ARM 汇编指令

blr指令的基本概念和用途

  • 在 ARM64 汇编中,blr是 "Branch with Link to Register" 的缩写。它是一种分支指令,主要用于跳转到一个由寄存器指定的地址,并将返回地址保存到链接寄存器(Link Register,LR)中。这个指令在函数调用过程中起到关键作用,类似于高级语言中的函数调用机制。

  • 指令格式通常为blr <Xn>,其中<Xn>是一个通用寄存器,它包含了要跳转到的目标函数或代码块的地址。当执行blr指令时,程序流程会跳转到<Xn>寄存器所指向的地址,并且会把当前指令的下一条指令地址(也就是返回地址)存入 LR 寄存器,以便在被调用的函数或代码块执行完毕后能够正确地返回到调用点。

  • blr指令在函数调用中的作用机制

    • 函数调用示例:假设我们有一个主函数和一个被调用的子函数。在主函数中,我们要调用子函数,并且在 ARM64 汇编中实现这个过程。

      ; 主函数部分
      mov x0, #10 ; 假设设置一个参数,将10存入x0寄存器
      adrp x1, my_sub_function ; 获取子函数地址所在页面的基地址,存入x1
      add x1, x1, #:lo12:my_sub_function ; 计算子函数的确切地址,存入x1
      blr x1 ; 跳转到子函数,将返回地址存入LR寄存器

      ; 子函数部分(my_sub_function)
      ; 子函数可以从x0寄存器获取参数进行操作
      ;...子函数的具体操作...
      ret ; 子函数执行完毕,通过ret指令返回,ret指令会从LR寄存器获取返回地址并跳转

  • 在这个示例中,blr指令实现了从主函数跳转到子函数的操作。在跳转到子函数之前,参数可以通过寄存器(如x0)传递给子函数。当blr指令执行时,它会将主函数中blr指令的下一条指令地址存入 LR 寄存器。子函数执行完后,通过ret指令返回,ret指令会自动从 LR 寄存器中获取返回地址并跳转到主函数的相应位置,从而实现函数调用和返回的完整流程。

  • 与其他指令的对比和关联

    • b指令的对比b(分支)指令是一种简单的无条件跳转指令,它只是跳转到一个指定的地址,不会保存返回地址。而blr指令在跳转的同时保存返回地址,这使得它适用于函数调用场景。例如,b my_label只是简单地跳转到my_label标记的位置,而blr指令则用于调用一个函数或代码块,并且能够确保正确返回。
    • blr相关的指令ret指令与blr指令紧密相关。ret指令用于从一个被调用的函数或代码块返回,它的操作是从 LR 寄存器获取返回地址并跳转。在函数调用的整个过程中,blrret指令协同工作,实现了类似于高级语言中函数调用和返回的功能。另外,在设置目标地址时,adrpadd指令常常与blr指令配合使用,用于准确地定位要跳转到的函数或代码块的地址,就像前面示例中展示的那样。

str指令的基本概念

  • 在 ARM64 汇编中,str是存储(Store)指令。它的主要作用是将一个寄存器中的数据存储到内存中。ARM64 架构采用了加载 / 存储(Load/Store)架构,这意味着数据的处理和存储是分开的操作,str指令用于完成存储这一环节。

  • 指令格式通常为str <register>, [<address>],其中<register>是要存储数据的寄存器,<address>是数据存储的目标内存地址。这个内存地址可以是一个寄存器(里面存放着实际的内存地址),也可以是一个通过某种寻址方式计算出来的内存地址表达式。

  • 简单示例及说明

    • 假设我们有一个寄存器x0,里面存放着一个 32 位的数据,我们想要把这个数据存储到内存地址为0x1000的位置。可以使用以下指令:

      ldr x1, =0x1000 ; 将内存地址0x1000加载到寄存器x1中
      str x0, [x1] ; 将寄存器x0中的数据存储到x1所指向的内存地址(0x1000)

  • 在这个例子中,首先通过ldr指令(加载指令)将内存地址0x1000加载到x1寄存器中。然后使用str指令,将x0寄存器中的数据存储到x1所指向的内存位置。

  • 寻址方式与str指令的结合

  • 寄存器间接寻址 :这是一种常见的寻址方式。例如,str x0, [x1]就是寄存器间接寻址,内存地址由x1寄存器的值确定。这种方式很灵活,因为x1的值可以在程序运行过程中动态改变,从而可以将数据存储到不同的内存位置。

  • 基址加偏移量寻址 :ARM64 还支持基址加偏移量的寻址方式。例如,str x0, [x1, #8]表示将x0中的数据存储到x1寄存器所指向的内存地址再加上偏移量8字节后的位置。这个偏移量可以是一个立即数(像这里的#8),也可以是另一个寄存器的值。

  • 预索引和后索引寻址 :ARM64 中有预索引和后索引寻址方式。以预索引为例,str x0, [x1, #8]!,这里的!表示在存储操作完成后,x1寄存器的值会更新为x1 + 8,即指向存储操作后的下一个内存位置。后索引方式类似,但x1寄存器的值是在存储操作完成后才更新。

  • 数据宽度和对齐要求

  • 在 ARM64 中,str指令存储的数据宽度可以是不同的,例如 32 位(str w0, [x1])或 64 位(str x0, [x1])。这里w0是 32 位寄存器,x0是 64 位寄存器。

  • 同时,ARM64 对存储操作有内存对齐要求。对于 64 位的数据存储,内存地址通常需要是 8 字节对齐的;对于 32 位的数据存储,内存地址通常需要是 4 字节对齐的。如果不满足对齐要求,可能会导致性能下降或者产生未定义行为。例如,在某些 ARM64 处理器上,试图将一个 64 位的数据存储到一个没有 8 字节对齐的内存地址可能会触发异常。

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