目 錄

前言　xvii

01 匯編語言和龍芯架構(gòu)簡介

1.1 計算機語言 002

1.1.1 機器語言 002

1.1.2 匯編語言 004

1.1.3 高級語言 004

1.2 匯編語言的使用場景 005

1.2.1 場景1--快速定位問題和分析問題 005

1.2.2 場景2-性能分析和優(yōu)化 006

1.2.3 場景3-完成高級語言無法實現(xiàn)的功能 007

1.3 龍芯系列處理器和龍芯架構(gòu)介紹 008

1.3.1 龍芯系列處理器 008

1.3.2 龍芯自主指令系統(tǒng) 009

1.4 龍芯匯編語言程序編寫示例 010

1.5 本章小結(jié) 012

1.6 習(xí)題 012

02 一窺LoongArch指令風(fēng)貌

2.1 LoongArch指令特性 014

2.1.1 指令組成和指令分類 014

2.1.2 寄存器 015

2.1.3 指令長度和編碼格式 016

2.1.4 指令匯編助記格式 017

2.1.5 符號擴展 018

2.1.6 尋址方式 019

2.2 C語言到LoongArch的編譯過程 020

2.2.1 預(yù)處理和編譯階段 022

2.2.2 機器指令生成階段 024

2.2.3 鏈接階段 025

2.3 本章小結(jié) 026

2.4 習(xí)題 026

03 LoongArch基礎(chǔ)整數(shù)指令集

3.1 運算指令 028

3.1.1 算術(shù)運算指令 029

3.1.2 邏輯運算和條件賦值指令 034

3.1.3 移位運算指令 035

3.1.4 位操作指令 037

3.2 訪存指令 040

3.2.1 普通訪存指令 040

3.2.2 邊界檢查訪存指令 043

3.2.3 柵障指令 045

3.2.4 原子訪存指令 047

3.3 轉(zhuǎn)移指令 051

3.3.1 有條件的分支指令 051

3.3.2 無條件分支指令和跳轉(zhuǎn)指令 052

3.3.3 跳轉(zhuǎn)范圍 053

3.4 其他雜項指令 054

3.4.1 系統(tǒng)調(diào)用指令 054

3.4.2 斷點例外指令 055

3.4.3 讀取恒定頻率計時器信息指令 055

3.4.4 讀取CPU特性指令 056

3.4.5 CRC指令 056

3.4.6 地址邊界檢查指令 057

3.5 特權(quán)等級和特權(quán)指令概述 057

3.6 本章小結(jié) 058

3.7 習(xí)題 058

04 LoongArch基礎(chǔ)浮點數(shù)指令集

4.1 浮點數(shù)存儲方式和數(shù)值范圍 061

4.1.1 規(guī)格化的值 061

4.1.2 非規(guī)格化的值 061

4.1.3 正負(fù)無窮大或者NaN 062

4.2 浮點寄存器 062

4.2.1 浮點寄存器 062

4.2.2 條件標(biāo)志寄存器 062

4.2.3 浮點控制狀態(tài)寄存器 063

4.3 浮點運算指令 063

4.4 浮點訪存指令 065

4.4.1 浮點普通訪存指令 065

4.4.2 浮點邊界檢查訪存指令 066

4.5 浮點比較指令 067

4.6 浮點分支指令 068

4.7 浮點轉(zhuǎn)換指令 069

4.8 浮點搬運指令 071

4.9 本章小結(jié) 073

4.10 習(xí)題 073

05 LoongArch ABI

5.1 數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)對齊和字節(jié)序列 075

5.1.1 數(shù)據(jù)類型 075

5.1.2 數(shù)據(jù)對齊 076

5.1.3 字節(jié)序列 077

5.2 LoongArch 寄存器使用約定 077

5.2.1 通用寄存器使用約定 077

5.2.2 浮點寄存器使用約定 080

5.3 函數(shù)調(diào)用約定 081

5.3.1 函數(shù)參數(shù)傳遞 081

5.3.2 函數(shù)返回值傳遞 087

5.4 函數(shù)棧布局 088

5.5 系統(tǒng)調(diào)用約定 089

5.6 本章小結(jié) 093

5.7 習(xí)題 093

06 LoongArch目標(biāo)文件和進程虛擬空間

6.1 ELF文件格式解析 095

6.1.1 ELF文件頭 096

6.1.2 可重定向文件中的段和段頭表 097

6.1.3 可執(zhí)行文件中的段和程序頭表 100

6.1.4 符號和符號表 102

6.1.5 重定位和重定位表 105

6.2 進程虛擬地址空間和頁大小 108

6.3 可執(zhí)行文件與進程虛擬地址空間的映射 108

6.4 本章小結(jié) 110

6.5 習(xí)題 111

07 編寫LoongArch匯編源程序

7.1 匯編源程序.s文件和.S文件 113

7.2 匯編源文件中的匯編器指令 113

7.2.1 符號定義相關(guān)的匯編器指令 113

7.2.2 邏輯控制相關(guān)的匯編器指令 117

7.3 匯編源文件中的匯編指令 122

7.3.1 匯編指令 122

7.3.2 匯編宏指令 122

7.4 匯編源程序?qū)嵗�文件hello.S 124

7.5 沒有函數(shù)棧的匯編源程序 125

7.6 本章小結(jié) 126

7.7 習(xí)題 126

08 內(nèi)嵌匯編

8.1 內(nèi)嵌匯編基本格式 128

8.1.1 輸入操作數(shù)和輸出操作數(shù) 129

8.1.2 破壞描述 131

8.1.3 有名操作數(shù) 134

8.2 約束字符 135

8.3 限制符volatile 136

8.4 脫離libc庫的最小程序示例 136

8.4.1 編寫主程序 136

8.4.2 鏈接腳本 137

8.4.3 程序的運行 139

8.5 本章小結(jié) 139

8.6 習(xí)題 139

09 調(diào)試匯編程序

9.1 GDB 調(diào)試器的常用命令 142

9.1.1 GDB的啟動和退出 142

9.1.2 斷點設(shè)置 143

9.1.3 查看變量、內(nèi)存數(shù)據(jù)和寄存器信息 149

9.1.4 查看堆棧信息 155

9.2 程序單步調(diào)試 157

9.2.1 語句單步調(diào)試 157

9.2.2 匯編指令的單步調(diào)試 158

9.2.3 退出當(dāng)前函數(shù) 159

9.3 本章小結(jié) 160

9.4 習(xí)題 160

10 匯編程序性能優(yōu)化

10.1 計算機體系架構(gòu)的三類并行技術(shù) 162

10.2 使用向量指令 162

10.3 指令融合和地址對齊 163

10.4 指令調(diào)度 164

10.4.1 指令流水線和流水線沖突 164

10.4.2 指令調(diào)度 165

10.5 循環(huán)展開 167

10.6 性能分析工具perf 168

10.6.1 perf stat的使用 170

10.6.2 perf top的使用 172

10.6.3 perf record/report的使用 173

10.7 本章小結(jié) 174

10.8 習(xí)題 174