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ARMv8 Cortex
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/* TODO 本系列文章是对 ARMv8 Cortex-a 系列编程向导手册拙劣的翻译和注解，若有出入，以官方文档为准 */ Chapter 8 移植到 A64这一章节不打算对如何编写可移植代码做出详细介绍，而只介绍应用工程师在编写可移植代码时的主要应该关注的方面。 当移动 A32 代码到 A64 架构上运行时，我们应该清晰的认识到 A64 指令集与 A32/T32 指令集存在下面这些重大的差异： 大多数 A32 指令可以条件执行，但是在 A64 指令集中，只有少数指令可以条件执行。大多数 A64 指令可以应用一个任意的偏移量到源寄存器。A64 指令集的寻址模式与 A32 不同。A32、T32 指令集使用的偏移寻址、索引前/索引后寻址在 A64 中依然可用，但是，A64 中新增了 PC 相关寻址模式，因为在 A64 中， PC 不能作为一个通用目的寄存器被访问。A64 指令集移除了所有的多内存访问指令，但是添加了 LDP 与 STP 指令来加载、存储寄存器对，这两个指令可以操作任意两个寄存器，A64 同样移除了 PUSH 和 POP 指令。ARMv8 新增了包含单向内存屏障的加载与存储指令：load-acquire 与 store-release。load-acquire 指令要求接下来任意的内存访问只有在 load-acquire 完成之后才可见；store-release 确保了所有之前的内存访问在 store-release 指令可见之前可见。A64 指令集不支持协处理器的访问，比如 CP15。在 AArch64 状态下，不存在 CPSR 寄存器，CPSR 功能包含在 PSTATE 位域中，可以通过特殊目的寄存器来访问 PSTATE 位域 。对于大多数应用，当代码移植到 AArch64 架构上运行时，仅仅需要重编译源代码。然而，在某些方面也存在一些不可移植的 C 代码。 8.1 对齐数据和代码必须对齐合适的边界。 对齐可以影响 ARM 内核的性能，并且可以代表一个可以问题。 之前的 ARM 编译器语法使用 ALIGN n 指令来实现对齐，n 表示对齐的字节边界，比如 ALIGN 128 表示 128 字节对齐。 GNU 汇编语法与 ARM Complier 6 语法使用 .balign n 指令来实现对齐，同样，n 表示对齐的字节边界。 当我们移植 A32 代码到 AArch64 架构时，应该把 ALIGN n 指令更换为 .balign n 。 注意： GNU 汇编也提供一个 .align n 指令，但此时 n 的格式在不同架构的内核中具有不同的格式 8.2 数据类型64 位机器上，大多数 C 编程环境中， int 类型依旧是 4 字节，但是，long 与指针类型是 8 字节宽。这种数据类型被称作 LP64 数据模型。 ARM ABI 为 LP64 数据模型定义了一些基本数据类型，如下：
如果应用代码没有对指针类型的不可移植操作，比如：将一个非指针类型的数，强制转换为一个指针类型，或者对指针做算数运算。那么代码移植到 AArch64 架构上运行是很简单的，只需要重编译源代码就好。 如果涉及当上述的强制类型转换与指针算数运算，那么我们需要慎重分析源代码，并消除每一个警告。 8.2.1 汇编代码大多数 A32 汇编指令可以很简单的被 A64 指令所取代，比如下表： 注意：根据 64 位的 APCS, 堆栈指针需要 16 直接对齐 在 AArch64 架构中，我们通过访问 PSTATE 位域来代替对 CPSR 寄存器的访问： 当移植 C 代码到 64 位环境时，需要考虑如下的问题： 考虑 int 类型与 指针 类型长度，因为在某些芯片架构上，这两个类型长度可能不一致。64 位系统有更大的内存访问范围，int 类型的索引可能不能索引到数组所有的元素，导致死循环。C 表达式的隐式类型转换也许会造成意料之外的影响。不同数据类型与符号数之间的运算必须谨慎。因为会涉及到类型转换。 8.3.1 重编译或重写代码任何代码的移植都需要重编译或重写代码，我们的目标是最大化前者，最小化后者。 