从x86到ARM，代码移植指北

Posted 2022-09-16 beyondma

最近ARM架构的处理器从云到端全面开花，比如苹果MAC上的ARM架构处理器M1 MAX就堪称王炸，华为的鲲鹏系列ARM处理器也已经稳定服务了很长时间，目前业内有口皆碑，因此基于x86环境编写的程序也都需要考虑迁移到ARM架构上去，以适应扑面而来的ARM热潮。

针对这个迁移工作笔者进行了一些预研工作。从目前的情况看基于Java、Python等高级语言开发的程序是很容易移植的，问题的关键在于不少Java的包是调用C语言代码的，这时候就要考虑 .so 的动态库移植及内联的汇编语言移植，其中要点如下。

C语言移植要点

一．解决x86下unsign char问题

-1 的二进制原码是 10000001，它的补码是除了符号外取反加 1，最后补码就是 11111111。 在 x86 架构下，char 默认是有符号的，打印时输出为-1；但是在ARM架构下 char 默认是无符号的，这个二进制的 11111111 正好就是无符号的 255。 所以，出现这种情况的原因就是 x86 架构和ARM架构对于 char 的默认处理不一样，x86默认有符号的char类型，ARM默认无符号的char类型。

对于这种情况，有两种处理方式，一种是修改源代码，把数据类型指定为有符号型，另一种就是在编译时指定参数，把默认无符号型改成默认为有符号型，即在 gcc命令后面加入-fsigned-char 编译选项，示例如下：

aarch64-redhat-linux-gcc -fsigned-char -o transfer test.c

• 解决x86下值溢出

x86（指令集）中的浮点到整型的转换指令，定义了一个 indefinite integer value——“不确定数值”（64bit：0x8000000000000000），大多数情况下 x86 平台确实都在遵循这个原则，但是在从 double 向无符号整型转换时，又出现了不同的结果。 在这方面ARM的处理则非常清晰和简单，在上溢出或下溢出时，保留整型能表示的最大值或最小值，开发者并不会面对不确定或无法预期的结果。 double 型数据向 long 转换的结果对照如下：

CPU	double	转为long	变量保留值说明
x86	正值超出long	范围0x8000000000000000	indefinite integer value
x86	负值超出long	范围0x8000000000000000	indefinite integer value
ARM	正值超出long	范围0x7FFFFFFFFFFFFFFF	变量赋值最大的正数
ARM	负值超出long	范围0x8000000000000000	变量赋值最大的正数

因此对于C语言的double型也需要着重对于indefinite integer value做溢出检查。

汇编语言移植要点

一.解决x86平台SSE、SSE2指令集的迁移问题

SSE、SSE2是x86平台上专属版权的单指令多数据流(SIMD)指令集的简称，SSE、SSE2与ARM架构的处理器上的SVE、SVE2对应。SIMD是指一条指令能处理多条数据，比如对于64位计算机来说，一条经典的指令输入、都输出只能是一个64位长的数据，针对双精度（128位长）类型的变量只能分解成若干个64位数据处理。而SIMD汇编指令可以提供由单一指令处理双精度变量的服务，其输入、输出由两个寄存器叠加组成。

目前针对x86的SSE指令向ARM的SVE汇编指令的迁移工作，已有开源项目可以实现全自动化迁移，项目下载地址：https://github.com/openestuary/sse2neon.git，使用方法如下：

步骤 1：将下载项目中的 SSE2NEON.h 文件拷贝到待移植项目中。

步骤 2 ：在源文件中删除如下代码：

步骤 3： 在源代码中包含头文件 SSE2NEON.h。

二、解决x86平台XCHGL的迁移问题：

xchgl 是 x86 上的汇编指令，作用是交换内存变量的值，而且由于这是单指令操作，因此此操作属于原子操作。而ARM架构处理器上需要用glibc的原子操作接口__atomic_exchange_n 替换。

书籍推荐

在x86程序向ARM架构CPU的移植方面，笔者推荐《ARM嵌入式系统移植实战开发》，本书详细介绍了x86程序向ARM的移植，理论加上大量的实例，是ARM移植方面必备的工具书。