AArch64 Assembly Language (ARM64)

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El lenguaje de montaje AArch64 representa el pináculo evolutivo de la arquitectura procesadora ARM, introduciendo un conjunto de instrucciones de 64 bits completamente rediseñado que mantiene la eficiencia energética y las características de rendimiento que hicieron que ARM dominante en la computación móvil al ampliar las capacidades para la computación de alto rendimiento, aplicaciones de servidor y cargas de trabajo emergentes. Presentada con la arquitectura ARMv8-A, AArch64 proporciona una ruptura limpia de las limitaciones ARM de 32 bits, preservando al mismo tiempo la filosofía de diseño RISC que ha demostrado ser tan exitosa en diversas plataformas informáticas. Las capacidades de 64 bits de la arquitectura permiten a las aplicaciones abordar vastos espacios de memoria, procesar conjuntos de datos más amplios, y lograr un mayor rendimiento computacional manteniendo la eficiencia energética que es crucial para los dispositivos propulsados por baterías y las operaciones del centro de datos. Comprender el lenguaje de montaje AArch64 es esencial para los desarrolladores que trabajan en sistemas modernos basados en ARM, incluyendo Apple Silicon Macs, AWS Graviton servers, dispositivos móviles y sistemas integrados que requieren el máximo rendimiento y eficiencia. Esta referencia integral proporciona una cobertura detallada de la programación de montaje AArch64, desde las mejoras arquitectónicas de más de 32 bits ARM a técnicas avanzadas de optimización que aprovechan las capacidades completas de los procesadores ARM modernos de 64 bits.

Evolución arquitectónica y mejoras de 64 bits

Transición de 32 bits ARM a AArch64

El desarrollo de AArch64 representó un reimagin fundamental de la arquitectura ARM en lugar de una simple extensión del diseño de 32 bits existente. Al mantener la compatibilidad atrasada a través del estado de ejecución de AArch32, AArch64 introdujo un conjunto de instrucciones completamente nuevo (A64) que abordaba las limitaciones de la arquitectura de 32 bits al tiempo que incorporaba las lecciones aprendidas de décadas de desarrollo del procesador ARM. La transición permitió que ARM compitiera eficazmente en mercados de computadoras de alto rendimiento, manteniendo al mismo tiempo las ventajas de eficiencia energética que habían hecho que ARM tuviera éxito en aplicaciones móviles e integradas.

Los cambios arquitectónicos en AArch64 se extienden mucho más allá de la simple expansión del ancho del registro, abarcando mejoras de codificación de instrucciones, capacidades mejoradas de SIMD, manejo de excepción simplificada y interfaces de programación del sistema modernizado. El equipo de diseño aprovechó la oportunidad para eliminar las características heredadas que complicaron la aplicación y añadieron capacidades que permiten una ejecución eficiente de las cargas de trabajo de software modernas. Este enfoque de pizarra limpia dio lugar a una arquitectura más poderosa y sencilla de implementar que sus predecesores de 32 bits.

Objetivos de Filosofía y Aplicación del Diseño

AArch64 encarna una filosofía RISC refinada que enfatiza la simplicidad, la ortogonalidad y la escalabilidad del rendimiento. El diseño del conjunto de instrucciones prioriza patrones de codificación regulares que simplifican la implementación del procesador al tiempo que proporcionan capacidades computacionales integrales. A diferencia del modelo de ejecución condicional de la arquitectura ARM de 32 bits, AArch64 adopta un enfoque más convencional con instrucciones de rama condicional dedicadas, simplificando la codificación de instrucciones y permitiendo implementaciones de procesadores más eficientes.

// AArch64 instruction examples showing simplified encoding
mov x0, #42             // Load immediate value into 64-bit register
add x1, x0, x2          // Add two 64-bit registers
ldr x3, [x4, #8]        // Load from memory with offset
str x5, [x6], #16       // Store with post-increment

// Conditional execution using branches instead of predication
cmp x0, x1              // Compare two registers
b.eq equal_label        // Branch if equal
b.ne not_equal_label    // Branch if not equal
b.lt less_than_label    // Branch if less than

La filosofía arquitectónica enfatiza proporcionar instrucciones poderosas que mapean eficientemente a patrones de programación comunes manteniendo la simplicidad de implementación. El conjunto de instrucciones incluye modos de respuesta mejorados, una mejor gestión inmediata de valor e instrucciones especializadas para operaciones comunes que permiten a los compiladores generar código altamente eficiente.

