为什么ARM汇编语言中的B 25或BEQ 25表示"go to PC + 8 + 100"

Question

我是初学者，我正在学习 32 位 ARM 作为我的计算机组织课程的一部分。 B 25 或 BEQ 25 的含义为 go-to PC + 8 + 100。我明白 100 是什么意思。它是偏移量，因为 ARM 是字节寻址的，我们需要将程序计数器递增 25*4。但是 +8 是什么意思？有人可以帮我解决这个问题吗？

Answer 1

当构建第一个 ARM CPU 时，他们尽可能简单。

最简单的设计（需要最少数量的晶体管）导致几乎 (*) 所有读取寄存器的指令的值 （当前指令的地址 + 8） r15.

出于这个原因，指令ADD R15, R15, #100（在那些旧的ARM CPUs上）将跳转到当前指令的地址加上108。

为了与现有程序兼容，这在较新的 ARM CPUs 中没有改变。

(*) 顺便说一句：

对于某些指令，结果正式为（当前指令地址+12）。在较新的 ARM CPU 上，这些指令（例如 ADD r0, r15, r1, lsl r2）在读取 r15.

时会导致“不可预测的值”

所以确实有一些指令在第一个 ARM CPUs 上导致可预测的结果，而在现代 ARM CPUs 上不再导致可预测的结果。

Answer 2

可能出于真正的流水线原因，但今天为了反向兼容性，PC 是“领先的”。提前两条指令和 4+4 或 8 字节的全尺寸指令。想想获取、解码、执行，当你执行 pc 的时间提前了两个。

汇编语言特定于汇编器而非目标。 B 25 是该分支指令上的一个奇怪操作数，但根据您的问题，假设是指令中立即编码为单词单位。目标地址将是 PC（B 25 指令！！！）加 25*4 加 8。25 * 4 是因为每个字有 4 个字节。所以目标地址是指令的PC加100加8。

Disassembly of section .text:

00000000 <skip-0x24>:
   0:   e1a00000    nop         ; (mov r0, r0)
   4:   e1a00000    nop         ; (mov r0, r0)
   8:   e1a00000    nop         ; (mov r0, r0)
   c:   e1a00000    nop         ; (mov r0, r0)
  10:   ea000003    b   24 <skip>
  14:   e1a00000    nop         ; (mov r0, r0)
  18:   e1a00000    nop         ; (mov r0, r0)
  1c:   e1a00000    nop         ; (mov r0, r0)
  20:   e1a00000    nop         ; (mov r0, r0)

00000024 <skip>:
  24:   eafffffe    b   24 <skip>

这里的编码：

  10:   ea000003    b   24 <skip>

显示 3 为立即数，指令地址为 0x10 所以

0x10 + (3*4) + 8 = 0x10+12+8= 0x10+20 = 0x10+0x14 = 0x24

这个负数编码为 0xFFFFFFFE 乘以 8 是 0xFFFFFFF8

  24:   eafffffe    b   24 <skip>

所以 0x24 + 0xFFFFFFF8 + 8 = 0x24

请注意，反汇编中的 b 24 表示跳转至地址 0x24，而不是像您的问题所暗示的那样立即跳转到地址 25。

对于拇指模式，他们也提前两个，每条指令 16 位或两个字节，提前 4 个字节 2+2。

Disassembly of section .text:

00000000 <skip-0x12>:
   0:   46c0        nop         ; (mov r8, r8)
   2:   46c0        nop         ; (mov r8, r8)
   4:   46c0        nop         ; (mov r8, r8)
   6:   46c0        nop         ; (mov r8, r8)
   8:   e003        b.n 12 <skip>
   a:   46c0        nop         ; (mov r8, r8)
   c:   46c0        nop         ; (mov r8, r8)
   e:   46c0        nop         ; (mov r8, r8)
  10:   46c0        nop         ; (mov r8, r8)

00000012 <skip>:
  12:   e7fe        b.n 12 <skip>

所以对于这个（每条指令两个字节，所以 3 * 2）

   8:   e003        b.n 12 <skip>

0x08 + (0x3<<1) + 4 = 0x08 + 0x6 + 4 = 0x12

其他指令集可能会在执行期间将 pc 伪造为指令的地址，或者您经常看到它指向下一条指令。这完全是任意的，就是这样，您的代码或机器代码偏移量必须符合架构。

简短的回答看看 acorn 文档，三级流水线，所以想着获取、解码、执行，所以当你执行 pc 时，它会提前获取两条指令。尽管管道更深，但非橡子 ARM 继续采用该方案。

说明 a、b、c、d（不是真正的说明，只是为了演示目的）

0x10 a
0x14 b
0x18 c
0x1C d

PC
0x10 fetch a
0x14 fetch b decode a
0x18 fetch c decode b execute a
0x1C fetch d decode c execute b

所以指令 a 位于地址 0x10 但当它执行时 pc 是 0x18。这是添加到编码中的 8 字节差异。

为什么ARM汇编语言中的B 25或BEQ 25表示"go to PC + 8 + 100"

Why does B 25 or BEQ 25 in ARM assembly language mean "go to PC + 8 + 100"

assembly

arm

branch

cpu-architecture

machine-code