PowerPC汇编指令集

时间:2022-08-09 01:28:14

PowerPC 体系结构规范(PowerPC Architecture Specification)发布于 1993 年,它是一个 64位规范 ( 也包含 32 位子集 )。几乎所有常规可用的 PowerPC(除了新型号 IBM RS/6000 和所有IBM pSeries 高端服务器)都是 32 位的。

PowerPC 处理器有 32 个(32 位或 64 位)GPR(通用寄存器)以及诸如 PC(程序计数器,也称为 IAR/指令地址寄存器或 NIP/下一指令指针)、LR(链接寄存器)、CR(条件寄存器)等各种其它寄存器。有些 PowerPC CPU 还有 32  64  FPR(浮点寄存器)。MPC555使用的PowerPC CPU是带有FPR的。一些常用寄存器介绍如下:

通用寄存器的用途:

r0   在函数开始(function prologs)时使用。

r1   堆栈指针,相当于ia32架构中的esp寄存器,idapro把这个寄存器反汇编标识为sp

r2   内容表(toc)指针,idapro把这个寄存器反汇编标识为rtoc。系统调用时,它包含系统调用号(这个好像跟系统有关吧)。

r3   作为第一个参数和返回值。

r4-r10 函数或系统调用开始的参数。

r11   用在指针的调用和当作一些语言的环境指针。

r12   它用在异常处理和glink(动态连接器)代码。

r13   保留作为系统线程ID

r14-r31 作为本地变量,非易失性。

专用寄存器的用途:

lr   链接寄存器,它用来存放函数调用结束处的返回地址。

ctr   计数寄存器,它用来当作循环计数器,会随特定转移操作而递减。

xer   定点异常寄存器,存放整数运算操作的进位以及溢出信息。

msr   机器状态寄存器,用来配置微处理器的设定。

cr   条件寄存器,它分成84位字段,cr0-cr7,它反映了某个算法操作的结果并且提供条件分支的机制。

寄存器r1r14-r31是非易失性的,这意味着它们的值在函数调用过程保持不变。寄存器r2也算非易失性,但是只有在调用函数在调用后必须恢复它的值时才被处理。

寄存器r0r3-r12和特殊寄存器lrctrxerfpscr是易失性的,它们的值在函数调用过程中会发生变化。此外寄存器r0r2r11r12可能会被交叉模块调用改变,所以函数在调用的时候不能采用它们的值。

条件代码寄存器字段cr0cr1cr5cr6cr7是易失性的。cr2cr3cr4是非易失性的,函数如果要改变它们必须保存并恢复这些字段。

AIX上,svca指令(scPowerPC的助记符)用来表示系统调用,r2寄存器指定系统调用号,r3-r10寄存器是给该系统调用的参数。在执行系统调用指令之前有两个额外的先决条件:LR寄存器必须保存返回系统调用地址的值并且在系统调用前执行crorc cr6, cr6, cr6指令(?)。

应用程序二进制接口(ABI

从技术而言,开发人员可以将任一 GPR 用于任何操作。例如,由于不存在:“堆栈指针寄存器”,为此程序员就可以使用任何寄存器。实际上,定义一组约定很有用,这样二进制对象就可以与不同的编译器和预先编写好的汇编代码进行互操作。

调用约定是由使用的 ABI(应用程序二进制接口)决定的。ppc32 Linux  NetBSD 实现使用 SVR4System V R4ABI,而 ppc64 Linux 仿效了 AIX,使用 PowerOpen ABIABI 还指定当调用子例程时哪些寄存器被认为是易失型的(调用者保存(caller-save))以及哪些被认为是非易失型的(被调用者保存(callee-save)),以及许多其它内容。

SVR4 ABI 指定了一些行为的具体示例:

-由于 PowerPC 拥有如此多的 GPR32 个,而相比之下 IA32 只有 8 个),所以传递参数的寄存器从 gpr3 开始。

-寄存器 gpr3  gpr12 是易失型的(调用者保存)寄存器,如果需要的话,在调用子例程之前必须先保存它们并在返回之后恢复它们。 -寄存器 gpr1 用来作为栈帧指针。

指令格式

PowerPC

指令包括操作码和操作数两部分,PowerPC支持三操作数的指令格式。如算术指令:

add rDrArB

表示把(rA)+(rB)的和存放到rD寄存器中。

注意:

指令中的点号“.”表示:指令将更新条件寄存器CR0。如add. rDrArB

指令中的字母“c”表示:指令显示说明结果影响XER寄存器中的进位位[CA],如addc rDrArB

指令中的字母“e”表示:在指令中把XER[CA]中的数据作为一个操作数,并在XER[CA]位记录进位位,如adde rDrArB

指令中的字母“o”表示:溢出标志。对于整数,在XER[OA]位记录溢出和在CR0[SO]记录溢出位,如addo rDrArB

条件寄存器

条件寄存器CR包括84bit的字段,即CR0CR7。每个字段可以表示整数运算或比较的结果。每个条件字段可以记录比较结果,即大于、小于、等于和总体溢出等。条件寄存器格式如图1所示。

