AArch64 Assembly Language (ARM64)

Traduzione: Copia tutti i comandi Traduzione: Generare PDF < > Il linguaggio di assemblaggio AArch64 rappresenta il pinnacolo evolutivo dell'architettura del processore ARM, introducendo un set di istruzioni a 64 bit completamente ridisegnato che mantiene le caratteristiche di efficienza e prestazioni di potenza che hanno reso ARM dominante nel mobile computing, estendendo al contempo le capacità di calcolo ad alte prestazioni, applicazioni server e carichi di lavoro emergenti. Introdotto con l'architettura ARMv8-A, AArch64 offre una pausa pulita dai limiti ARM a 32 bit preservando la filosofia di progettazione RISC che ha dimostrato così successo attraverso diverse piattaforme di calcolo. Le funzionalità a 64 bit dell'architettura consentono alle applicazioni di affrontare vasti spazi di memoria, elaborare più grandi set di dati e raggiungere una maggiore produttività computazionale mantenendo l'efficienza energetica che è fondamentale per i dispositivi alimentati a batteria e le operazioni del data center. La comprensione del linguaggio di assemblaggio AArch64 è essenziale per gli sviluppatori che lavorano su moderni sistemi basati su ARM, tra cui Apple Silicon Macs, server AWS Graviton, dispositivi mobili e sistemi incorporati che richiedono la massima efficienza e prestazioni. Questo riferimento completo fornisce una copertura dettagliata della programmazione di montaggio AArch64, dai miglioramenti architettonici oltre 32-bit ARM alle tecniche di ottimizzazione avanzate che sfruttano le capacità complete dei moderni processori ARM a 64-bit. ## Evoluzione architettonica e miglioramenti a 64 bit ### Transizione da 32 bit ARM a AArch64 Lo sviluppo di AArch64 rappresentava una rivisitazione fondamentale dell'architettura ARM piuttosto che una semplice estensione del design a 32 bit esistente. Pur mantenendo la compatibilità all'indietro attraverso lo stato di esecuzione AArch32, AArch64 ha introdotto un set di istruzioni completamente nuovo (A64) che ha affrontato i limiti dell'architettura a 32 bit, incorporando lezioni apprese da decenni di sviluppo del processore ARM. La transizione ha permesso a ARM di competere efficacemente nei mercati di calcolo ad alte prestazioni, mantenendo i vantaggi di efficienza energetica che avevano reso ARM di successo nelle applicazioni mobili e integrate. I cambiamenti architettonici in AArch64 si estendono ben oltre la semplice espansione della larghezza del registro, comprendendo miglioramenti di codifica delle istruzioni, funzionalità SIMD migliorate, gestione semplificata delle eccezioni e interfacce di programmazione di sistema modernizzate. Il team di progettazione ha colto l'opportunità di rimuovere le funzionalità legacy che complicano l'implementazione aggiungendo funzionalità che consentono un'esecuzione efficiente dei carichi di lavoro software moderni. Questo approccio pulito-slato ha portato a un'architettura che sia più potente e semplice da implementare rispetto ai suoi predecessori a 32 bit. ### Filosofia e obiettivi di attuazione AArch64 incarna una raffinata filosofia RISC che enfatizza semplicità, ortogonalità e scalabilità delle prestazioni. Il set di istruzioni design privilegia schemi di codifica regolari che semplificano l'implementazione del processore fornendo funzionalità computazionali complete. A differenza del modello di esecuzione condizionale dell'architettura ARM a 32 bit, AArch64 adotta un approccio più convenzionale con istruzioni su rami condizionali dedicate, semplificando la codifica delle istruzioni e consentendo implementazioni del processore più efficienti. Traduzione: La filosofia architettonica sottolinea di fornire potenti istruzioni che mappano in modo efficiente i modelli di programmazione comuni mantenendo la semplicità di attuazione. Il set di istruzioni include modalità di indirizzamento migliorate, una migliore gestione del valore immediato e istruzioni specializzate per operazioni comuni che consentono ai compilatori di generare codice altamente efficiente. ### Stati di esecuzione e Compatibilità I processori AArch64 possono operare in più stati di esecuzione che forniscono diverse capacità e livelli di compatibilità. Lo stato di esecuzione AArch64 fornisce un funzionamento a 64 bit nativo con il set di istruzioni A64, mentre lo stato di esecuzione AArch32 mantiene la compatibilità con il codice ARM a 32 bit esistente tramite