清零，把结果赋给rA。如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)。rlwimirlwimi.20Rotate Left Word Immediate then Mask InsertrS循环左移SH位，再保留MB和ME之间的位，其他位仍为rA的位，把结果赋给rA。如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)。指令名称操作码英文解释中文解释rlwnmrlwnm.23Rotate Left Word then And with MaskrS循环左移rB(取rB的低5位)位，再保留MB和ME之间的位，其他位清零，把结果赋给rA。如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)。整数移位指令：指令名称操作码子操作码英文解释中文解释slwslw.3124Shift Left WordrS左移rB(取rB的低5位,Bit27-Bit31)位， 右边空出的位清零，如果rB的Bit26为1，则rS全部移出，把移位结果赋给rA。如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)。srwsrw.31536Shift Right WordrS右移rB(取rB的低5位,Bit27-Bit31)位， 左边空出的位清零，如果rB的Bit26为1，则rS全部移出，把移位结果赋给rA。如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)。srawsraw.31792Shift Right Algebraic Word有符号数rS右移rB位，如4右移1位为2，-4右移1位为-2，负数能最多能移成-1。更新XER(CA)。如果Rc=1，还更新CR0(LT、GT、EQ、SO)。指令名称操作码子操作码英文解释中文解释srawisrawi.31824Shift Right Algebraic Word Immediate有符号数rS右移SH位，如4右移1位为2，-4右移1位为-2，负数能最多能移成-1。更新XER(CA)。如果Rc=1，还更新CR0(LT、G