AArch64 Langue d'assemblage (ARM64)
Le langage d'assemblage AArch64 représente le pinacle évolutif de l'architecture du processeur ARM, introduisant un ensemble d'instructions 64 bits entièrement repensé qui maintient les caractéristiques d'efficacité et de performance qui ont rendu ARM dominant dans le calcul mobile tout en étendant les capacités pour l'informatique haute performance, les applications serveur et les nouvelles charges de travail. Introduit avec l'architecture ARMv8-A, AArch64 offre une rupture nette des limitations ARM 32 bits tout en préservant la philosophie de conception RISC qui a fait ses preuves sur diverses plateformes informatiques. Les capacités 64 bits de l'architecture permettent aux applications d'aborder de vastes espaces de mémoire, de traiter des ensembles de données plus importants et d'obtenir un débit de calcul plus élevé tout en maintenant l'efficacité énergétique qui est cruciale pour les appareils alimentés par batterie et les opérations du centre de données. Comprendre le langage d'assemblage AArch64 est essentiel pour les développeurs travaillant sur des systèmes modernes basés sur ARM, y compris Apple Silicon Macs, les serveurs AWS Graviton, les appareils mobiles et les systèmes embarqués qui nécessitent des performances et une efficacité maximales. Cette référence complète fournit une couverture détaillée de la programmation d'assemblage AArch64, des améliorations architecturales au-delà de 32 bits ARM aux techniques d'optimisation avancées qui tirent parti de toutes les capacités des processeurs ARM modernes 64 bits.
Evolution architecturale et améliorations de 64 bits
Transition de 32 bits ARM à AArch64
Le développement d'Arch64 représentait une refonte fondamentale de l'architecture ARM plutôt qu'une simple extension du design 32 bits existant. Tout en maintenant la compatibilité avec l'état d'exécution AArch32, AArch64 a introduit un ensemble d'instructions entièrement nouveau (A64) qui traitait des limites de l'architecture 32 bits tout en intégrant les leçons tirées de décennies de développement de processeurs ARM. La transition a permis à ARM de concurrencer efficacement les marchés de l'informatique à haute performance tout en maintenant les avantages d'efficacité énergétique qui avaient permis à ARM de réussir dans les applications mobiles et intégrées.
Les changements architecturaux dans AArch64 s'étendent bien au-delà de l'expansion simple de la largeur du registre, incluant des améliorations d'encodage des instructions, des capacités SIMD améliorées, un traitement simplifié des exceptions et des interfaces de programmation modernisées du système. L'équipe de conception a profité de l'occasion pour supprimer les caractéristiques qui ont compliqué la mise en œuvre tout en ajoutant des capacités qui permettent l'exécution efficace de la charge de travail des logiciels modernes. Cette approche ardoise a donné lieu à une architecture à la fois plus puissante et plus simple à mettre en œuvre que ses prédécesseurs 32 bits.
Philosophie de la conception et objectifs de mise en oeuvre
AArch64 incarne une philosophie RISC raffinée qui met l'accent sur la simplicité, l'orthogonalité et l'évolutivité des performances. La conception de l'ensemble d'instructions priorise les modèles d'encodage réguliers qui simplifient l'implémentation du processeur tout en fournissant des capacités de calcul complètes. Contrairement au modèle d'exécution conditionnelle de l'architecture ARM 32 bits, AArch64 adopte une approche plus conventionnelle avec des instructions de branche conditionnelle dédiées, simplifiant l'encodage des instructions et permettant des implémentations de processeur plus efficaces.
// 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 philosophie architecturale met l'accent sur la fourniture d'instructions puissantes qui cartographient efficacement les modèles de programmation communs tout en maintenant la simplicité de mise en oeuvre. L'ensemble d'instructions comprend des modes d'adressage améliorés, une meilleure gestion immédiate de la valeur et des instructions spécialisées pour les opérations communes qui permettent aux compilateurs de générer un code très efficace.