il supporto per gli set di istruzioni A32 (ARM) e T32 (Thumb). Traduzione: Il modello di livello di eccezione in AArch64 fornisce quattro livelli di privilegi (EL0-EL3) che consentono la progettazione sicura del sistema e il supporto di virtualizzazione. EL0 fornisce l'esecuzione della modalità utente non privata, EL1 supporta i kernel del sistema operativo, EL2 consente l'implementazione dell'hypervisor e EL3 fornisce funzionalità di monitoraggio sicure per le estensioni di sicurezza TrustZone. ## Registrare Architettura e Organizzazione ### Espansione del registro generale AArch64 fornisce registri generici a 64 bit (X0-X30) più un registro e puntatore dedicato a zero, rappresentando una significativa espansione dai sedici registri disponibili in ARM a 32 bit. Questo set di registro ampliato affronta una delle limitazioni principali della programmazione ARM a 32 bit, dove la pressione del registro spesso ha costretto l'accesso frequente alla memoria e le opportunità di ottimizzazione limitate. Traduzione: La convenzione di denominazione del registro fornisce una chiara distinzione tra le operazioni a 64 bit (X) e a 32 bit (W), con operazioni a 32 bit che cancellano automaticamente i 32 bit superiori del registro di destinazione. Questo comportamento elimina potenziali vulnerabilità di sicurezza da contenuti di registro non inizializzati e fornisce semantica pulita per operazioni a dimensione mista. ### Registrazioni Speciali e Stato di Sistema AArch64 mantiene registri dedicati per operazioni di puntatore di stack (SP) e contatore di programma (PC), eliminando al contempo il concetto di registro di collegamento da 32-bit ARM a favore dell'utilizzo del registro generale X30 per indirizzi di ritorno. L'architettura fornisce l'accesso completo dello stato di sistema attraverso i registri di sistema che controllano il comportamento del processore, la gestione della memoria e le funzioni di sicurezza. Traduzione: L'interfaccia del registro di sistema fornisce l'accesso ai registri di identificazione, configurazione e controllo del processore attraverso uno schema di denominazione unificato che include il livello di eccezione di destinazione. Questa organizzazione semplifica la programmazione del sistema e consente un controllo preciso sul comportamento del processore a diversi livelli di privilegi. ### Vettore e SIMD Registrare Architettura AArch64 fornisce trentadue registri vettoriali a 128 bit (V0-V31) che supportano operazioni SIMD avanzate e aritmetica a punto variabile. Questi registri possono essere accessibili a diverse granularità (B, H, S, D, Q) per supportare vari tipi di dati e operazioni vettoriali, fornendo capacità di elaborazione parallele notevolmente migliorate rispetto a 32 bit ARM NEON. Traduzione: L'architettura del registro vettoriale supporta sia le operazioni scalari a punto mobile che l'elaborazione avanzata di SIMD con il supporto completo del tipo di dati. Il file di registro unificato semplifica la programmazione e consente un efficiente movimento dei dati tra operazioni scalari e vettoriali. ## Istruzione Set Architettura e codifica ### Formato di istruzioni e miglioramenti di codifica AArch64 utilizza la codifica di istruzioni a 32 bit fissa che fornisce modelli regolari e decodifica semplificata rispetto alle codificazioni a lunghezza variabile trovate in alcune altre architetture. Il formato di istruzioni elimina il campo di esecuzione condizionale presente in ARM a 32 bit, fornendo invece istruzioni di ramo condizionale dedicate che consentono implementazioni di processori più efficienti. Traduzione: La codifica delle istruzioni fornisce modelli coerenti tra diversi tipi di istruzioni, consentendo una decodifica efficiente delle istruzioni e semplificando l'implementazione del processore. L'immediata gestione del valore supporta la costruzione di costanti a 64 bit arbitrari attraverso una sequenza di istruzioni di spostamento con diversi importi di spostamento. ### Modalità di indirizzo avanzate AArch64 fornisce sofisticate modalità di indirizzamento che consentono un accesso efficiente alle varie strutture dati mantenendo la semplicità di implementazione. Le modalità di indirizzamento includono gli offset immediati, gli offset dei registri con scaling facoltativo e l'indirizzo pre/post-indexed che supporta un'efficace manipolazione dei puntatori. Traduzione: Le modalità di indirizzamento basate sul PC consentono