异常处理器

整数异常寄存器XER是一个特殊功能寄存器,它包括一些对增加计算精度有用的信息和出错信息。XER的格式如下:

SO为总体溢出标志:一旦有溢出位OV置位,SO就会置位。

OV为溢出标志:当发生溢出时置位,否则清零;在作乘法或除法运算时,如果结果超过寄存器的表达范围,则溢出置位。

CA为进位标志:当最高位产生进位时,置位,否则清零;扩展精度指令(后述)可以用CA作为操作符参与运算。

存储/加载指令

整数存储指令

整数存储指令如表2所示。

整数存储指令

名称

助记符

语法格式

字节存储(偏移地址寻址)

stb

rS, d(rA)

字节存储(寄存器寻址)

stbx

rS, rA, rB

记录有效地址的字节存储(偏移地址寻址)

stbu

rS, d(rA)

记录有效地址的字节存储(寄存器寻址)

stbux

rS, rA, rB

半字存储(偏移地址寻址)

sth

rS, d(rA)

半字存储(寄存器寻址)

sthx

rS, rA, rB

记录有效地址的半字存储(偏移地址寻址)

sthu

rS, d(rA)

记录有效地址的半字存储(寄存器寻址)

sthux

rS, rA, rB

字存储(偏移地址寻址)

stw

rS, d(rA)

字存储(寄存器寻址)

stwx

rS, rA, rB

记录有效地址的字存储(偏移地址寻址)

stwu

rS, d(rA)

记录有效地址的字存储(寄存器寻址)

stwux

rS, rA, rB

(1) 字节存储指令stb(偏移地址寻址)

stb rSdrA

有效地址为rA的内容加drS的低8位内容存储到有效地址为EA的存储器中。

(2) 字节存储指令stbx(寄存器寻址)

stbx rSrArB

有效地址为rA的内容加上rB的内容,rS的低8位内容存储到有效地址为EA的存储器中。

(3) 记录有效地址的字节存储指令stbu(偏移地址寻址)

stub rSdrA

有效地址EA=(rA)+drS的低8位内容存储到有效地址为EA的存储器中。rAEA,如果rA0,则指令无效。

(4) 记录有效地址的字节存储指令stbux(寄存器寻址)

stbux rSrArB

有效地址EA=(rA)+(rB),rS的低8位内容存储到有效地址为EA的存储器中,rAEA,如果rA0,则指令无效。

(5) 半字存储指令sth(偏移地址寻址)

sth rSdrA

有效地址EA=(rA)+drS的低16位内容存储到有效地址为EA的存储器中。

(6) 记录有效地址的半字存储指令sthu(偏移地址寻址)

sthu rSdrA

有效地址EA=(rA)+drS的低16位内容存储到有效地址为EA的存储器中。rAEA,如果rA0,则指令无效。

(7) 字存储指令stw(偏移地址寻址)

stw rSdrA

有效地址EA=(rA)+drS32位内容存储到有效地址为EA的存储器中。

(8) 记录有效地址的字存储指令stwu(偏移地址寻址)

stwu rSdrA

有效地址EA=(rA)+drS32位内容存储到有效地址为EA的存储器中,rAEA,如果rA0,则指令无效。

(9) 记录有效地址的字存储指令stwux(寄存器寻址)

stwux rSrArB

有效地址EA=(rA)+(rB),rS32位内容存储到有效地址为EA的存储器中。rAEA,如果rA0,则指令无效。

(10)字存储指令stwx(寄存器寻址)

stwx rSrArB

有效地址EA=(rA)+(rB),rS32位内容存储到有效地址为EA的存储器中。

2、整数加载指令

整数加载指令如表3所示。

名称

助记符

语法格式

高位清零加载字节指令(偏移地址寻址)

lbz

rD, d(rA)

高位清零的加载字节指令(寄存器寻址)

lbzx

rD, rA, rB

高位清零的加载字节并记录有效地址指令(偏移地址寻址)

lbzu

rD, d(rA)

高位清零的加载字节并记录有效地址指令(寄存器寻址)

lbzux

rD, rA, rB

高位清零的加载半字指令(偏移地址寻址)

lhz

rD, d(rA)

高位清零的加载半字指令(寄存器寻址)

lhzx

rD, rA, rB

高位清零的加载半字并记录有效地址指令(偏移地址寻址)

lhzu

rD, d(rA)

高位清零的加载半字并记录有效地址指令(寄存器寻址)

lhzux

rD, rA, rB

加载半字指令(偏移地址寻址)

lha

rD, d(rA)

加载半字指令(寄存器寻址)

lhax

rD, rA, rB

加载半字并记录有效地址指令(偏移地址寻址)

lhau

rD, d(rA)

加载半字并记录有效地址指令(寄存器寻址)

lhaux

rD, rA, rB

加载字指令(偏移地址寻址)

lwz

rD, d(rA)

加载字指令(寄存器寻址)

lwzx

rD, rA, rB

加载字并记录有效地址指令(偏移地址寻址)

lwzu

rD, d(rA)

