ARM指令浅析2（adrp、b）

其实这篇文章的初衷是分析alpha架构下和arm架构下，为什么相同的用例arm生成的汇编指令会少一些，由于工作的保密性，暂时不介绍alpha生成的指令，因此先来主要分析一下，arm架构之所以少生成汇编指令的原因——adrp指令。

环境依然是ARM架构下的gcc编译器，编译选项为 -O2。

再来看一下arm编译器中的adrp指令

在了解adrp指令之前，首先要了解adr指令。以下是arm白皮书中对PC相关地址的计算描述——

ADR

作用：小范围的地址读取指令。ADR 指令将基于PC 相对偏移的地址值读取到寄存器中。

原理：将有符号的21位的偏移，加上PC, 结果写入到通用寄存器，可用来计算 +/- 1MB范围的任意字节的有效地址。

ADRP

作用：以页为单位的大范围的地址读取指令，这里的P就是page的意思。

原理：符号扩展一个21位的offset（immhi+immlo）,  向左移动12位，PC的值的低12位清零，然后把这两者相加，结果写入到Xd寄存器，用来得到一块含有lable的4KB对齐内存区域的base地址（也就是说lable所在的地址，一定落在这个4KB的内存区域里，指令助记符里Page也就是这个意思）， 可用来寻址 +/- 4GB的范围（2^33次幂）。

    通俗来讲，ADRP指令就是先进行PC+imm（偏移值）然后找到lable所在的一个4KB的页，然后取得label的基址，再进行偏移去寻址（结合下面的例子将会讲到）。

ADRP  {cond}  Rd  label

其中：Rd加载的目标寄存器。lable为地址表达式。

接下来进一步分析adrp的作用，首先写一个用例test3.c：

定义了四个全局变量，再分别赋值。test3.c生成的test.s如下：

在arm生成的.s中，在第一次由adrp取得页的基址（也就是lable）之后，省略了每次取变量地址的指令，而是在每次存储的过程中进行偏移。因此ARM生成的汇编汇总一共有11条指令。

其中adrp    x2, .LANCHOR0中，.LANCHOR0就是——一个大小为4KB的页的基址，而且在该页中，有第一个全局变量g的地址。Adrp指令的作用就是将该页的基址存到寄存器x2中。

然后，add指令会算出g的地址，x2+:lo12:  lo12是一个偏移量，这样就会得到g的地址，通过str指令将寄存器w3中的数据2存入到g的地址中。

接着根据g的地址x1进行偏移，由于是int型，所以每次都偏移4个字节，也就是看到的4、8、12，再将w2中的立即数分别存储到对应变量地址中。

再来看一下该用例的反汇编：

由反汇编我们可以看到，PC+imm（偏移值）得到了411000，这是一个大小为4KB的页中的一个基址（lable）；且该页也是变量g所在的页。

具体分析如下：

1.      首先adrp指令计算出这个基址，然后将这个基址装入到寄存器x2中。

2.      Mov指令将立即数2装入到寄存器w3中。

3.      Add指令 计算出x2+0x28——x1的地址（也就是变量g所在的地址），偏移量为0x28。

4.      0x28就是十进制中的40，所以第四条str指令实际上是将立即数2（w3）装入到变量g（x1）所在的地址中。

5.      先取立即数到寄存器w2中，变量g的地址为x1，又因为是int型，所以偏移4位得到g2的基地址，再将w2中的值存储到x1+4的地址中。

6.      同理，g3，g4的赋值同样如此。

依然以test1.c为例，加入打印printf。

当加入打印之后，arm处理器架构下gcc生成的汇编如下：

其中，b指令作用如下：

B

跳转指令。跳转到指定的地址执行程序。指令格式如下：

B  {cond}   label

这里是跳转至printf函数的地址执行pirntf函数。

它的反汇编如下：

由上面对adrp的分析可知，x0存放的是页的基地址，再由add指令进行偏移，得到另一个地址。

adrp    x0, 411000............................取得页的基址。

add     x0, x0, #0x30......................找到g的基址

mov     w1, #0x2............................将立即数装入到w1中

str     w1, [x0]..................................赋值给g

ldr     w1, [x0]..................................取数，w1寄存器作为打印的寄存器

adrp    x0, 400000 .................................再次找到一个页的基址

add     x0, x0, #0x6a8....................找到打印函数中字符串的地址

bl      400470 ...........................................带