Estados de ejecución y compatibilidad

Los procesadores AArch64 pueden operar en múltiples estados de ejecución que proporcionan diferentes capacidades y niveles de compatibilidad. El estado de ejecución AArch64 proporciona operación nativa de 64 bits con el conjunto de instrucciones A64, mientras que el estado de ejecución AArch32 mantiene la compatibilidad con el código ARM existente de 32 bits a través de soporte para los conjuntos de instrucciones A32 (ARM) y T32 (Thumb).

// AArch64 native execution
.text
.global _start
_start:
    mov x0, #1              // 64-bit register operation
    mov x8, #93             // System call number (exit)
    svc #0                  // Supervisor call

// Exception level transitions
mrs x0, CurrentEL           // Read current exception level
lsr x0, x0, #2             // Extract EL field
cmp x0, #1                 // Compare with EL1
b.eq kernel_mode           // Branch if in kernel mode

El modelo de nivel de excepción en AArch64 proporciona cuatro niveles de privilegios (EL0-EL3) que permiten un diseño seguro y soporte de virtualización del sistema. EL0 proporciona ejecución de modo de usuario no privatizada, EL1 admite núcleos del sistema operativo, EL2 permite la implementación de hipervisor, y EL3 proporciona funcionalidad de monitor seguro para extensiones de seguridad TrustZone.

Regístrate Arquitectura y Organización

Expansión del Registro General-Purpose

AArch64 ofrece treinta y un registro general de 64 bits (X0-X30) más un marcador de registro y apilamiento cero dedicado, lo que representa una expansión significativa de los dieciséis registros disponibles en ARM de 32 bits. Este conjunto de registro ampliado aborda una de las principales limitaciones de la programación ARM de 32 bits, donde la presión de registro a menudo forzó el acceso frecuente a la memoria y oportunidades limitadas de optimización.

// 64-bit register operations
mov x0, #0x123456789ABCDEF0    // Load 64-bit immediate (limited cases)
add x1, x2, x3                 // Add two 64-bit registers
mul x4, x5, x6                 // Multiply two 64-bit registers

// 32-bit register views (W registers)
mov w0, #42                    // Load into 32-bit view (clears upper 32 bits)
add w1, w2, w3                 // 32-bit addition
ldr w4, [x5]                   // Load 32-bit value

// Register naming and relationships
// X0-X30: 64-bit general-purpose registers
// W0-W30: 32-bit views of X registers (lower 32 bits)
// XZR/WZR: Zero register (reads as 0, writes ignored)
// SP: Stack pointer (dedicated register)

La convención de nombres de registro ofrece una clara distinción entre las operaciones de 64 bits (X) y 32 bits (W), con operaciones de 32 bits que limpian automáticamente los 32 bits superiores del registro de destino. Este comportamiento elimina posibles vulnerabilidades de seguridad de los contenidos de registro no inicializados y proporciona semántica limpia para operaciones de tamaño mixto.

Registros especiales y Estado del sistema

AArch64 mantiene registros dedicados para operaciones de puntero de pila (SP) y contador de programas (PC), eliminando al mismo tiempo el concepto de registro de enlaces de 32 bits ARM a favor de utilizar el registro X30 para direcciones de retorno. La arquitectura proporciona acceso integral al estado del sistema a través de registros de sistemas que controlan el comportamiento del procesador, la gestión de memoria y las características de seguridad.

// Stack pointer operations
mov sp, x0                     // Set stack pointer
add sp, sp, #16               // Adjust stack pointer
ldr x1, [sp, #8]              // Load from stack with offset

// Return address handling
bl function_name               // Branch with link (saves return address in X30)
ret                           // Return using X30
ret x5                        // Return using specified register

// System register access
mrs x0, MIDR_EL1              // Read Main ID Register
mrs x1, MPIDR_EL1             // Read Multiprocessor Affinity Register
msr TTBR0_EL1, x2             // Write Translation Table Base Register

La interfaz de registro del sistema proporciona acceso a registros de identificación, configuración y control de procesadores a través de un esquema de designación unificado que incluye el nivel de excepción objetivo. Esta organización simplifica la programación del sistema y permite un control preciso sobre el comportamiento del procesador en diferentes niveles de privilegios.