加载字并记录有效地址指令(寄存器寻址)

lwzux

rD, rA, rB

(1) lbz rD, d(rA) EA=(rA|0)+d。从存储器读取EA地址的内容,并加载低8位到rDrD的其他位清0。不影响其他寄存器。

(2) lbzu rD, d(rA) EA=(rA)+d。从存储器读取EA地址一个字节的内容,并加载低8位到rDrD的其他各位清零,有效地址EA存放在rA中。

(3) lbzux rDrArB EA=(rA)+(rB)。从存储器读取EA地址一个字节的内容,并加载低8位到rDrD的其他各位清零,EA存放在rA中。如果rA0或者rArD,则指令无效。

(4) lbzx rDrArB EA=(rA|0)+(rB)。从存储器读取EA地址一个字节的内容,并加载低8位到rDrD的其他各位清0

(5) lha rD, d(rA) EA=(rA|0)+d。从存储器EA处读取两个字节的数,并加载到rD的低16位。rD的其他位填充最高位的值。

(6) lhax rDrArB EA=(rA)+(rB)。从存储器EA处读取两个字节的数,并加载到rD的低16位。rD的其他位填充最高位的值。

(7) lhau rD, d(rA) EA=(rA)+d。从存储器EA处读取两个字节的数,并加载到rD的低16位。rD的其他位填充最高位的值。EA存放在rA中,如果rA0或者rArD,则指令格式无效。

(8) lhaux rDrArB EA=(rA)+(rB)。从存储器EA处读取两个字节的数,并加载到rD的低16位。rD的其他位填充最高位的值。EA存放在rA中,如果rA0或者rArD,则指令格式无效。

(9) lhz rD, d(rA) EA=(rA|0)+d。从存储器EA处读取两个字节的数,并加载到rD的低16位。rD的其他位清零。

(10)lhzu rD, d(rA) EA=(rA|0)+d。从存储器EA处读取两个字节的数,并加载到rD的低16位。rD其他位清零。EA存入rA,如果rA0或者rArD,则指令格式无效。

(11)lhzux rDrArB EA=(rA)+(rB)。从存储器EA处读取两个字节的数,加载到rD的低16位,rD其他位清零。EA存入rA,如果rA0或者rArD,则指令格式无效。

(12)lhzx rDrArB EA=(rA|0)+(rB),从EA处读取两个字节的数,并加载到rD的低16位,将rD的其他位清零。

(13)lwz rDdrA EA=(rA|0)+d,从EA处读取4个字节的数,并加载到rD

(14)lwzu rDdrA EA=(rA)+d,从EA处读取4个字节的数,并加载到rDrAEA,如果rA0rArD,则指令格式无效。

(15)lwzux rDrArB EA=(rA)+(rB),从EA处读取4个字节的数,并加载到rDrAEA,如果rA0rArD,则指令格式无效。

(16)lwzx rDrArB EA=(rA|0)+(rB),从EA处读取4个字节的数,并加载到rD

整数多字存储/加载指令

整数多字存储/加载指令

名称

助记符

语法格式

多字加载

lmw

rDdrA

多字存储

stmw

rSdrA

(1) lmw rDdrA EArAd。以EA起始的n个连续的字加载到通用寄存器GPRs rDr31处,n32rDEA必须为4的倍数,如果rA0,则指令格式无效。指令执行时间长。

(2) stmw rSdrA EArAd。把通用寄存器从GPRs rSGPRs r31,存储到以EA起始的n个连续的字存储器,EA必须是4的倍数。指令执行时间长。

转移指令

分支控制指令

名称

助记符

语法格式

无条件转移

b( ba bl bla)

target_addr

条件转移

bc( bca bcl bcla)

BO,BI,target_addr

条件转移(转移目标地址由LR指出)

bclr(bclrl)

BO,BI

条件转移(转移目标地址由CTR指出)

bcctr(bcctrl)

BO,BI

(1) 无条件转移指令bxb ba bl bla

指令的编码格式:

指令的语法格式:

b target_addrAA=0 LK=0

ba target_addrAA=1 LK=0

bl target_addrAA=0 LK=1

bla target_addrAA=1 LK=1

如果AA0,则转移目标地址为LI||0b00的值经符号位扩展后加上指令地址。

如果AA1,则转移目标地址为LI||0b00的值经符号扩展后的值。

如果LK1,则转移指令下一条指令的有效地址存放到连接寄存器。

(1) 条件转移指令bcx

指令编码格式:

指令语法格式:

bc BO, BI, target_addrAA0 LK0

bca BO, BI, target_addrAA1 LK0

bcl BO, BI, target_addrAA0 LK1

bcla BO, BI, target_addrAA1 LK1

BI字段表示条件寄存器CR中的位用于转移条件。BO字段操作码定义见表5

5 BO字段操作码定义

BO

说明

0000y

计数器CTR减量,如果条件不成立则转移

0001y

计数器CTR减量,如果条件不成立则转移

001zy

如果条件不成立,则转移

0100y

计数器CTR减量,如果条件成立则转移

0101y

计数器CTR减量,如果条件成立则转移

011zy

如果条件成立则转移

1z00y

计数器CTR减量,如果CTR!=0,则发生转移

1z01y

计数器CTR减量,如果CTR0,则发生转移

1z1zz

发生转移

注:位z表示该位可以被忽略,位y表示是不是条件转移

(2) 条件转移指令bclx(转移目标地址由LR指出)