la generazione di codice indipendente dalla posizione e l'accesso efficiente agli indirizzi di dati e funzioni globali. L'istruzione ADRP carica l'indirizzo della pagina di un simbolo, mentre le istruzioni successive possono accedere a specifici offset all'interno di quella pagina. ### Trattamento dei dati e istruzioni aritmetiche AArch64 fornisce operazioni aritmetiche e logiche complete che supportano sia gli operandi a 32 bit che a 64 bit. Il set di istruzioni include il supporto immediato migliorato del valore, l'impostazione facoltativa della bandiera delle condizioni e le istruzioni specializzate per le operazioni comuni che consentono una generazione efficiente del codice. Traduzione: Le istruzioni aritmetiche forniscono sia varianti a 32 bit che a 64 bit con convenzioni di denominazione coerenti. L'impostazione opzionale della bandiera delle condizioni consente l'implementazione efficiente delle operazioni condizionali senza richiedere istruzioni di confronto separate in molti casi. ## Control Flow and Program Structure ### Istruzioni Branch e esecuzione condizionale AArch64 sostituisce il modello di esecuzione condizionale di ARM a 32 bit con istruzioni su ramo condizionale dedicate che forniscono una codifica di istruzioni più pulita e una più efficiente implementazione del processore. Le istruzioni del ramo supportano vari codici di condizione e forniscono sia le capacità di ramificazione a breve e a lungo raggio. Traduzione: Le istruzioni per il confronto e il freno consentono un'efficace applicazione di schemi condizionali comuni senza richiedere il confronto separato e le istruzioni per il ramo. Le istruzioni test-bit-and-branch forniscono funzionalità di test bit efficienti per l'elaborazione di bandiere e algoritmi di manipolazione bit. ### Loop Costruzioni e Modelli di Iterazione AArch64 supporta l'implementazione efficiente del loop attraverso varie combinazioni di istruzioni e modalità di indirizzamento. Le funzionalità di registrazione e di indirizzamento migliorate dell'architettura consentono di ottimizzare i costrutti di loop che minimizzano il conteggio delle istruzioni e massimizzano il throughput. Traduzione: Le modalità di indirizzamento post-indicizzate consentono un efficiente loop basato sul puntatore in cui il calcolo dell'indirizzo e l'accesso alla memoria avvengono in singole istruzioni. Le istruzioni SIMD possono elaborare più elementi di dati per iterazione, fornendo miglioramenti significativi delle prestazioni per gli algoritmi adatti. ### Funzione Chiamate e Procedura Linkage AArch64 segue la Procedura Call Standard (PCS) che definisce i parametri di passaggio coerente, l'utilizzo del registro e le convenzioni di gestione dello stack. La convenzione di chiamata sfrutta il set di registro ampliato per passare più parametri nei registri, riducendo il traffico di stack e migliorando le prestazioni di chiamata funzione. Traduzione: La convenzione di chiamata specifica che i primi otto parametri sono passati nei registri X0-X7, con parametri aggiuntivi passati sullo stack. Il set di registro ampliato consente chiamate funzionali più efficienti con una manipolazione ridotta dello stack rispetto al ARM a 32 bit. ## Gestione della memoria e programmazione del sistema ### Memoria virtuale e traduzione degli indirizzi AArch64 implementa un sofisticato sistema di memoria virtuale che supporta più dimensioni della pagina, più spazi di indirizzo e funzionalità di gestione della memoria avanzate. L'architettura fornisce fino a 48 bit indirizzi virtuali e supporta diverse dimensioni di pagina, tra cui pagine 4KB, 16KB e 64KB, consentendo strategie di gestione della memoria flessibili. Traduzione: Il sistema di gestione della memoria fornisce tabelle di traduzione separate per gli spazi degli indirizzi degli utenti e del kernel, consentendo un efficiente switching del contesto e una protezione della memoria. Il sistema di attributo di memoria supporta varie politiche di cache e condivisione che consentono l'ottimizzazione per diversi tipi di memoria e modelli di utilizzo. ### Eccezione Gestione e Chiamate di sistema AArch64 fornisce un modello di gestione delle eccezioni semplificato con quattro livelli di eccezione e tabelle vettoriali di eccezione complete. Il meccanismo di gestione delle eccezioni salva automaticamente lo stato del processore minimo e fornisce transizioni efficienti tra i livelli di privilegi. # Il modello