Vector y SIMD Register Architecture

AArch64 proporciona treinta y dos registros vectoriales de 128 bits (V0-V31) que soportan operaciones SIMD avanzadas y aritmética de punto flotante. Estos registros se pueden acceder a diferentes granularidades (B, H, S, D, Q) para apoyar diversos tipos de datos y operaciones vectoriales, proporcionando capacidades de procesamiento paralelo significativamente mejoradas en comparación con el NEON ARM de 32 bits.

// Vector register access modes
// V0-V31: 128-bit vector registers
// Q0-Q31: 128-bit quadword view
// D0-D31: 64-bit doubleword view
// S0-S31: 32-bit single word view
// H0-H31: 16-bit halfword view
// B0-B31: 8-bit byte view

// SIMD operations
ld1 \\\\{v0.4s\\\\}, [x0]             // Load 4 single-precision floats
add v1.4s, v0.4s, v2.4s       // Add 4 floats in parallel
fmul v3.2d, v1.2d, v2.2d      // Multiply 2 double-precision floats
st1 \\\\{v3.2d\\\\}, [x1]             // Store 2 doubles

// Scalar floating-point operations
fadd d0, d1, d2               // Add two double-precision values
fmul s3, s4, s5               // Multiply two single-precision values
fcvt d6, s7                   // Convert single to double precision

La arquitectura de registro vectorial soporta tanto las operaciones de punto flotante escalar como el procesamiento avanzado de SIMD con soporte de tipo de datos completo. El archivo de registro unificado simplifica la programación y permite un movimiento eficiente de datos entre las operaciones de escalar y vector.

Instruction Set Arquitectura y codificación

Formato de instrucciones y mejoras de codificación

AArch64 utiliza la codificación de instrucciones fija de 32 bits que proporciona patrones regulares y decodificación simplificada en comparación con las codificación de longitud variable encontradas en algunas otras arquitecturas. El formato de instrucción elimina el campo de ejecución condicional presente en ARM de 32 bits, en lugar de proporcionar instrucciones sucursales condicionales específicas que permiten una implementación de procesadores más eficiente.

// Regular instruction encoding patterns
add x0, x1, x2                // Register-register addition
add x0, x1, #100              // Register-immediate addition
ldr x0, [x1, #8]              // Load with immediate offset
ldr x0, [x1, x2, lsl #3]      // Load with scaled register offset

// Immediate value handling
mov x0, #0xFFFF               // 16-bit immediate with optional shift
movk x0, #0x1234, lsl #16     // Insert 16-bit value at specific position
movz x1, #42                  // Zero remaining bits
movn x2, #0                   // Move NOT immediate

La codificación de instrucciones proporciona pautas consistentes en diferentes tipos de instrucción, lo que permite decodificar instrucciones eficientes y simplificar la aplicación del procesador. El manejo inmediato del valor soporta la construcción de constantes arbitrarias de 64 bits a través de una secuencia de instrucciones de movimiento con diferentes cantidades de cambio.

Modos mejorados de abordaje

AArch64 proporciona modos de abordaje sofisticados que permiten un acceso eficiente a diversas estructuras de datos manteniendo al mismo tiempo la simplicidad de implementación. Los modos de abordaje incluyen compensaciones inmediatas, compensaciones de registro con escala opcional y tratamiento pre/post-indexado que soporta una manipulación eficiente de punteros.

// Basic addressing modes
ldr x0, [x1]                  // Base register addressing
ldr x0, [x1, #8]              // Base plus immediate offset
ldr x0, [x1, x2]              // Base plus register offset
ldr x0, [x1, x2, lsl #3]      // Base plus scaled register offset

// Pre-indexed and post-indexed addressing
ldr x0, [x1, #8]!             // Load with pre-increment
ldr x0, [x1], #8              // Load with post-increment
str x0, [x1, #-16]!           // Store with pre-decrement
str x0, [x1], #16             // Store with post-increment

// PC-relative addressing
adr x0, label                 // Load address relative to PC
adrp x1, symbol               // Load page address relative to PC
ldr x2, [x1, #:lo12:symbol]   // Load from page offset

Los modos de tratamiento relacionados con PC permiten la generación de código independiente de la posición y el acceso eficiente a los datos y las direcciones de función mundiales. La instrucción ADRP carga la dirección de la página de un símbolo, mientras que las instrucciones posteriores pueden acceder a compensaciones específicas dentro de esa página.

