arm架构64位⼊门基础：架构分析、寄存器、调⽤规则、指令
集以及参考⼿册
1、参考
2、ARM64位架构分析
ARM64位采⽤ARMv8架构，64位操作长度，对应处理器有Cortex-A53、Cortex-A57、Cortex-A73、iphones的A7和A8等。AARCH64是全新32位固定长度指令集，⽀持64位操作数的新指令，⼤多数指令可以具有32位或64位参数。
ARM64位架构有两种主要的执⾏状态：
1. AArch64 ——64 位执⾏状态，包括该状态的异常模型、内存模型、程序员模型和指令集⽀持
2. AArch32 ——32 位执⾏状态，包括该状态的异常模型、内存模型、程序员模型和指令集⽀持
这些执⾏状态⽀持三个主要指令集：
1. A32（或 ARM）：32 位固定长度指令集，通过不同架构变体增强部分 32 位架构执⾏环境现在称为 A
Arch32。
2. T32 (Thumb) 是以 16 位固定长度指令集的形式引⼊的，随后在引⼊ Thumb-2 技术时增强为 16 位和 32 位混合长度指令集。部
分 32 位架构执⾏环境现在称为 AArch32。
3. A64：提供与 ARM 和 Thumb 指令集类似功能的 32 位固定长度指令集。随 ARMv8-A ⼀起引⼊，它是⼀种 全新的AArch64 指
令集。
ARM ISA 不断改进，以满⾜前沿应⽤程序开发⼈员⽇益增长的要求，同时保留了必要的向后兼容性，以保护软件开发投资。在ARMv8-A 中，对 A32 和 T32 进⾏了⼀些增补，以保持与 A64 指令集⼀致。
3、ARM64位寄存器
主要包括64位下的ARM寄存器和NEON寄存器。
ARM架构64位寄存器：
31个通⽤寄存器X0~X30，以及SP（x31）和PC，共33个。其中W0~W31分别是X0~X31的低32位，如下图所⽰：
64位下通⽤寄存器关系图
ARM64位参数调⽤规则遵循AAPCS64，规定堆栈为满递减堆栈。
寄存器调⽤规则如下：
- X0~X7：⽤于传递⼦程序参数和结果，使⽤时不需要保存，多余参数采⽤堆栈传递，64位返回结果采⽤X0表⽰，128位返回结果采⽤X1:X0表⽰。
- X8：⽤于保存⼦程序返回地址， 尽量不要使⽤ 。
- X9~X15：临时寄存器，使⽤时不需要保存。
- X16~X17：⼦程序内部调⽤寄存器，使⽤时不需要保存，尽量不要使⽤。
- X18：平台寄存器，它的使⽤与平台相关，尽量不要使⽤。
- X19~X28：临时寄存器，使⽤时必须保存。
- X29：帧指针寄存器，⽤于连接栈帧，使⽤时需要保存。
- X30：链接寄存器LR
- X31：堆栈指针寄存器SP或零寄存器ZXR
注意：
⼦程序调⽤时必须要保存的寄存器：X19~X29和SP(X31)。
不需要保存的寄存器：X0~X7,X9~X1564位下NEON寄存器：32个B寄存器（B0~B31）,8bit 32个H寄存器（H0~H31），半字 16bit 32个S寄存器（S0~S31），单⼦ 32bit 32个D寄存器（D0~D31），双字 64bit
32个Q寄存器（V0~V31），四字 128bit
不同位数下寄存器之间的关系如下图所⽰：
其中S0是D0的低半部分，D0是V0的低半部分 。
4、ARM64位指令集A64以及参考⼿册
5、ARM64位程序调试
⽅法⼀: 直接打印数据
ARM64位下打印数据的⽅法：
(1). 打印V寄存器：(2). 打印V寄存器的低64位：
mov w0, v0.s[0]
mov w1, v0.s[1]
mov w2, v0.s[2]
mov w3, v0.s[3]
bl _print
mov w0, v2.s[0]
mov w1, v2.s[1]
bl _print
(3). 打印w寄存器
mov w0, w12
mov w1, w3
bl _print
其中print函数的定义如下：
void print(int a, int b, int c, int d)
{
printf("%08x %08x %08x %08x\n",a,b,c,d);
}
(4).将V寄存器打印到内存的⽅法
.
