[arm64]3、状态寄存器

2021-12-05 本文已影响0人史记_d5da

CPU内部的寄存器中,有一种特殊的寄存器(对于不同的处理器,个数和结构都可能不同).这种寄存器在ARM中,被称为状态寄存器就是CPSR(current program status register)寄存器
CPSR和其他寄存器不一样,其他寄存器是用来存放数据的,都是整个寄存器具有一个含义.而CPSR寄存器是按位起作用的,也就是说,它的每一位都有专门的含义,记录特定的信息.

注:CPSR寄存器是32位的

CPSR的低8位（包括I、F、T和M[4：0]）称为控制位，程序无法修改,除非CPU运行于特权模式下,程序才能修改控制位!
N、Z、C、V均为条件码标志位。它们的内容可被算术或逻辑运算的结果所改变，并且可以决定某条指令是否被执行!意义重大!

1、N（Negative）标志

CPSR的第31位是 N，符号标志位。它记录相关指令执行后,其结果是否为负.如果为负 N = 1,如果是非负数 N = 0.
在ARM64的指令集中,有的指令的执行时影响状态寄存器的,比如add\sub\or等,他们大都是运算指令(进行逻辑或算数运算)；
状态寄存器

void funcB() {
    int a = 1;
    int b = 2;
    if (a == b) {
        printf("a == b\n");
    } else {
        printf("a !== b\n");
    }
}

int main(int argc, char * argv[]) {
    funcB();
    return 0;
}

查看汇编

001--Demo`funcB:
    0x1041864f4 <+0>:  sub    sp, sp, #0x20             ; =0x20 
    0x1041864f8 <+4>:  stp    x29, x30, [sp, #0x10]
    0x1041864fc <+8>:  add    x29, sp, #0x10            ; =0x10 
    0x104186500 <+12>: mov    w8, #0x1
    0x104186504 <+16>: stur   w8, [x29, #-0x4]
    0x104186508 <+20>: mov    w8, #0x2
    0x10418650c <+24>: str    w8, [sp, #0x8]
    0x104186510 <+28>: ldur   w8, [x29, #-0x4]
    0x104186514 <+32>: ldr    w9, [sp, #0x8]
->  0x104186518 <+36>: subs   w8, w8, w9
    0x10418651c <+40>: b.ne   0x104186530               ; <+60> at main.m
    0x104186520 <+44>: adrp   x0, 1
    0x104186524 <+48>: add    x0, x0, #0xe06            ; =0xe06 
    0x104186528 <+52>: bl     0x104186838               ; symbol stub for: printf
    0x10418652c <+56>: b      0x10418653c               ; <+72> at main.m:26:1
    0x104186530 <+60>: adrp   x0, 1
    0x104186534 <+64>: add    x0, x0, #0xe0e            ; =0xe0e 
    0x104186538 <+68>: bl     0x104186838               ; symbol stub for: printf
    0x10418653c <+72>: ldp    x29, x30, [sp, #0x10]
    0x104186540 <+76>: add    sp, sp, #0x20             ; =0x20 
    0x104186544 <+80>: ret

cpsr

2、Z(Zero)标志

CPSR的第30位是Z，0标志位。它记录相关指令执行后,其结果是否为0.如果结果为0.那么Z = 1.如果结果不为0,那么Z = 0.
对于Z的值,我们可以这样来看,Z标记相关指令的计算结果是否为0,如果为0,则Z要记录下是0这样的肯定信息.在计算机中1表示逻辑真,表示肯定.所以当结果为0的时候Z = 1,表示结果是0.如果结果不为0,则Z要记录下不是0这样的否定信息.在计算机中0表示逻辑假,表示否定,所以当结果不为0的时候Z = 0,表示结果不为0。

3、C(Carry)标志

CPSR的第29位是C，进位标志位。一般情况下,进行无符号数的运算。
加法运算：当运算结果产生了进位时（无符号数溢出），C=1，否则C=0。
减法运算（包括CMP）：当运算时产生了借位时（无符号数溢出），C=0，否则C=1。
对于位数为N的无符号数来说，其对应的二进制信息的最高位，即第N - 1位，就是它的最高有效位，而假想存在的第N位，就是相对于最高有效位的更高位。

3.1、进位

当两个数据相加的时候，有可能产生从最高有效位想更高位的进位。比如两个32位数据：0xaaaaaaaa + 0xaaaaaaaa,将产生进位。由于这个进位值在32位中无法保存，我们就只是简单的说这个进位值丢失了。其实CPU在运算的时候，并不丢弃这个进位制，而是记录在一个特殊的寄存器的某一位上。ARM下就用C位来记录这个进位值。比如，下面的指令

mov w0,#0xaaaaaaaa；0xa 的二进制是 1010
adds w0,w0,w0； 执行后 相当于 1010 << 1 进位1（无符号溢出） 所以C标记 为 1
adds w0,w0,w0； 执行后 相当于 0101 << 1 进位0（无符号没溢出） 所以C标记 为 0
adds w0,w0,w0； 重复上面操作
adds w0,w0,w0

3.2、借位

当两个数据做减法的时候，有可能向更高位借位。再比如，两个32位数据：0x00000000 - 0x000000ff,将产生借位，借位后，相当于计算0x100000000 - 0x000000ff。得到0xffffff01 这个值。由于借了一位，所以C位用来标记借位。C = 0.比如下面指令：

mov w0,#0x0
subs w0,w0,#0xff ;
subs w0,w0,#0xff
subs w0,w0,#0xff

4、V(Overflow)溢出标志

CPSR的第28位是V，溢出标志位。在进行有符号数运算的时候，如果超过了机器所能标识的范围，称为溢出。

正数 + 正数为负数溢出
负数 + 负数为正数溢出
正数 + 负数不可能溢出