指令的编码格式:

指令的语法格式:

bclr BO, BI(LK=0)

bclrl BO, BI(LK=1)

BI字段表示条件寄存器CR中的位用于转移条件。

BO字段操作码定义如表5所示。

转移目标地址为LR[0-29]||0b00

如果LK1,则转移指令下一条有效地址存放到连接寄存器。

(3) 条件转移指令bcctrx(转移目标地址由CTR指出)

指令的编码格式:

指令的语法格式:

bcctr BO, BI(LK=0)

bcctrl BO, BI(LK=1)

转移目标地址是CTR||0b00

如果LK1,则转移指令下一条指令的有效地址存放到连接寄存器。

如果减量计数器(BO[2]=0),指令格式无效,则转移到目标地址。

特殊寄存器传送指令

特殊寄存器传送指令如表6所示。

特殊寄存器传送指令

名称

助记符

语法格式

读取机器状态寄存器

mfmsr

rD

写入机器状态寄存器

mtmsr

rS

读取特殊功能寄存器

mfspr

rD, SPR

写入特殊功能寄存器

mtspr

SPR, rS

读取段寄存器

mfsr

rD, SR

写入段寄存器

mtsr

SR, rS

间接读取段寄存器

mfsrin

rD, rB

间接写入段寄存器

mtsrin

rS, rB

读取时基寄存器

mftb

rD, TBR

(1) 读取机器状态寄存器指令mfmsr

指令的编码格式:

指令的语法格式:

mfmsr rD

读取MSR的内容放入rD中,这是超级用户层指令,不影响其他寄存器。

2)写入机器状态寄存器指令mtmsr

指令的编码格式:

指令的语法格式:

mtmsr rS

rS的内容存入MSR中,这是超级用户指令。

(1) 读取特殊功能寄存器指令mfspr

指令的编码格式:

指令的语法格式:

mfspr rDSPR

指令操作:

n<spr[5-9]||spr[0-4]

rD<spr(n)

特殊功能寄存器(SPR)的编码如表7所示,将SPR的内容存入rD中。

7 Power PC UISA SPR编码

spr

寄存器名

编码n

spr[5-9]

spr[0-4]

1

00000

00001

XER

8

00000

01000

LR

9

00000

01001

CR

(2) 写入特殊功能寄存器指令mtspr

指令的编码格式:

指令的语法格式:

mtspr sprrS

rS的内容存入到指定的特殊功能寄存器中。

(3) 读取段寄存器指令mfsr

指令的编码格式:

指令的语法格式:

mfsr rDSR

指令操作:

rD<SEGREGSR

将段寄存器SR的内容读入rD中,这是一个超级用户层指令。

(1) 写入段寄存器指令mtsr

指令的编码格式:

指令的语法格式:

mtsr SRrS

rS中的内容读入SR,这是一个超级用户层指令。

(2) 间接读取段寄存器指令mfsrin

指令的编码格式:

指令的语法格式:

mfsrin rDrB

指令操作:

rD<SEGREGrB[0-3]

rB寄存器的03位选取的段寄存器的内容,复制到rDzhong。这是一个超级用户层指令。

(3) 间接写入段寄存器指令mtsrin

指令的编码格式:

指令的语法格式:

mtsrin rSrB

指令操作:

SEGREGrB[0-3]<—(rS

rS中的内容复制到由rB03位所指定的寄存器中。这是一个超级用户层指令。

(4) 读取时基寄存器指令mftb

指令的编码格式:

指令的语法格式:

mftb rDTBR

指令操作:

n<tbr[5-9]||tbr[0-4]

if n=268 then

rD<TBL

else if n=269 then

rD<TBU

该指令的TBR编码如表8所示。

指令mftbTBR编码

TBR

寄存器名

访问

编码

tbr[5-9]

tbr[0-4]

268

01000

01100

TBL

用户

269

01000

01101

TBR

用户

系统调用指令

(1) 系统调用指令sc

指令的编码格式:

指令的使用:

sc指令调用操作系统去执行服务程序。当控制返回到一个执行系统调用的程序时,寄存器的内容依赖于程序提供的系统所使用的寄存器的约定。

跟在sc指令后面的有效指令地址被放在SRR0中。MSR中的位0591631被放在SRR1中对应的位置,SRR1中位141015被设置为未定义值。当sc异常产生,异常处理程序更改MSR寄存器。异常处理程序到MSR[IP]形成基址加0xC00偏移量形成的地址去取下一条指令。

受影响的寄存器有:

依赖于系统服务、SRR0SRR1MSR

(2) 中断返回指令rfi

指令的编码格式:

指令操作:

MSR[16-23,25-27,30-31] <SRR1[16-23,25-27,30-31]

NIA<iea SRR0[0-29]||0b00

SRR1中的位0591631被放在MSR中对应的位置。如果新的MSR值没有使能任何未完的操作,则在MSR的控制下,从地址SRR0[0-29]||0b00取下一条指令。

