ARMv8 A64 程序集中的立即数范围

Posted 2023-02-19

【中文标题】ARMv8 A64 程序集中的立即数范围

【英文标题】：Range of immediate values in ARMv8 A64 assembly

【发布时间】：2015-09-03 11:07:50

【问题描述】：

我的理解是 ARMv8 A64 汇编中的立即参数可以是 12 位长。如果是这样的话，为什么这行汇编代码：

AND X12, X10, 0xFEF 

产生此错误（使用 gcc 编译时）

Error:  immediate out of range at operand 3 -- `AND X12, X10, 0xFEF'

有趣的是，这行汇编代码编译得很好：

ADD X12, X10, 0xFEF

我正在使用 aarch64-linux-gnu-gcc (Linaro GCC 2014.11) 4.9.3 (prerelease)

【参考方案1】：

与 A32 的“灵活第二操作数”不同，A64 中没有通用的立即数格式。对于立即操作数数据处理指令（忽略像移位这样无聊和直接的指令），

算术指令（adds、subs、cmp、cmn）采用 12 位无符号立即数和可选的 12 位左移。 移动指令（movz、movn、movk）采用 16 位立即数，可选择移位到寄存器内的任何 16 位对齐位置。 地址计算 (adr, adrp) 采用 21 位有符号立即数，尽管没有直接指定它的实际语法 - 为此，您必须使用汇编器表达式技巧来生成适当的 "标签”。 逻辑指令（ands、orr、eor、tst）采用“位掩码立即数”，我不确定我能否解释，所以我只引用the mind-bogglingly complicated definition：

这种立即数是 32 位或 64 位模式，被视为大小为 e = 2、4、8、16、32 或 64 位的相同元素的向量。每个元素都包含相同的子模式：单次运行 1 到 e-1 非零位，旋转 0 到 e-1 位。这种机制可以生成 5,334 个唯一的 64 位模式（作为 2,667 对模式及其按位反转）。

【讨论】：

这种解释更有意义：“逻辑立即数指令接受位掩码立即数 bimm32 或 bimm64。这样的立即数由至少一个非零位的单个连续序列组成，并且在至少一个零位，在 2、4、8、16、32 或 64 位的元素中；然后在整个寄存器宽度上复制该元素，或者这样的值的按位反转。"

arm 位掩码立即字段为 13 位（据我所知）。有人确切知道这些位是如何解释的（即，将这 13 位转换为 32 位或 64 位值的算法）吗？为什么这个算法不容易找到？

我在这里找到了一些可能有用的代码：llvm.org/docs/doxygen/html/…

@Zack 与所有内容一样，完整、权威的定义可以在the ARM ARM 的指令伪代码中找到（免费下载，但您必须注册才能接受许可）。在这种情况下，它是伪代码附录中的 DecodeBitMasks() 函数（问题 A.f 中的第 J8-5588 页）。

按位指令的立即数至少概括起来并不难：一种重复模式，其中在一个元素内设置的位必须是连续的。

【参考方案2】：

这是一段代码，用于按照 Notlikethat 的答案中引用的机制转储所有合法位掩码立即数。希望它有助于理解生成位掩码立即数的规则是如何工作的。

    #include <stdio.h>
    #include <stdint.h>

    // Dumps all legal bitmask immediates for ARM64
    // Total number of unique 64-bit patterns: 
    //   1*2 + 3*4 + 7*8 + 15*16 + 31*32 + 63*64 = 5334

    const char *uint64_to_binary(uint64_t x) 
      static char b[65];
      unsigned i;
      for (i = 0; i < 64; i++, x <<= 1)
        b[i] = (0x8000000000000000ULL & x)? '1' : '0';
      b[64] = '\0';
      return b;
    

    int main() 
      uint64_t result;
      unsigned size, length, rotation, e;
      for (size = 2; size <= 64; size *= 2)
        for (length = 1; length < size; ++length) 
          result = 0xffffffffffffffffULL >> (64 - length);
          for (e = size; e < 64; e *= 2)
            result |= result << e;
          for (rotation = 0; rotation < size; ++rotation) 
            printf("0x%016llx %s (size=%u, length=%u, rotation=%u)\n",
                (unsigned long long)result, uint64_to_binary(result),
                size, length, rotation);
            result = (result >> 63) | (result << 1);
          
        
      return 0;
    

【讨论】：

你可以通过排序运行这个输出，这样更容易阅读。

【参考方案3】：

位掩码立即数的另一种解释，现在是早上，我终于理解了“令人难以置信的复杂”的定义。 （见 Notlikethat's answer。）也许有些人会更容易理解。

它是 X>0 个连续的 0，然后是 Y>0 个连续的 1，其中 X+Y 是 2 的幂，重复以填充整个参数，然后任意旋转。

另请注意，其他立即格式的可选移位是按确切位数，而不是“最多”。也就是说，16 位立即数可以完全移动 0、16、32 或 48 位，而 12 位立即数仅移动 0 或 12 位。 p>