Procesamiento de Datos e Instrucciones Aritméticas

AArch64 proporciona operaciones aritméticas y lógicas integrales que soportan operados de 32 bits y 64 bits. El conjunto de instrucciones incluye un mayor apoyo de valor inmediato, una fijación opcional de banderas de condición e instrucciones especializadas para operaciones comunes que permiten una generación eficiente de códigos.

// Basic arithmetic operations
add x0, x1, x2                // Add two 64-bit registers
adds x0, x1, x2               // Add and set condition flags
adc x0, x1, x2                // Add with carry
sub x0, x1, x2                // Subtract
subs x0, x1, x2               // Subtract and set flags
mul x0, x1, x2                // Multiply (low 64 bits)
smulh x0, x1, x2              // Signed multiply high
umulh x0, x1, x2              // Unsigned multiply high

// Logical operations
and x0, x1, x2                // Bitwise AND
orr x0, x1, x2                // Bitwise OR
eor x0, x1, x2                // Bitwise XOR
bic x0, x1, x2                // Bit clear (AND NOT)
orn x0, x1, x2                // OR NOT
eon x0, x1, x2                // XOR NOT

// Shift and rotate operations
lsl x0, x1, #4                // Logical shift left
lsr x0, x1, #8                // Logical shift right
asr x0, x1, #12               // Arithmetic shift right
ror x0, x1, #16               // Rotate right

Las instrucciones aritméticas proporcionan variantes de 32 bits y 64 bits con convenciones consistentes de nombres. La fijación opcional de banderas permite la ejecución eficiente de las operaciones condicionales sin requerir instrucciones de comparación separadas en muchos casos.

Control de flujo y estructura del programa

Instrucciones de rama y ejecución condicional

AArch64 reemplaza el modelo de ejecución condicional de 32 bits ARM con instrucciones de rama condicional dedicadas que proporcionan codificación de instrucciones más limpias y una implementación de procesadores más eficiente. Las instrucciones de la rama soportan varios códigos de condiciones y proporcionan capacidades de ramificación a corto y largo plazo.

// Conditional branches
cmp x0, x1                    // Compare two registers
b.eq equal_label              // Branch if equal
b.ne not_equal_label          // Branch if not equal
b.lt less_than_label          // Branch if less than (signed)
b.gt greater_than_label       // Branch if greater than (signed)
b.lo below_label              // Branch if below (unsigned)
b.hi above_label              // Branch if above (unsigned)

// Unconditional branches
b target_label                // Branch to label
bl function_name              // Branch with link
br x0                         // Branch to register
blr x1                        // Branch with link to register
ret                           // Return (equivalent to br x30)

// Compare and branch
cbz x0, zero_label            // Compare and branch if zero
cbnz x1, nonzero_label        // Compare and branch if not zero
tbz x2, #5, bit_clear         // Test bit and branch if zero
tbnz x3, #10, bit_set         // Test bit and branch if not zero

Las instrucciones de comparación y apertura permiten la aplicación eficiente de patrones condicionales comunes sin requerir comparaciones separadas e instrucciones de rama. Las instrucciones de prueba-bit-and-branch proporcionan capacidades de prueba de bits eficientes para el procesamiento de banderas y algoritmos de manipulación de bits.

Constructores de bucle y patrones de iteración

AArch64 apoya la implementación eficiente del bucle a través de varias combinaciones de instrucciones y modos de tratamiento. El conjunto de registro mejorado de la arquitectura y las capacidades de tratamiento permiten construcciones de bucle altamente optimizadas que minimizan el recuento de instrucciones y maximizan el rendimiento.

// Simple counting loop
mov x0, #100                  // Initialize counter
loop_start:
    // Loop body instructions
    subs x0, x0, #1           // Decrement and set flags
    b.ne loop_start           // Continue if not zero

// Array processing with post-increment
mov x0, #array_base           // Array pointer
mov x1, #array_end            // End address
process_loop:
    ldr x2, [x0], #8          // Load and increment pointer
    // Process element in x2
    cmp x0, x1                // Check for end
    b.lt process_loop         // Continue if not at end

// Vectorized loop with SIMD
mov x0, #vector_array         // Vector array base
mov x1, #element_count        // Number of vector elements
vector_loop:
    ld1 \\\\{v0.4s\\\\}, [x0], #16    // Load 4 floats, increment pointer
    fmul v0.4s, v0.4s, v1.4s  // Multiply by constant vector
    st1 \\\\{v0.4s\\\\}, [x2], #16    // Store result, increment pointer
    subs x1, x1, #1           // Decrement counter
    b.ne vector_loop          // Continue if more elements

Los modos de tratamiento post-indexado permiten lazos eficientes basados en punteros donde el cálculo de la dirección y el acceso a la memoria ocurren en instrucciones individuales. Las instrucciones SIMD pueden procesar múltiples elementos de datos por iteración, proporcionando mejoras significativas de rendimiento para algoritmos adecuados.

