鸿蒙内核源码分析 (编码方式篇) | 机器指令是如何编码的？

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本篇说清楚 ARM指令是如何被编码的，机器指令由哪些部分构成，指令有哪些类型，每种类型的语法又是怎样的 ?

代码案例 | C -> 汇编 -> 机器指令

看一段C语言编译(clang)成的最后的机器指令(armv7)

int main(){
    int a = 0;
    if( a != 1) 
        a = 2*a + 1;
    return a;
}

生成汇编代码如下:

    main:
60c: sub	sp, sp, #8
610: mov	r0, #0
614: str	r0, [sp, #4]
618: str	r0, [sp]
61c: ldr	r0, [sp]
620: cmp	r0, #1
624: beq	640 <main+0x34>
628: b	62c <main+0x20>
62c: ldr	r1, [sp]
630: mov	r0, #1
634: orr	r0, r0, r1, lsl #1
638: str	r0, [sp]
63c: b	640 <main+0x34>
640: ldr	r0, [sp]
644: add	sp, sp, #8
648: bx	lr

汇编代码对应的机器指令如下图所示:

便于后续分析，将以上代码整理成如下表格

汇编代码	机器指令(十六进制表示)	机器指令(二进制表示)
sub sp, sp, #8	e24dd008	1110 0010 0100 1101 1101 0000 0000 1000
mov r0, #0	e3a00000	1110 0011 1010 0000 0000 0000 0000 0000
str r0, [sp, #4]	e58d0004	1110 0101 1000 1101 0000 0000 0000 0100
str r0, [sp]	e58d0000	1110 0101 1000 1101 0000 0000 0000 0000
ldr r0, [sp]	e59d0000	1110 0101 1001 1101 0000 0000 0000 0000
cmp r0, #1	e3500001	1110 0011 0101 0000 0000 0000 0000 0001
beq 640 <main+0x34>	0a000005	0000 1010 0000 0000 0000 0000 0000 0101
b 62c <main+0x20>	eaffffff	1110 1010 1111 1111 1111 1111 1111 1111
ldr r1, [sp]	e59d1000	1110 0101 1001 1101 0001 0000 0000 0010
mov r0, #1	e3a00002	1110 0011 1010 0000 0000 0000 0000 0001
orr r0, r0, r1, lsl #1	e1800081	1110 0001 1000 0000 0000 0000 1000 0001
str r0, [sp]	e58d0000	1110 0101 1000 1101 0000 0000 0000 0000
b 640 <main+0x34>	eaffffff	1110 1010 1111 1111 1111 1111 1111 1111
ldr r0, [sp]	e59d1000	1110 0101 1001 1101 0001 0000 0000 0000
add sp, sp, #8	e28dd008	1110 0010 1000 1101 1101 0000 0000 1000
bx lr	e12fff1e	1110 0001 0010 1111 1111 1111 0001 1110

CPSR寄存器

在理解本篇之前需了解下CPSR寄存器的高4位[31,28] 表达的含义。关于寄存器的详细介绍可翻看系列篇的 (寄存器篇)

N、Z、C、V均为条件码标志位。它们的内容可被算术或逻辑运算的结果所改变，并且可以决定某条指令是否被执行!意义重大!

CPSR的第31位是 N，符号标志位。它记录相关指令执行后，其结果是否为负。
如果为负 N = 1，如果是非负数 N = 0。
CPSR的第30位是Z，0标志位。它记录相关指令执行后，其结果是否为0。
如果结果为0。那么Z = 1。如果结果不为0，那么Z = 0。
CPSR的第29位是C，进位标志位(Carry)。一般情况下，进行无符号数的运算。
加法运算：当运算结果产生了进位时（无符号数溢出），C=1，否则C=0。
减法运算（包括CMP）：当运算时产生了借位时（无符号数溢出），C=0，否则C=1。
CPSR的第28位是V，溢出标志位(Overflow)。在进行有符号数运算的时候，
如果超过了机器所能标识的范围，称为溢出。