由于基本数据类型的改变，建议谨慎思考代码编译过程中的每一个错误与警告。 最后，建议谨慎使用强制类型转换。 8.3.2 ARM Compiler 6 针对 ARMv8-A 的编译器选项 选项举例说明–target==aarch64-arm-none-eabi生成 ARMv8-A 架构的代码，使用 A64 指令集–target==armv8a-arm-none-eabi生成 ARMv8-A 架构的代码，使用 A32/T32 指令集–target==armv7a-arm-none-eabi生成 ARMv7-A 架构的代码，使用 A32/T32 指令集 8.4 对编写 C 代码的建议 分配内存时使用 sizeof ，而不是常量，比如： (void**) calloc(4,100) 替换为 (void**) calloc(sizeof(void *), 100) 如果需要用到强制类型转换，那么请使用 stdint.h 文件中的统一类型谨慎考虑结构体成员布局，因为存在结构体对齐这一原因。请一定知道任意的立即数都是 int 类型，请在移位操作中谨慎使用立即数，如果一定要使用，那么请按照如下方式： long value = 1L long long mask; mask = 1LL struct struct_A A1; A1.i0 = i0; A1.i1 = i1; A1.d0 = d0; A1.d1 = d1; return A1; } void bar() { AA = foo(0, 1, 1.0, 2.0); }反汇编代码如下： foo// SUB SP, SP, #0x30 STR W0, [SP, #0x2C] STR W1, [SP, #0x28] STR D0, [SP, #0x20] STR D1, [SP, #0x18] LDR W0, [SP, #0x2C] STR W0, [SP, #0] LDR W0, [SP, #0x28] STR W0, [SP, #4] LDR W0, [SP, #0x20] STR W0, [SP, #8] LDR W0, [SP, #0x18] STR W0, [SP, #10] LDR X9, [SP, #0x0] STR X9, [X8, #0] LDR X9, [SP, #8] STR X9, [X8, #8] LDR X9, [SP, #0x10] STR X9, [X8, #0x10] ADD SP, SP, #0x30 RET bar// STP X29, X30, [SP, #0x10]! MOV X29, SP SUB SP, SP, #0x20 ADD X8, SP, #8 MOV W0, WZR ORR W1, WZR, #1 FMOV D0, #1.00000000 FMOV D1, #2.00000000 BL foo: ADRP X8, {PC}, 0x78 ADD X8, X8, #0 LDR X9, [SP, #8] STR X9, [X8, #0] LDR X9, [SP, #0x10] STR X9, [X8, #8] LDR X9, [SP, #0x18] STR X9, [X8, #0x10] MOV SP, X29 LDP X20, X30, [SP], #0x10 RET在上述的示例代码中，由于 foo() 返回的结构体超过 16 个字节，所以，返回结果需要保存在 X8 中。示例代码体现了下列通用寄存器的作用： W0,W1,D0,D1 用于传递子函数的形参。bar() 在栈中开辟空间，并给 X8 赋值，foo() 将返回值保存在 X8 中。AAPCS64 栈帧的使用如下图所示，X29(FP) 应该指向堆栈中的前一帧，并且保存在 LR 之后。 AArch64 包含了 32 个浮点寄存器 V0-V31，可以用于 NEON 与浮点运算。 AArch64 PCS 对浮点寄存器分类如下： |
在 AArch64 架构中，64 位数据可以更有效的被处理。int 类型依旧是 4 字节，指针类型是 8 字节。ARM ABI 默认 char 类型为 unsigned 。
但是，A64 指令集与 A32 指令集依旧在很多方面存在不同，这时，我们需要重新编写汇编代码，如下表： 
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