指令的使用中受影响的寄存器为MSR

PowerPC 体系结构规范(PowerPC Architecture Specification)发布于 1993 年,它是一个 64位规范 ( 也包含 32 位子集 )。几乎所有常规可用的 PowerPC(除了新型号 IBM RS/6000 和所有IBM pSeries 高端服务器)都是 32 位的。

PowerPC 处理器有 32 个(32 位或 64 位)GPR(通用寄存器)以及诸如 PC(程序计数器,也称为 IAR/指令地址寄存器或 NIP/下一指令指针)、LR(链接寄存器)、CR(条件寄存器)等各种其它寄存器。有些 PowerPC CPU 还有 32  64  FPR(浮点寄存器)。MPC555使用的PowerPC CPU是带有FPR的。一些常用寄存器介绍如下:

通用寄存器的用途:

r0   在函数开始(function prologs)时使用。

r1   堆栈指针,相当于ia32架构中的esp寄存器,idapro把这个寄存器反汇编标识为sp

r2   内容表(toc)指针,idapro把这个寄存器反汇编标识为rtoc。系统调用时,它包含系统调用号(这个好像跟系统有关吧)。

r3   作为第一个参数和返回值。

r4-r10 函数或系统调用开始的参数。

r11   用在指针的调用和当作一些语言的环境指针。

r12   它用在异常处理和glink(动态连接器)代码。

r13   保留作为系统线程ID

r14-r31 作为本地变量,非易失性。

专用寄存器的用途:

lr   链接寄存器,它用来存放函数调用结束处的返回地址。

ctr   计数寄存器,它用来当作循环计数器,会随特定转移操作而递减。

xer   定点异常寄存器,存放整数运算操作的进位以及溢出信息。

msr   机器状态寄存器,用来配置微处理器的设定。

cr   条件寄存器,它分成84位字段,cr0-cr7,它反映了某个算法操作的结果并且提供条件分支的机制。

寄存器r1r14-r31是非易失性的,这意味着它们的值在函数调用过程保持不变。寄存器r2也算非易失性,但是只有在调用函数在调用后必须恢复它的值时才被处理。

寄存器r0r3-r12和特殊寄存器lrctrxerfpscr是易失性的,它们的值在函数调用过程中会发生变化。此外寄存器r0r2r11r12可能会被交叉模块调用改变,所以函数在调用的时候不能采用它们的值。

条件代码寄存器字段cr0cr1cr5cr6cr7是易失性的。cr2cr3cr4是非易失性的,函数如果要改变它们必须保存并恢复这些字段。

AIX上,svca指令(scPowerPC的助记符)用来表示系统调用,r2寄存器指定系统调用号,r3-r10寄存器是给该系统调用的参数。在执行系统调用指令之前有两个额外的先决条件:LR寄存器必须保存返回系统调用地址的值并且在系统调用前执行crorc cr6, cr6, cr6指令(?)。

应用程序二进制接口(ABI

从技术而言,开发人员可以将任一 GPR 用于任何操作。例如,由于不存在:“堆栈指针寄存器”,为此程序员就可以使用任何寄存器。实际上,定义一组约定很有用,这样二进制对象就可以与不同的编译器和预先编写好的汇编代码进行互操作。

调用约定是由使用的 ABI(应用程序二进制接口)决定的。ppc32 Linux  NetBSD 实现使用 SVR4System V R4ABI,而 ppc64 Linux 仿效了 AIX,使用 PowerOpen ABIABI 还指定当调用子例程时哪些寄存器被认为是易失型的(调用者保存(caller-save))以及哪些被认为是非易失型的(被调用者保存(callee-save)),以及许多其它内容。

SVR4 ABI 指定了一些行为的具体示例:

-由于 PowerPC 拥有如此多的 GPR32 个,而相比之下 IA32 只有 8 个),所以传递参数的寄存器从 gpr3 开始。

-寄存器 gpr3  gpr12 是易失型的(调用者保存)寄存器,如果需要的话,在调用子例程之前必须先保存它们并在返回之后恢复它们。 -寄存器 gpr1 用来作为栈帧指针。

指令格式

PowerPC

指令包括操作码和操作数两部分,PowerPC支持三操作数的指令格式。如算术指令:

add rDrArB

表示把(rA)+(rB)的和存放到rD寄存器中。

注意:

指令中的点号“.”表示:指令将更新条件寄存器CR0。如add. rDrArB

指令中的字母“c”表示:指令显示说明结果影响XER寄存器中的进位位[CA],如addc rDrArB

指令中的字母“e”表示:在指令中把XER[CA]中的数据作为一个操作数,并在XER[CA]位记录进位位,如adde rDrArB

指令中的字母“o”表示:溢出标志。对于整数,在XER[OA]位记录溢出和在CR0[SO]记录溢出位,如addo rDrArB

条件寄存器

条件寄存器CR包括84bit的字段,即CR0CR7。每个字段可以表示整数运算或比较的结果。每个条件字段可以记录比较结果,即大于、小于、等于和总体溢出等。条件寄存器格式如图1所示。

异常处理器

整数异常寄存器XER是一个特殊功能寄存器,它包括一些对增加计算精度有用的信息和出错信息。XER的格式如下:

SO为总体溢出标志:一旦有溢出位OV置位,SO就会置位。

OV为溢出标志:当发生溢出时置位,否则清零;在作乘法或除法运算时,如果结果超过寄存器的表达范围,则溢出置位。

CA为进位标志:当最高位产生进位时,置位,否则清零;扩展精度指令(后述)可以用CA作为操作符参与运算。

存储/加载指令

整数存储指令

整数存储指令如表2所示。

整数存储指令

名称

助记符

语法格式

字节存储(偏移地址寻址)

stb

rS, d(rA)

字节存储(寄存器寻址)

stbx

rS, rA, rB

记录有效地址的字节存储(偏移地址寻址)

stbu

rS, d(rA)

记录有效地址的字节存储(寄存器寻址)

stbux

rS, rA, rB

半字存储(偏移地址寻址)

sth

rS, d(rA)

半字存储(寄存器寻址)

sthx

rS, rA, rB

记录有效地址的半字存储(偏移地址寻址)

sthu

rS, d(rA)

记录有效地址的半字存储(寄存器寻址)

sthux

rS, rA, rB

字存储(偏移地址寻址)

stw

rS, d(rA)

字存储(寄存器寻址)

stwx

rS, rA, rB

记录有效地址的字存储(偏移地址寻址)

stwu

rS, d(rA)

记录有效地址的字存储(寄存器寻址)

stwux

rS, rA, rB

(1) 字节存储指令stb(偏移地址寻址)

stb rSdrA

有效地址为rA的内容加drS的低8位内容存储到有效地址为EA的存储器中。

(2) 字节存储指令stbx(寄存器寻址)

stbx rSrArB

有效地址为rA的内容加上rB的内容,rS的低8位内容存储到有效地址为EA的存储器中。

(3) 记录有效地址的字节存储指令stbu(偏移地址寻址)

stub rSdrA

有效地址EA=(rA)+drS的低8位内容存储到有效地址为EA的存储器中。rAEA,如果rA0,则指令无效。

(4) 记录有效地址的字节存储指令stbux(寄存器寻址)

stbux rSrArB

有效地址EA=(rA)+(rB),rS的低8位内容存储到有效地址为EA的存储器中,rAEA,如果rA0,则指令无效。

(5) 半字存储指令sth(偏移地址寻址)

sth rSdrA

有效地址EA=(rA)+drS的低16位内容存储到有效地址为EA的存储器中。

(6) 记录有效地址的半字存储指令sthu(偏移地址寻址)

sthu rSdrA

有效地址EA=(rA)+drS的低16位内容存储到有效地址为EA的存储器中。rAEA,如果rA0,则指令无效。

(7) 字存储指令stw(偏移地址寻址)

stw rSdrA

有效地址EA=(rA)+drS32位内容存储到有效地址为EA的存储器中。

(8) 记录有效地址的字存储指令stwu(偏移地址寻址)

stwu rSdrA

有效地址EA=(rA)+drS32位内容存储到有效地址为EA的存储器中,rAEA,如果rA0,则指令无效。

(9) 记录有效地址的字存储指令stwux(寄存器寻址)

stwux rSrArB

有效地址EA=(rA)+(rB),rS32位内容存储到有效地址为EA的存储器中。rAEA,如果rA0,则指令无效。

(10)字存储指令stwx(寄存器寻址)

stwx rSrArB

有效地址EA=(rA)+(rB),rS32位内容存储到有效地址为EA的存储器中。

2、整数加载指令

整数加载指令如表3所示。

名称

助记符

语法格式

高位清零加载字节指令(偏移地址寻址)

lbz

rD, d(rA)

高位清零的加载字节指令(寄存器寻址)

lbzx

rD, rA, rB

高位清零的加载字节并记录有效地址指令(偏移地址寻址)

lbzu

rD, d(rA)

高位清零的加载字节并记录有效地址指令(寄存器寻址)

lbzux

rD, rA, rB

高位清零的加载半字指令(偏移地址寻址)

lhz

rD, d(rA)

高位清零的加载半字指令(寄存器寻址)

lhzx

rD, rA, rB

高位清零的加载半字并记录有效地址指令(偏移地址寻址)

lhzu

rD, d(rA)

高位清零的加载半字并记录有效地址指令(寄存器寻址)

lhzux

rD, rA, rB

加载半字指令(偏移地址寻址)

lha

rD, d(rA)

加载半字指令(寄存器寻址)

lhax

rD, rA, rB

加载半字并记录有效地址指令(偏移地址寻址)

lhau

rD, d(rA)

加载半字并记录有效地址指令(寄存器寻址)

lhaux

rD, rA, rB

加载字指令(偏移地址寻址)

lwz

rD, d(rA)

加载字指令(寄存器寻址)

lwzx

rD, rA, rB

加载字并记录有效地址指令(偏移地址寻址)

lwzu

rD, d(rA)