macro printf_m in1=x0, in2=x1
st1 {\in2\().2D}, [\in1\()]
mov x0, \in1
bl cprintf
.endm
c printf定义如下：
void cprint(unsigned char *src8)
{
signed char* srcs8 = (signed char*)src8;
short* srcs16 = (short*)src8;
unsigned short* srcu16 = (unsigned short*)src8;
int* srcs32 = (int*)src8;
printf("u8:\n");
for(int i=0; i < 16; i++)
{
printf("%d", src8[i]);
}
printf("s8:\n");
for(int i=0; i < 16; i++)
{
printf("%d", srcs8[i]);
}
printf("u16:\n");
for(int i=0; i < 8; i++)
{
printf("%d", srcu16[i]);
}
printf("s16:\n");
for(int i=0; i < 8; i++)
{
printf("%d", srcs16[i]);
}
printf("s32:\n");
for(int i=0; i < 4; i++)
{
printf("%d", srcs32[i]);
}
}
⽅法⼆: GDB调试
详细调试⽅法可以参考：
对于neon寄存器⼊栈：
.macro push_v_regs
stp d8, d9, [sp, #-16]!
stp d10, d11, [sp, #-16]!
stp d12, d13, [sp, #-16]!
stp d14, d15, [sp, #-16]!
.endm
.macro pop_v_regs
ldp d14, d15, [sp], #16
ldp d12, d13, [sp], #16
ldp d10, d11, [sp], #16
ldp d8, d9, [sp], #16
.endm
Registers v8-v15 must be preserved by a callee across subroutine calls; the remaining registers (v0-v7, v16-v31) do not need to be preserved (or should be preserved by the caller). Additionally, only the bottom 64-bits of each value stored in v8-v15 need to be preserved; it is the responsibility of the
caller to preserve larger values.
但是在对v寄存器⼊栈后，采⽤gdb调试会出现下⾯的问题：
x86架构和arm架构区别/build/gdb-qLNsm9/gdb-7.11.1/gdb/aarch64-tdep.c:334: internal-error: aarch64_analyze_prologue: Assertion inst.operands[0].type == AACH64_OPAND_Rt failed.
6、IOS64和ARM64的参数传递差异和编译差异
（1）ARM64参数⼊栈都要保证8字节对齐，跟数据类型⽆关，⽽IOS64的参数⼊栈跟数据类型有关；
（2）ARM64参数传递是成对传递的，⽐如(x0,x1),(x2,x3)等，⽽IOS64的参数传递并不应遵守这⼀准则；
（3）ARM和IOS编译的差别：
ARM在Linux下编译gcc早期版本函数名前需要添加下划线，⽬前最新版本的gcc（4.4.7）不需要添加，这与gcc编译版本相关；IOS平台下编译都需要添加下划线：“_”。
7、ARM64位加载和存储数据的⼏种格式
ld1 {v20.8H, v21.8H}, [x1] @ 从x1指向的存储单元位置⼀次性加载128*2位数据到v20和v21中
ld1 {v1.8B}, [x1], x2 @ 从x1指向的存储单元位置加载64位数据到v1的低64位中，然后x1=x1+x2
ld1 {v18.S}[0], [x0], x1 @ 将x0地址⾥⾯的数据取32位加载到v18的最低32位，然后x0=x0+x1
ld1r {v30.8H}, [x1] @ 从x1地址中以16位为单位取128位加载到v30中。
st1 {v30.8H}, [x1], #16 @ 将寄存器v30中128位数据存储到x1地址处，然后x1=x1+16
st1 {v0.S}[0], [x0], x2 @ 将寄存器v0的低32位数据存储到x0地址处吗，然后x0=x0+x2
8、ARM64位下程序注释
在ARM32位下，单⾏注释采⽤@或者//，多⾏注释可以采⽤/* */；
在ARM64位下，单⾏注释采⽤//，多⾏注释采⽤/* */；
备注转⾃
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