EFLAGS description and implementation_osz apc是什么意思-优快云博客

EFLAGS description and implementation.

Introduction

From: http://code.google.com/p/aphrodite-vm/wiki/EFLAGS

EFLAGS是一个32位寄存器，由：一组状态标志位，一个控制标志位，一组系统标志位和系统保留位组成。

状态标志位

状态标志位简称为：OSZAPC，它们分别是：

Carry Flag (bit0)：如果算术运算在结果的MSb(most significant bit最高有效)之外产生进位或借位，该标志值1，反之置0。该标志用于表示无符号整数运算的溢出条件；

Parity Flag (bit2)：如果运算结果的LSB中含有偶数个1的时候，该标志置1，反之置0；
(least significant bit最低有效位,
最低有效位（the least significant bit，lsb）是指一个二进制数字中的第0位（即最低位），具有权值为2^0，可以用它来检测数的奇偶性。与之相反的称之为最高有效位。在大端序中，lsb指最右边的位。

最低有效位代表二进制数中的最小的单位，可以用来指示数字很小的变化
)

Adjust Flag (bit4)：如果运算结果的bit3上产生进位或借位，该标志置1，反之置0。该标志只用于BCD运算中；

Zero Flag (bit6)：如果运算结果为0，该标志置1，反之置0；

Sign Flag (bit7)：永远和运算结果的MSb相同。即1表示负数，0表示正数。所以，其实在CPU内部看来，数字本身是不分正负的，所谓的有符号数和无符号数类型，只不过是是否把SF表示和运算结果一起考虑的问题了。例如：0xFFFFFFFF，如果把这个数和SF一起考虑，这个数就是-1，如果不和SF一起考虑，这个数就是32位能表示的最大值；

Overflow Flag (bit11):如果运算结果超过了目的操作数可以表示的最大正数或最小负数，则该标志置1，反之置0。该标志只用来表示有符号数的溢出状况。

上面这组状态标志位可以使得CPU的一个算术运算为三种不同的数据类型产生表达不同的结果：

如果把算术运算对待成是针对无符号数的：那么CF标志表示溢出；
如果把算术运算对待成是针对有符号数的：那么OF标志表示溢出；
如果把算术运算对待成是针对BCD数的：那么AF标志表示溢出；

判断OF的方法 由于OF是用来判断有符号数溢出的，因此我们只考虑有符号数的情况。以一字节数据为例，数值范围是-128 ～ 127：

对于加法操作

如果操作数的MSb不同，即表示一正一负进行运算，则“最差”结果是-128 + 127 = -1，即FF。此时是不会造成溢出的，因此OF在MSb不同是为0的时候，无论如何不会被置位；

如果操作数的MSb相同，如果和与两个加数的MSb不同，则代表发生了溢出的情况；

对于减法操作

如果操作数的MSb不同，即表示一正一负进行运算，-128 - 1和127 - (-1)都会带来溢出结果，而判断的方法是差和被减数的MSb不同，在差在被减数的MSb上进行了借位；

如果操作数的MSb相同，减法操作是不会带来算术溢出的，最差的结果无非是128 - 128或者-127 - (-127);

在实现上，通过两个宏来判断OF的置位条件：

控制标志位

Direction Flag (bit10)：作为唯一的一个控制标志，DF用来控制字符串指令的方向。当置1时，字符串指令从高地址向低地址执行；反之则从低地址向高地址执行；

系统标志位

Trap Flag (bit8):在调试模式中，启用Single Step则置1，反之置0；
Interrupt Enable Flag (bit9)：置1时，CPU响应可屏蔽中断，反之禁止可屏蔽中断；
IOPL (bit12-13)：指定当前任务可以访问I/O地址的最低权限。CPL必须小于等于IOPL才可以访问I/O地址。该指令只能在CPL等于0的时候，通过POPF或者IRET指令修改；
Nested Task Flag (bit14)：暂时不清楚；
Resume Flag (bit16)：暂时不清楚；
Virtual-8086 Mode Flag (bit17)：置1启用Virtual8086模式，置0返回保护模式；
Alignment Check Flag (bit18)：当该标志和CR0.AM同时为1时，启用内存访问的对齐检查，二者有一个置0，则不进行检查。且该检查只有在CPL=3，且CPU处于保护模式或V8086模式时，才有用；
Virutal Interrupt Flag (bit19)：暂时不清楚；
Virtual Interrupt Pending Flag (bit20)：暂时不清楚；
Identification Flag (bit21)：置1，CPU支持cpuid指令，反之不支持；