Función Calls and Procedure Linkage

AArch64 sigue la Norma de Procedimiento de Llamada (PCS) que define el paso del parámetro consistente, el uso del registro y los convenios de gestión de pilas. La convención de llamadas aprovecha el conjunto de registro ampliado para pasar más parámetros en los registros, reduciendo el tráfico de pilas y mejorando el rendimiento de las llamadas de función.

// Function call parameter passing
// X0-X7: Parameter and result registers
// X8: Indirect result location register
// X9-X15: Temporary registers
// X16-X17: Intra-procedure-call temporary registers
// X18: Platform register (reserved)
// X19-X28: Callee-saved registers
// X29: Frame pointer
// X30: Link register

// Function call sequence
mov x0, #param1               // First parameter
mov x1, #param2               // Second parameter
mov x2, #param3               // Third parameter
bl function_name              // Call function
// Return value in X0

// Function prologue
function_name:
    stp x29, x30, [sp, #-16]! // Save frame pointer and link register
    mov x29, sp               // Set up frame pointer
    sub sp, sp, #32           // Allocate local variable space

    // Save callee-saved registers if used
    stp x19, x20, [sp, #16]   // Save registers to stack

    // Function body
    add x0, x0, x1            // Use parameters
    str x0, [sp, #8]          // Store local variable

    // Function epilogue
    ldp x19, x20, [sp, #16]   // Restore callee-saved registers
    add sp, sp, #32           // Deallocate local variables
    ldp x29, x30, [sp], #16   // Restore frame pointer and link register
    ret                       // Return to caller

La convención de llamadas especifica que los primeros ocho parámetros se pasan en los registros X0-X7, con parámetros adicionales aprobados en la pila. El conjunto de registro ampliado permite llamadas de función más eficientes con la manipulación de pila reducida en comparación con ARM de 32 bits.

Gestión de memoria y programación de sistemas

Traducción de memoria virtual y dirección

AArch64 implementa un sofisticado sistema de memoria virtual que soporta múltiples tamaños de página, múltiples espacios de dirección y funciones avanzadas de gestión de memoria. La arquitectura proporciona direcciones virtuales de hasta 48 bits y admite varios tamaños de página incluyendo 4KB, 16KB y 64KB páginas, permitiendo estrategias flexibles de gestión de memoria.

// Translation table base register setup
mov x0, #ttb_address          // Translation table base address
msr TTBR0_EL1, x0             // Set user space translation table
msr TTBR1_EL1, x1             // Set kernel space translation table

// Memory attribute configuration
mov x0, #mair_value           // Memory attribute indirection register value
msr MAIR_EL1, x0              // Set memory attributes

// Translation control register
mov x0, #tcr_value            // Translation control register value
msr TCR_EL1, x0               // Configure address translation

// TLB maintenance
tlbi vmalle1                  // Invalidate all TLB entries for EL1
tlbi vaae1, x0                // Invalidate TLB entry by address
dsb sy                        // Data synchronization barrier
isb                           // Instruction synchronization barrier

El sistema de gestión de memoria proporciona tablas de traducción separadas para espacios de dirección de usuario y núcleo, permitiendo una conmutación eficiente del contexto y protección de memoria. El sistema de atributos de memoria soporta varias políticas de caché y shareabilidad que permiten la optimización para diferentes tipos de memoria y patrones de uso.

Excepciones Manejo y llamadas de sistema

AArch64 proporciona un modelo de manejo de excepción simplificado con cuatro niveles de excepción y tablas vectoriales de excepción completas. El mecanismo de manejo de excepción salva automáticamente el estado mínimo del procesador y proporciona transiciones eficientes entre los niveles de privilegios.