加载字并记录有效地址指令(寄存器寻址)

lwzux

rD, rA, rB

(1) lbz rD, d(rA) EA=(rA|0)+d。从存储器读取EA地址的内容,并加载低8位到rDrD的其他位清0。不影响其他寄存器。

(2) lbzu rD, d(rA) EA=(rA)+d。从存储器读取EA地址一个字节的内容,并加载低8位到rDrD的其他各位清零,有效地址EA存放在rA中。

(3) lbzux rDrArB EA=(rA)+(rB)。从存储器读取EA地址一个字节的内容,并加载低8位到rDrD的其他各位清零,EA存放在rA中。如果rA0或者rArD,则指令无效。

(4) lbzx rDrArB EA=(rA|0)+(rB)。从存储器读取EA地址一个字节的内容,并加载低8位到rDrD的其他各位清0

(5) lha rD, d(rA) EA=(rA|0)+d。从存储器EA处读取两个字节的数,并加载到rD的低16位。rD的其他位填充最高位的值。

(6) lhax rDrArB EA=(rA)+(rB)。从存储器EA处读取两个字节的数,并加载到rD的低16位。rD的其他位填充最高位的值。

(7) lhau rD, d(rA) EA=(rA)+d。从存储器EA处读取两个字节的数,并加载到rD的低16位。rD的其他位填充最高位的值。EA存放在rA中,如果rA0或者rArD,则指令格式无效。

(8) lhaux rDrArB EA=(rA)+(rB)。从存储器EA处读取两个字节的数,并加载到rD的低16位。rD的其他位填充最高位的值。EA存放在rA中,如果rA0或者rArD,则指令格式无效。

(9) lhz rD, d(rA) EA=(rA|0)+d。从存储器EA处读取两个字节的数,并加载到rD的低16位。rD的其他位清零。

(10)lhzu rD, d(rA) EA=(rA|0)+d。从存储器EA处读取两个字节的数,并加载到rD的低16位。rD其他位清零。EA存入rA,如果rA0或者rArD,则指令格式无效。

(11)lhzux rDrArB EA=(rA)+(rB)。从存储器EA处读取两个字节的数,加载到rD的低16位,rD其他位清零。EA存入rA,如果rA0或者rArD,则指令格式无效。

(12)lhzx rDrArB EA=(rA|0)+(rB),从EA处读取两个字节的数,并加载到rD的低16位,将rD的其他位清零。

(13)lwz rDdrA EA=(rA|0)+d,从EA处读取4个字节的数,并加载到rD

(14)lwzu rDdrA EA=(rA)+d,从EA处读取4个字节的数,并加载到rDrAEA,如果rA0rArD,则指令格式无效。

(15)lwzux rDrArB EA=(rA)+(rB),从EA处读取4个字节的数,并加载到rDrAEA,如果rA0rArD,则指令格式无效。

(16)lwzx rDrArB EA=(rA|0)+(rB),从EA处读取4个字节的数,并加载到rD

整数多字存储/加载指令

整数多字存储/加载指令

名称

助记符

语法格式

多字加载

lmw

rDdrA

多字存储

stmw

rSdrA

(1) lmw rDdrA EArAd。以EA起始的n个连续的字加载到通用寄存器GPRs rDr31处,n32rDEA必须为4的倍数,如果rA0,则指令格式无效。指令执行时间长。

(2) stmw rSdrA EArAd。把通用寄存器从GPRs rSGPRs r31,存储到以EA起始的n个连续的字存储器,EA必须是4的倍数。指令执行时间长。

转移指令

分支控制指令

名称

助记符

语法格式

无条件转移

b( ba bl bla)

target_addr

条件转移

bc( bca bcl bcla)

BO,BI,target_addr

条件转移(转移目标地址由LR指出)

bclr(bclrl)

BO,BI

条件转移(转移目标地址由CTR指出)

bcctr(bcctrl)

BO,BI

(1) 无条件转移指令bxb ba bl bla

指令的编码格式:

指令的语法格式:

b target_addrAA=0 LK=0

ba target_addrAA=1 LK=0

bl target_addrAA=0 LK=1

bla target_addrAA=1 LK=1

如果AA0,则转移目标地址为LI||0b00的值经符号位扩展后加上指令地址。

如果AA1,则转移目标地址为LI||0b00的值经符号扩展后的值。

如果LK1,则转移指令下一条指令的有效地址存放到连接寄存器。

(1) 条件转移指令bcx

指令编码格式:

指令语法格式:

bc BO, BI, target_addrAA0 LK0

bca BO, BI, target_addrAA1 LK0

bcl BO, BI, target_addrAA0 LK1

bcla BO, BI, target_addrAA1 LK1

BI字段表示条件寄存器CR中的位用于转移条件。BO字段操作码定义见表5

5 BO字段操作码定义

BO

说明

0000y

计数器CTR减量,如果条件不成立则转移

0001y

计数器CTR减量,如果条件不成立则转移

001zy

如果条件不成立,则转移

0100y

计数器CTR减量,如果条件成立则转移

0101y

计数器CTR减量,如果条件成立则转移

011zy

如果条件成立则转移

1z00y

计数器CTR减量,如果CTR!=0,则发生转移

1z01y

计数器CTR减量,如果CTR0,则发生转移

1z1zz

发生转移

注:位z表示该位可以被忽略,位y表示是不是条件转移

(2) 条件转移指令bclx(转移目标地址由LR指出)