di gestione delle eccezioni fornisce il risparmio automatico dello stato minimo (SPSR e ELR) pur richiedendo un salvataggio esplicito dei registri generali. Questo approccio consente una gestione efficiente delle eccezioni, fornendo flessibilità per diversi tipi di eccezione. ### Ordine Cache e Memoria AArch64 fornisce funzionalità complete di gestione della cache e ordinazione della memoria che consentono l'implementazione efficiente di sistemi multiprocessore e driver di dispositivo. L'architettura supporta varie operazioni di manutenzione della cache e istruzioni per la barriera alla memoria che garantiscono un corretto comportamento del programma nelle gerarchie complesse della memoria. Traduzione: Il modello di ordinazione della memoria fornisce semantica di rilascio di acquisizioni che permettono l'implementazione efficiente dei primitivi di sincronizzazione senza richiedere barriere di memoria complete. Le esclusive istruzioni di accesso supportano operazioni atomiche e tecniche di programmazione senza serrature. ## Tecniche di programmazione avanzate ### Elaborazione avanzata di SIMD e vettori AArch64 fornisce funzionalità SIMD notevolmente migliorate rispetto all'ARM a 32 bit, con supporto per vari tipi di dati, operazioni vettoriali avanzate e un efficiente movimento dei dati tra i registri scalari e vettori. Il set di istruzioni vettoriali consente l'implementazione ad alte prestazioni di algoritmi multimediali, di elaborazione dei segnali e matematici. Traduzione: Il set di istruzioni vettoriali supporta le operazioni a corsia, le operazioni cross-lane e le istruzioni di riorganizzazione dei dati che consentono l'implementazione efficiente di algoritmi complessi. La capacità di operare su più tipi di dati all'interno dello stesso flusso di istruzioni fornisce flessibilità per i calcoli di precisione mista. ### Estensioni crittografiche AArch64 include estensioni crittografiche opzionali che forniscono accelerazione hardware per algoritmi crittografici comuni tra cui AES, SHA e moltiplicazione polinomiale. Queste estensioni consentono l'implementazione ad alte prestazioni dei protocolli di sicurezza e delle applicazioni crittografiche. Traduzione: Le estensioni crittografiche forniscono miglioramenti significativi delle prestazioni per applicazioni critiche alla sicurezza e consentono l'implementazione efficiente di protocolli come TLS, IPSec e crittografia del disco. Le istruzioni funzionano sui registri vettoriali e possono essere combinate con altre operazioni SIMD per la massima efficienza. ### Ottimizzazione delle prestazioni e Tuning L'ottimizzazione AArch64 richiede la comprensione della microarchitettura del processore, del comportamento della gerarchia della memoria e delle considerazioni di pianificazione delle istruzioni. I moderni processori AArch64 impiegano sofisticati motori di esecuzione out-of-order, ma la selezione accurata delle istruzioni e il layout dei dati possono ancora fornire significativi benefici per le prestazioni. Traduzione: Ottimizzazione delle prestazioni su AArch64 benefici dalla comprensione del comportamento di previsione del ramo, utilizzo della linea di cache e parallelismo di livello di istruzione. Il set di registri ampliato consente ottimizzazioni di compilatori più aggressive e riduce il traffico di memoria rispetto alle architetture registrate. Il linguaggio di assemblaggio AArch64 fornisce una base potente e moderna per applicazioni di calcolo ad alte prestazioni, sviluppo di software di sistema e programmazione di sistemi incorporati. Il suo design a 64 bit pulito, le funzionalità SIMD migliorate e le funzionalità complete di programmazione del sistema consentono agli sviluppatori di creare applicazioni efficienti che utilizzano pienamente le moderne funzionalità del processore ARM. Mastery della programmazione di montaggio AArch64 è essenziale per applicazioni critiche alle prestazioni, sviluppo a livello di sistema, ricerca di sicurezza e qualsiasi dominio che richiede il controllo diretto dell'hardware e l'utilizzo ottimale delle risorse sulle piattaforme ARM. L'evoluzione continua dell'architettura e l'adozione crescente di diverse piattaforme di calcolo assicurano la sua rilevanza per le future sfide di calcolo, mantenendo al contempo le caratteristiche di efficienza e prestazioni di potenza che hanno reso ARM di successo attraverso i mercati di mobile, embedded e server computing.