// Exception vector table (simplified)
.align 11                     // Vector table must be 2KB aligned
exception_vectors:
    // Current EL with SP_EL0
    b sync_current_el_sp0     // Synchronous exception
    .align 7
    b irq_current_el_sp0      // IRQ interrupt
    .align 7
    b fiq_current_el_sp0      // FIQ interrupt
    .align 7
    b serror_current_el_sp0   // System error
    .align 7

    // Current EL with SP_ELx
    b sync_current_el_spx     // Synchronous exception
    .align 7
    b irq_current_el_spx      // IRQ interrupt
    // ... additional vectors

// System call implementation
svc_handler:
    // System call number in X8
    // Parameters in X0-X7
    cmp x8, #__NR_syscalls    // Check system call number
    b.hs invalid_syscall      // Branch if invalid

    adr x9, sys_call_table    // Load system call table address
    ldr x9, [x9, x8, lsl #3]  // Load function pointer
    blr x9                    // Call system call handler

    eret                      // Exception return

El modelo de manejo de excepción proporciona un ahorro automático del estado mínimo (SPSR y ELR) mientras que requiere un ahorro explícito de los registros de uso general. Este enfoque permite un manejo eficiente de las excepciones al tiempo que proporciona flexibilidad para diferentes tipos de excepciones.

Pedido de Caché y Memoria

AArch64 proporciona capacidades integrales de gestión de caché y pedidos de memoria que permiten una implementación eficiente de sistemas multiprocesadores y controladores de dispositivos. La arquitectura soporta varias operaciones de mantenimiento de caché e instrucciones de barrera de memoria que aseguran el correcto comportamiento del programa en complejas jerarquías de memoria.

// Cache maintenance operations
dc civac, x0                  // Clean and invalidate data cache by address
dc cvac, x1                   // Clean data cache by address
ic ivau, x2                   // Invalidate instruction cache by address
dc zva, x3                    // Zero cache line by address

// Memory barriers
dmb sy                        // Data memory barrier (system)
dmb ish                       // Data memory barrier (inner shareable)
dsb sy                        // Data synchronization barrier (system)
dsb ish                       // Data synchronization barrier (inner shareable)
isb                           // Instruction synchronization barrier

// Atomic operations
ldxr x0, [x1]                 // Load exclusive
stxr w2, x3, [x1]             // Store exclusive (returns status)
clrex                         // Clear exclusive monitor

// Load-acquire and store-release
ldar x0, [x1]                 // Load acquire
stlr x2, [x3]                 // Store release

El modelo de pedidos de memoria proporciona semántica de liberación de la adquisición que permite la implementación eficiente de primitivos de sincronización sin requerir barreras de memoria completas. Las instrucciones de acceso exclusivas soportan operaciones atómicas y técnicas de programación sin bloqueo.

Técnicas de programación avanzada

Advanced SIMD and Vector Processing

AArch64 proporciona capacidades SIMD significativamente mejoradas en comparación con ARM de 32 bits, con soporte para diversos tipos de datos, operaciones vectoriales avanzadas y movimiento eficiente de datos entre los registros de escalar y vectores. El conjunto de instrucciones vectoriales permite la implementación de alto rendimiento de algoritmos multimedia, procesamiento de señales y matemáticos.

// Vector load and store operations
ld1 \\\\{v0.16b\\\\}, [x0]            // Load 16 bytes
ld1 \\\\{v1.8h\\\\}, [x1]             // Load 8 halfwords
ld1 \\\\{v2.4s\\\\}, [x2]             // Load 4 words
ld1 \\\\{v3.2d\\\\}, [x3]             // Load 2 doublewords
ld1 \\\\{v4.4s, v5.4s\\\\}, [x4]      // Load 8 words into two registers

// Vector arithmetic operations
add v0.16b, v1.16b, v2.16b    // Add 16 bytes
mul v3.8h, v4.8h, v5.8h       // Multiply 8 halfwords
fmul v6.4s, v7.4s, v8.4s      // Multiply 4 single-precision floats
fadd v9.2d, v10.2d, v11.2d    // Add 2 double-precision floats

// Advanced vector operations
tbl v0.16b, \\\\{v1.16b\\\\}, v2.16b  // Table lookup
zip1 v3.8h, v4.8h, v5.8h      // Interleave lower elements
zip2 v6.8h, v7.8h, v8.8h      // Interleave upper elements
rev64 v9.16b, v10.16b         // Reverse bytes in 64-bit lanes

// Reduction operations
addv h0, v1.8h                // Add across vector (horizontal add)
fmaxv s2, v3.4s               // Maximum across vector
saddlv d4, v5.16b             // Sum and widen across vector

El conjunto de instrucciones vectoriales soporta las operaciones de lana, las operaciones cruzadas y las instrucciones de reorganización de datos que permiten una implementación eficiente de algoritmos complejos. La capacidad de operar en múltiples tipos de datos dentro de la misma secuencia de instrucciones proporciona flexibilidad para computaciones de precisión mixta.

