一文搞懂 ARM 64 系列: ADC

1 指令语法

adc <Xd>, <Xn>, <Xm>

2 指令语义

adc就是带「进位」加法，指令中的c就是英文carry。

整个指令等价于:

(Xd, _) = Xn + Xm + PSTATE.C

也就是将寄存器Xn，寄存器Xm，PSTATE中的「进位」标志相加，将相加的结果写入寄存器Xd，但是丢弃相加产生的「进位」。

也就是说，adc指令只是使用PSTATE中的「进位」标志，但是最终结果不影响PSTATE中的「进位」标志。

3 PSTATE

上面代码中PSTATE是Process State，存储着ARM CPU运行时的一些状态。

PSTATE 中最常见的状态就是 NZCV:

N: 借位标志 - Negative Condition flag
Z: 0 - Zero Condition flag
C: 进位标志 - Carry Condition flag
V: 溢出标志 - Overflow Condition flag

要表示PSTATE中的某一标志，比如「进位」，可以写成PSTATE.C。

PSTATE除了NZCV这4个标志外，还有其他标志。

如果将PSTATE定义成一个结构体，可以表示为:

type ProcState is ( 
    bits (1) N, // Negative condition flag 
    bits (1) Z, // Carry condition flag
    bits (1) C, // Zero condition flag
    bits (1) V, // Overflow condition flag
    bits (1) D, // Debug mask bit [AArch64 only]
    bits (1) A, // SError interrupt mask bit
    bits (1) I, // IRQ mask bit
    bits (1) F, // FIQ mask bit
    bits (1) PAN, // Privileged Access Never Bit [v8.1]
    bits (1) UAO, // User Access Override [v8.2]
    bits (1) DIT, // Data Independent Timing [v8.4]
    bits (1) TCO, // Tag Check Override [v8.5, AArch64]
    bits (2) BTYPE, // Branch Type  [v8.5]
    bits (1) ZA, // Accumulation array [SME]
    bits (1) SM, // Streaming SVE mode  [SME]
    bits (1) ALLINT, // Interrupt mask bit
    bits (1) SS, // Software step bit
    bits (1) IL, // Illegal Execution state bit
    bits (2) EL, // Exception level
    bits (1) nRW, // not Register Width: 0=64, 1=32
    bits (1) SP, // Stack pointer select: 0=SP0, 1=SPx [AArch64 only]
    bits (1) Q, // Cumulative saturation flag [AArch32 only]
    bits (4) GE, // Greater than or Equal flags [AArch32 only]
    bits (1) SSBS, // Speculative Store Bypass Safe
    bits (8) IT, // If-then bits, RES0 in CPSR [AArch32 only]
    bits (1) J, // J bit, RES0  [AArch32 only, RES0 in SPSR and CPSR]
    bits (1) T, // T32 bit, RES0 in CPSR  [AArch32 only]
    bits (1) E, // Endianness bit [AArch32 only]
    bits (5) M // Mode field   [AArch32 only]
)

可以看到，PSTATE在ARM64和ARM32中不一样。有些标志在ARM64和ARM32都存在，有些却只在ARM64或者ARM32中单独存在。

同时，不同版本的ARM架构，PSTATE也不一样，比如标志BTYPE就存在ARMv8.5版本中。

4 查看 PSTATE

按照ARM文档，在ARM32下只能通过CPSR寄存器查看PSTATE的部分标志。

ARM64想要查看PSTATE，不同的标志都有单独对应的寄存器。比如查看NZCV标志，就有NZCV寄存器，ARM64下已没有CPSR寄存器。

// 按文档，ARM64 下查看 PSTATE 的寄存器
寄存器名       查看的标志
NZCV          N, Z, C, V
DAIF          D, A, I, F
CurrentEL     EL
SPSel         SP
PAN           PAN
UAO           UAO
DIT           DIT
SSBS          SSBS
TCO           TCO
ALLINT        ALLINT

CPSR是32bit寄存器，结构如下:

但是在实践过程中，iPhone 13 pro是64bit的ARM架构处理器，但是却提供了CPSR寄存器，而不能访问比如NZCV寄存器:

(lldb) p/t $cpsr
(unsigned int) 0b01100000000000000001000000000000
(lldb) p/t $nzcv
error: <user expression 2>:1:1: use of undeclared identifier '$nzcv'
$nzcv
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