指令的编码格式:

指令的语法格式:

bclr BO, BI(LK=0)

bclrl BO, BI(LK=1)

BI字段表示条件寄存器CR中的位用于转移条件。

BO字段操作码定义如表5所示。

转移目标地址为LR[0-29]||0b00

如果LK1,则转移指令下一条有效地址存放到连接寄存器。

(3) 条件转移指令bcctrx(转移目标地址由CTR指出)

指令的编码格式:

指令的语法格式:

bcctr BO, BI(LK=0)

bcctrl BO, BI(LK=1)

转移目标地址是CTR||0b00

如果LK1,则转移指令下一条指令的有效地址存放到连接寄存器。

如果减量计数器(BO[2]=0),指令格式无效,则转移到目标地址。

特殊寄存器传送指令

特殊寄存器传送指令如表6所示。

特殊寄存器传送指令

名称

助记符

语法格式

读取机器状态寄存器

mfmsr

rD

写入机器状态寄存器

mtmsr

rS

读取特殊功能寄存器

mfspr

rD, SPR

写入特殊功能寄存器

mtspr

SPR, rS

读取段寄存器

mfsr

rD, SR

写入段寄存器

mtsr

SR, rS

间接读取段寄存器

mfsrin

rD, rB

间接写入段寄存器

mtsrin

rS, rB

读取时基寄存器

mftb

rD, TBR

(1) 读取机器状态寄存器指令mfmsr

指令的编码格式:

指令的语法格式:

mfmsr rD

读取MSR的内容放入rD中,这是超级用户层指令,不影响其他寄存器。

2)写入机器状态寄存器指令mtmsr

指令的编码格式:

指令的语法格式:

mtmsr rS

rS的内容存入MSR中,这是超级用户指令。

(1) 读取特殊功能寄存器指令mfspr

指令的编码格式:

指令的语法格式:

mfspr rDSPR

指令操作:

n<spr[5-9]||spr[0-4]

rD<spr(n)

特殊功能寄存器(SPR)的编码如表7所示,将SPR的内容存入rD中。

7 Power PC UISA SPR编码

spr

寄存器名

编码n

spr[5-9]

spr[0-4]

1

00000

00001

XER

8

00000

01000

LR

9

00000

01001

CR

(2) 写入特殊功能寄存器指令mtspr

指令的编码格式:

指令的语法格式:

mtspr sprrS

rS的内容存入到指定的特殊功能寄存器中。

(3) 读取段寄存器指令mfsr

指令的编码格式:

指令的语法格式:

mfsr rDSR

指令操作:

rD<SEGREGSR

将段寄存器SR的内容读入rD中,这是一个超级用户层指令。

(1) 写入段寄存器指令mtsr

指令的编码格式:

指令的语法格式:

mtsr SRrS

rS中的内容读入SR,这是一个超级用户层指令。

(2) 间接读取段寄存器指令mfsrin

指令的编码格式:

指令的语法格式:

mfsrin rDrB

指令操作:

rD<SEGREGrB[0-3]

rB寄存器的03位选取的段寄存器的内容,复制到rDzhong。这是一个超级用户层指令。

(3) 间接写入段寄存器指令mtsrin

指令的编码格式:

指令的语法格式:

mtsrin rSrB

指令操作:

SEGREGrB[0-3]<—(rS

rS中的内容复制到由rB03位所指定的寄存器中。这是一个超级用户层指令。

(4) 读取时基寄存器指令mftb

指令的编码格式:

指令的语法格式:

mftb rDTBR

指令操作:

n<tbr[5-9]||tbr[0-4]

if n=268 then

rD<TBL

else if n=269 then

rD<TBU

该指令的TBR编码如表8所示。

指令mftbTBR编码

TBR

寄存器名

访问

编码

tbr[5-9]

tbr[0-4]

268

01000

01100

TBL

用户

269

01000

01101

TBR

用户

系统调用指令

(1) 系统调用指令sc

指令的编码格式:

指令的使用:

sc指令调用操作系统去执行服务程序。当控制返回到一个执行系统调用的程序时,寄存器的内容依赖于程序提供的系统所使用的寄存器的约定。

跟在sc指令后面的有效指令地址被放在SRR0中。MSR中的位0591631被放在SRR1中对应的位置,SRR1中位141015被设置为未定义值。当sc异常产生,异常处理程序更改MSR寄存器。异常处理程序到MSR[IP]形成基址加0xC00偏移量形成的地址去取下一条指令。

受影响的寄存器有:

依赖于系统服务、SRR0SRR1MSR

(2) 中断返回指令rfi

指令的编码格式:

指令操作:

MSR[16-23,25-27,30-31] <SRR1[16-23,25-27,30-31]

NIA<iea SRR0[0-29]||0b00

SRR1中的位0591631被放在MSR中对应的位置。如果新的MSR值没有使能任何未完的操作,则在MSR的控制下,从地址SRR0[0-29]||0b00取下一条指令。

指令的使用中受影响的寄存器为MSR