Prórrogas Criptográficas

AArch64 incluye extensiones criptográficas opcionales que proporcionan aceleración de hardware para algoritmos criptográficos comunes incluyendo AES, SHA y multiplicación polinomio. Estas extensiones permiten la implementación de alto rendimiento de protocolos de seguridad y aplicaciones criptográficas.

// AES encryption operations
aese v0.16b, v1.16b           // AES single round encryption
aesmc v2.16b, v0.16b          // AES mix columns
aesd v3.16b, v4.16b           // AES single round decryption
aesimc v5.16b, v3.16b         // AES inverse mix columns

// SHA hash operations
sha1h s0, s1                  // SHA1 hash update (choose)
sha1c q0, s2, v3.4s           // SHA1 hash update (choose)
sha1p q4, s5, v6.4s           // SHA1 hash update (parity)
sha1m q7, s8, v9.4s           // SHA1 hash update (majority)

// SHA256 operations
sha256h q0, q1, v2.4s         // SHA256 hash update (part 1)
sha256h2 q3, q4, v5.4s        // SHA256 hash update (part 2)
sha256su0 v6.4s, v7.4s        // SHA256 schedule update 0
sha256su1 v8.4s, v9.4s, v10.4s // SHA256 schedule update 1

Las extensiones criptográficas proporcionan mejoras significativas de rendimiento para aplicaciones críticas de seguridad y permiten la implementación eficiente de protocolos como TLS, IPSec y cifrado de disco. Las instrucciones funcionan en registros vectoriales y se pueden combinar con otras operaciones SIMD para obtener la máxima eficiencia.

Optimización del rendimiento y ajuste

La optimización AArch64 requiere comprensión de la microarquitectura procesadora, comportamiento de la jerarquía de memoria, y las consideraciones de programación de instrucciones. Los procesadores modernos AArch64 emplean sofisticados motores de ejecución fuera de orden, pero una cuidadosa selección de instrucciones y diseño de datos todavía pueden proporcionar beneficios significativos de rendimiento.

// Loop optimization with software pipelining
mov x0, #array_base           // Array base address
mov x1, #count                // Element count
ldr x2, [x0], #8              // Preload first element

optimized_loop:
    // Process current element (x2)
    add x3, x2, #1            // Example processing

    // Load next element while processing current
    ldr x2, [x0], #8          // Load next, increment pointer
    str x3, [x4], #8          // Store result, increment output

    subs x1, x1, #1           // Decrement counter
    b.ne optimized_loop       // Continue if more elements

// Branch prediction optimization
// Arrange code so common case falls through
cmp x0, #threshold
b.ge uncommon_case            // Uncommon case branches
// Common case code continues here
common_case:
    // Frequently executed code
    b continue_execution

uncommon_case:
    // Rarely executed code
    b continue_execution

continue_execution:
    // Continuation point

Optimización de rendimiento en AArch64 beneficios de entender comportamiento de predicción de ramas, utilización de línea de caché y paralelismo de nivel de instrucción. El conjunto de registro ampliado permite optimizaciones de compilador más agresivas y reduce el tráfico de memoria en comparación con las arquitecturas contiguas al registro.

El lenguaje de montaje AArch64 proporciona una base poderosa y moderna para aplicaciones informáticas de alto rendimiento, desarrollo de software del sistema y programación de sistemas integrados. Su diseño limpio de 64 bits, las capacidades mejoradas de SIMD y las funciones integrales de programación del sistema permiten a los desarrolladores crear aplicaciones eficientes que utilicen plenamente las capacidades modernas de procesador ARM. Mastery of AArch64 assembly programming is essential for performance-critical applications, system-level development, security research, and any domain requiring direct hardware control and excellent resource use on ARM platforms. La evolución continuada de la arquitectura y la adopción creciente en diversas plataformas de computación aseguran su relevancia para futuros retos de computación manteniendo al mismo tiempo la eficiencia energética y las características de rendimiento que han hecho que ARM tenga éxito en los mercados de computación móvil, integrado y servidor.