États d'exécution et compatibilité
Les processeurs AArch64 peuvent fonctionner dans plusieurs états d'exécution qui fournissent des capacités et des niveaux de compatibilité différents. L'état d'exécution AArch64 fournit une opération native 64 bits avec l'ensemble d'instructions A64, tandis que l'état d'exécution AArch32 maintient la compatibilité avec le code ARM 32 bits existant grâce à la prise en charge des ensembles d'instructions A32 (ARM) et 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
```_
Le modèle de niveau d'exception dans AArch64 fournit quatre niveaux de privilèges (EL0-EL3) qui permettent la conception sécurisée du système et le support de virtualisation. EL0 fournit l'exécution en mode utilisateur non privilégié, EL1 prend en charge les noyaux du système d'exploitation, EL2 permet l'implémentation d'hyperviseur, et EL3 fournit des fonctionnalités de surveillance sécurisées pour les extensions de sécurité TrustZone.
## Architecture et organisation des registres
### Expansion du registre des biens généraux
AArch64 fournit trente et un registres à usage général 64 bits (X0-X30) ainsi qu'un registre zéro dédié et pointeur de pile, ce qui représente une expansion significative des seize registres disponibles dans 32 bits ARM. Cet ensemble de registres élargi répond à l'une des principales limitations de la programmation ARM 32 bits, où la pression des registres a souvent forcé l'accès fréquent à la mémoire et des possibilités d'optimisation limitées.
```asm
// 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 convention de nommage de registre établit une distinction claire entre les opérations 64 bits (X) et 32 bits (W), avec des opérations 32 bits permettant de nettoyer automatiquement les 32 bits supérieurs du registre cible. Ce comportement élimine les vulnérabilités de sécurité potentielles du contenu non initialisé du registre et fournit une sémantique propre pour les opérations de taille mixte.
### Registres spéciaux et État du système
AArch64 tient des registres dédiés pour les opérations de pointeur de pile (SP) et de compteur de programme (PC), tout en éliminant le concept de registre de liens de 32 bits ARM en faveur de l'utilisation du registre à usage général X30 pour les adresses de retour. L'architecture offre un accès complet à l'état système grâce à des registres système qui contrôlent le comportement du processeur, la gestion de la mémoire et les fonctionnalités de sécurité.
```asm
// 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
L'interface du registre système permet d'accéder aux registres d'identification, de configuration et de contrôle des processeurs grâce à un système de nommage unifié incluant le niveau d'exception cible. Cette organisation simplifie la programmation du système et permet un contrôle précis du comportement du processeur à différents niveaux de privilège.
Architecture de registre vectorielle et SIMD
AArch64 fournit trente-deux registres vectoriels 128 bits (V0-V31) qui prennent en charge les opérations SIMD avancées et l'arithmétique flottante. Ces registres peuvent être consultés à différentes granularités (B, H, S, D, Q) pour soutenir divers types de données et opérations vectorielles, offrant des capacités de traitement parallèle nettement améliorées par rapport à ARM NEON 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
L'architecture de registre vectoriel prend en charge à la fois les opérations de point flottant scalaire et le traitement avancé SIMD avec un support de type de données complet. Le fichier de registre unifié simplifie la programmation et permet un mouvement efficace des données entre les opérations scalaires et vectorielles.
Architecture et codage des ensembles d'instructions
Format de l'instruction et amélioration du codage
AArch64 utilise l'encodage d'instruction fixe 32 bits qui fournit des motifs réguliers et un décodage simplifié par rapport aux encodages de longueur variable trouvés dans d'autres architectures. Le format d'instruction élimine le champ d'exécution conditionnelle présent dans l'ARM 32 bits, fournissant plutôt des instructions de branche conditionnelle dédiées qui permettent des implémentations de processeur plus efficaces.
// 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
L'encodage des instructions fournit des modèles cohérents pour différents types d'instructions, ce qui permet de décoder efficacement les instructions et de simplifier la mise en œuvre du processeur. La manipulation immédiate de la valeur supporte la construction de constantes arbitraires de 64 bits à travers une séquence d'instructions de déplacement avec différentes quantités de décalage.
Modes d'adressage améliorés
AArch64 offre des modes d'adressage sophistiqués qui permettent un accès efficace à diverses structures de données tout en maintenant la simplicité de mise en œuvre. Les modes d'adressage comprennent les décalages immédiats, les décalages de registre avec une échelle optionnelle et l'adressage pré/post-indexé qui supporte une manipulation efficace des pointeurs.
