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openjdk底层汇编指令调用（三）——编码

news 来源：原创 2025/5/14 9:39:54

有了寄存器的编号实现，现在讨论如何实现指令编码。还是以AArch64指令为例进行说明。假设指令为add x0,x1,x2，根据指令手册可知

在这里插入图片描述
其机器码为

#二进制
10001011000 00010 000000 00001 00000#十六进制
0x8B020020
#小端编码需要反转
0x2000028B

回到源码文件assembler_aarch64.hpp。该文件中定义了汇编器类（Assembler）。在英文中（雅思7分，口语8分，炫耀一下），汇编(assemble)的原意是生产线上组装零件的意思。根据计算机的知识，汇编器(assembler)的作用就是根据手册组装指令中的各个部分。根据手册中该指令描述可知，至少有几处是需要填充值。如果要形成完整的指令则需将这些部分组装（assemble）起来。

在源码中如何实现上述的add指令呢？其实现原理是将手册中各部分用编码替代，然后进行拼装。assembler_aarch64.hpp文件的如下代码实现了add x0,x1,x2指令的编码

#define INSN(NAME)                                      \void NAME(Register Rd, Register Rn, Register Rm) {    \if (Rd == sp || Rn == sp)                           \NAME(Rd, Rn, Rm, ext::uxtx);                      \else                                                \NAME(Rd, Rn, Rm, LSL);                            \}...INSN(add);

上述INST(add)宏展开之后如下

void add(Register Rd, Register Rn, Register Rm) { if (Rd == sp || Rn == sp) add(Rd, Rn, Rm, ext::uxtx); else add(Rd, Rn, Rm, LSL); 
}

很明显，如要实现add x0,x1,x2的编码，需调用的add(Rd,Rn,Rm,LSL)函数，其具体实现如下

  // Add/subtract (shifted register)
#define INSN(NAME, size, op)                            \void NAME(Register Rd, Register Rn, Register Rm,      \enum shift_kind kind, unsigned shift = 0) { \starti;                                             \f(0, 21);                                           \assert_cond(kind != ROR);                           \zrf(Rd, 0), zrf(Rn, 5), zrf(Rm, 16);                \op_shifted_reg(0b01011, kind, shift, size, op);     \}INSN(add, 1, 0b000);

宏展开代码为

void add(Register Rd, Register Rn, Register Rm, enum shift_kind kind, unsigned shift = 0) { Instruction_aarch64 do_not_use(this); set_current(&do_not_use); f(0, 21); ; zrf(Rd, 0), zrf(Rn, 5), zrf(Rm, 16); op_shifted_reg(0b01011, kind, shift, 1, 0b000); 
}

这里首先要明白f函数的作用：

/*
* 将val的值放入lsb（低位）至msb（高位）区间
*/
void f(unsigned val, int msb, int lsb) {current->f(val, msb, lsb);
}

因此f(0,21)表示在21位上设置为0，符合手册要求的格式
在这里插入图片描述

其他函数如zrf和op_shifted_reg均是在内部调用f函数以实现在编码各位置上的赋值，这里对zrf函数的实现不再赘述，简单分析一下op_shifted_reg函数
在这里插入图片描述
因此op_shifted_reg将22至31位上按照手册要求赋值。

通过add(Register Rd, Register Rn, Register Rm, enum shift_kind kind, unsigned shift = 0) 的调用可完成add x0,x1,x2汇编指令的编码。其中Rm用r1替换，Rn用r2替换，Rd用r0替换。关于寄存器定义的内容参见寄存器定义。

指令编码完成后，如果需要执行该指令，则需将其放入内存的指令区域，然后让程序计数器（PC）指向该指令地址，CPU读取该指令执行即可。