Implementation

由于有些标志位的修改会影响到系统的运行模式，因此实现上，分成不同组，只是单纯读写EFLAGS寄存器，不会影响系统运行状态的分成一组，影响系统运行状态的分成另外一组。

不影响系统状态或CPU工作模式的标志位

为了方便对EFLAGS中的每一个标志位进行读写，AVM定义了一组宏。每一个标志位都有5个基本操作，用

#define DECLARE_EFLAGS_ACCESSOR(name, bitnum) \
    bit32u get_##name(); \
    avm_bool getB_##name(); \
    void assert_##name(); \
    void clear_##name(); \
    void set_##name(avm_bool val);

这个宏在v_cpu类内部使用，每个方法的说明：

方法	含义
`get_##name`	屏蔽掉除了name标志之外的其他标志后，EFLAGS的值。
`getB_##name`	单纯的判定name标志是否置位。
`assert_##name`	保证name标志一定置位。
`clear_##name`	清除name标志。
`set_##name`	将name标志设定成val。

在实现上，读取标志用宏IMPLEMENT_EFLAGS_ACCESSOR，写入标志用宏IMPLEMENT_SET_EFLAGS_ACCESSOR

#define IMPLEMENT_EFLAG_ACCESSOR(name, bitnum) \
    bit32u v_cpu::get_##name() { \
        return eflags & (1 << bitnum); \
    } \
    avm_bool getB_##name() { \
        return (eflags >> bitnum) & 1; \
    } 

#define IMPLEMENT_SET_EFLAGS_ACCESSOR(name, bitnum) \
    void v_cpu::assert_##name() { \
        eflags |= (1 << bitnum); \
    } \
    void v_cpu::clear_##name() { \
        eflag &= ~(1 << bitnum); \
    } \
    void v_cpu::set_##name(avm_bool val) { \
        eflags = (eflags & ~(1 << bitnum)) | ((val) << bitnum); \
    }

影响系统状态或CPU工作模式的标志位

IOPL

#define DECLARE_EFLAG_ACCESSOR_IOPL(bitnum) \
    void set_IOPL(bit32u val); \
    bit32u get_IOPL(); 

#define IMPLEMENT_SET_EFLAGS_ACCESSOR_IOPL(bitnum) \
    void v_cpu::set_IOPL(bit32u val) { \
        eflags = (eflags & ~(0x3 << bitnum)) | ((0x03 & val) << bitnum); \
    } \
    bit32u v_cpu::get_IOPL() { \
        return 3 & (eflags >> bitnum); \
    }

TF, IF & RF Unimplement yet

AC Unimplement yet

VM Unimplement yet

算数标志位的缓释评估

在v_cpu.h中，用一组特殊的宏ArithmeticalFlag来定义算术标志位的操作。和DECLARE_EFLAGS_ACCESSOR不同的是，多了两个方法：get_##flag##Lazy和force_##flag。

缓释评估的基本原理：

用一个结构来记录算数运算的操作数、结果和具体的算数指令：avm_lf_flags_entry（定义在lazy_flags.h中），定义如下：

struct avm_lf_flags_entry {
    avm_address op1;
    avm_address op2;
    avm_address result;
    unsigned instr;
};

在v_cpu内部，用一个该类型的对象oszapc，来记录虚拟cpu执行的最后一条算数指令的信息。

在v_cpu内部，单独用一个整型变量lf_flags_status来记录算数指令带来的EFLAGS寄存器算数标志位的变化，可以把lf_flags_status看成一个位图，特定的二进制bit对应特定的算数标志位，当特定的算数标志位需要根据实际的算数指令更新的时候，特定标志位对应的bit会被置1，否则被置0。因此每一条算数指令最后，都会使用一个相应的宏，来更新lf_flags_status的值。那么当使用get_##flags或者get_B##flags获取某一个标志位的时候，先判断lf_flags_status中的特定标志是否被置1，如果置1，则调用缓释评估函数get_##flag##Lazy，根据实际的算数指令结果获取相应的标志位，否则，直接读取EFLAGS中的值。

所有的get_##flag##Lazy的基本结构是：

avm_bool v_cpu::get_##flag##Lazy() {
    unsigned flag;

    switch(_instruction type_) {
        case instr1:
            flag = ;
        break;
        case instr2:
            flag = ;
        break;
        
        ...
        case instrN:
            flag = ;
        break;
        default:
            EXCEPTION();
    }

    return flag;
}