// 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
Les modes d'adressage relatifs au PC permettent la génération de code indépendant de la position et un accès efficace aux données et aux adresses de fonctions globales. L'instruction de l'ADRP charge l'adresse de la page d'un symbole, tandis que les instructions suivantes peuvent accéder à des offsets spécifiques dans cette page.
Traitement des données et instructions arithmétiques
AArch64 fournit des opérations arithmétiques et logiques complètes qui soutiennent les opérandes 32 bits et 64 bits. L'ensemble d'instructions comprend une meilleure prise en charge immédiate de la valeur, le réglage optionnel du drapeau de l'état et des instructions spécialisées pour les opérations communes qui permettent une génération de code efficace.
// 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
Les instructions arithmétiques fournissent des variantes 32 bits et 64 bits avec des conventions de nommage cohérentes. Le réglage facultatif du drapeau d'état permet une mise en œuvre efficace des opérations conditionnelles sans avoir besoin d'instructions de comparaison distinctes dans de nombreux cas.
Flux de contrôle et structure du programme
Instructions de la Direction générale et exécution conditionnelle
AArch64 remplace le modèle d'exécution conditionnelle de l'ARM 32 bits par des instructions de branche conditionnelle dédiées qui fournissent un codage d'instruction plus propre et une mise en œuvre plus efficace du processeur. Les instructions de branche supportent divers codes d'état et fournissent des capacités de branchement à courte et longue portée.
// 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
Les instructions de comparaison et de branche permettent une mise en oeuvre efficace des modèles conditionnels communs sans exiger de comparaison séparée et des instructions de branche. Les instructions de test-bit-and-branch fournissent des capacités de test de bits efficaces pour le traitement de drapeau et les algorithmes de manipulation de bits.
Constructions de boucles et motifs d'itération
AArch64 prend en charge la mise en œuvre efficace de boucles par diverses combinaisons d'instructions et modes d'adressage. L'ensemble amélioré de registres et les capacités d'adressage de l'architecture permettent des constructions de boucle hautement optimisées qui minimisent le nombre d'instructions et maximisent le débit.
// 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
Les modes d'adressage post-indexés permettent des boucles efficaces basées sur des pointeurs où le calcul de l'adresse et l'accès à la mémoire se produisent dans des instructions uniques. Les instructions SIMD peuvent traiter plusieurs éléments de données par itération, fournissant des améliorations de performance importantes pour les algorithmes appropriés.
Fonction Appels et procédure Lien
AArch64 suit la norme d'appel de procédure (PCS) qui définit les paramètres cohérents de passage, d'utilisation des registres et de conventions de gestion des piles. La convention d'appel profite de l'ensemble élargi de registres pour passer plus de paramètres dans les registres, réduire le trafic de pile et améliorer les performances des appels de fonction.
// 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 convention d'appel spécifie que les huit premiers paramètres sont passés dans les registres X0-X7, avec des paramètres supplémentaires passés sur la pile. Le jeu de registres élargi permet des appels de fonctions plus efficaces avec une manipulation de pile réduite par rapport à ARM 32 bits.
Gestion de la mémoire et programmation du système
Mémoire virtuelle et traduction d'adresses
AArch64 implémente un système de mémoire virtuelle sophistiqué qui prend en charge plusieurs tailles de pages, plusieurs espaces d'adresses et des fonctionnalités avancées de gestion de la mémoire. L'architecture offre jusqu'à 48 bits d'adresses virtuelles et prend en charge différentes tailles de pages, dont 4Ko, 16Ko et 64Ko, ce qui permet des stratégies de gestion de mémoire flexibles.
// 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
Le système de gestion de la mémoire fournit des tables de traduction séparées pour les espaces d'adresse utilisateur et noyau, permettant un changement de contexte efficace et la protection de la mémoire. Le système d'attribut mémoire prend en charge diverses politiques de mise en cache et de partage qui permettent l'optimisation pour différents types de mémoire et modèles d'utilisation.
Traitement des exceptions et appels système
AArch64 offre un modèle simplifié de manipulation des exceptions avec quatre niveaux d'exception et des tables vectorielles d'exception complètes. Le mécanisme de manipulation d'exception enregistre automatiquement un état de processeur minimal et fournit des transitions efficaces entre les niveaux de privilèges.
// 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
Le modèle de traitement des exceptions permet d'enregistrer automatiquement l'état minimal (SPSR et ELR) tout en exigeant une sauvegarde explicite des registres à usage général. Cette approche permet une manipulation efficace des exceptions tout en offrant une flexibilité pour différents types d'exceptions.
Commande de cache et de mémoire
AArch64 offre des capacités complètes de gestion du cache et de commande de mémoire qui permettent une mise en œuvre efficace des systèmes multiprocesseurs et des pilotes de périphériques. L'architecture prend en charge diverses opérations de maintenance du cache et les instructions de barrière de mémoire qui assurent un comportement correct du programme dans les hiérarchies de mémoire complexes.
// 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
Le modèle de commande de mémoire fournit une sémantique d'acquisition-libération qui permet une mise en œuvre efficace des primitifs de synchronisation sans nécessiter des barrières de mémoire complètes. Les instructions d'accès exclusives soutiennent les opérations atomiques et les techniques de programmation sans verrouillage.
Techniques de programmation avancées
Avancé SIMD et traitement vectoriel
AArch64 offre des capacités SIMD considérablement améliorées par rapport à ARM 32 bits, avec un support pour différents types de données, des opérations vectorielles avancées et un mouvement efficace des données entre les registres scalaires et vectoriaux. L'ensemble d'instruction vectorielle permet une mise en œuvre à haute performance des algorithmes multimédia, de traitement des signaux et mathématiques.
// 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
L'ensemble d'instructions vectorielles prend en charge les opérations en sens des voies, les opérations transversales et les instructions de réorganisation des données qui permettent la mise en œuvre efficace d'algorithmes complexes. La possibilité de fonctionner sur plusieurs types de données dans le même flux d'instruction offre une flexibilité pour les calculs de précision mixte.
Extensions cryptographiques
AArch64 comprend des extensions cryptographiques optionnelles qui fournissent une accélération matérielle pour les algorithmes cryptographiques communs, y compris AES, SHA, et multiplication polynomiale. Ces extensions permettent une mise en œuvre performante des protocoles de sécurité et des applications cryptographiques.
// 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
Les extensions cryptographiques permettent d'améliorer considérablement les performances des applications critiques en matière de sécurité et permettent la mise en œuvre efficace de protocoles tels que TLS, IPSec et le chiffrement sur disque. Les instructions fonctionnent sur des registres vectoriels et peuvent être combinées avec d'autres opérations SIMD pour une efficacité maximale.
Optimisation et réglage des performances
L'optimisation AArch64 nécessite une compréhension de la microarchitecture du processeur, du comportement de la hiérarchie de la mémoire et des considérations de planification des instructions. Les processeurs modernes AArch64 utilisent des moteurs d'exécution hors-commande sophistiqués, mais la sélection minutieuse des instructions et la mise en page des données peuvent encore fournir des avantages de performance importants.
// 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
L'optimisation des performances sur AArch64 bénéficie de la compréhension du comportement de la prévision des branches, de l'utilisation de la ligne de cache et du parallélisme au niveau de l'instruction. L'ensemble de registres élargi permet des optimisations plus agressives des compilateurs et réduit le trafic de mémoire par rapport aux architectures de registres.
Le langage d'assemblage AArch64 offre une base puissante et moderne pour les applications informatiques de haute performance, le développement de logiciels système et la programmation de systèmes embarqués. Sa conception propre 64 bits, ses capacités SIMD améliorées et ses fonctions de programmation système complètes permettent aux développeurs de créer des applications efficaces qui utilisent pleinement les capacités modernes du processeur ARM. La maîtrise de la programmation d'assemblage AArch64 est essentielle pour les applications critiques en matière de performance, le développement au niveau du système, la recherche sur la sécurité et tout domaine nécessitant un contrôle matériel direct et une utilisation optimale des ressources sur les plateformes ARM. L'évolution continue de l'architecture et son adoption croissante sur diverses plates-formes informatiques assurent sa pertinence pour les défis informatiques futurs tout en maintenant les caractéristiques d'efficacité et de performance qui ont permis à ARM de réussir sur les marchés de l'informatique mobile, embarquée et serveur.