如何为我的独立可启动代码启用 SSE？

Question

（这个问题原本是关于CVTSI2SD指令，我以为它在奔腾M CPU上不起作用，但实际上是因为我使用的是自定义操作系统，我需要手动启用SSE .)

我有一个 Pentium M CPU 和一个自定义操作系统，到目前为止还没有使用 SSE 指令，但我现在需要使用它们。

尝试执行任何 SSE 指令会导致中断 6、非法操作码（在 Linux 中会导致 SIGILL，但这不是 Linux），在 Intel architectures software developer's manual 中也有提及（我从现在开始提及on as IASDM) as #UD - Invalid Opcode (UnDefined Opcode)。

编辑：Peter Cordes 实际上找到了正确的原因，并指出了解决方案，我在下面继续：

如果您运行的旧操作系统不支持在上下文切换时保存 XMM reg，则不会设置其中一个机器控制寄存器中的 SSE 启用位。

确实，IASDM 提到了这一点：

如果操作系统没有为 SSE 提供足够的系统级支持，执行 SSE 或 SSE2 指令也可以生成#UD。

Peter Cordes 向我指出了 SSE OSDev wiki，它描述了如何通过写入 CR0 和 CR4 控制寄存器来启用 SSE：

clear the CR0.EM bit (bit 2) [ CR0 &= ~(1 << 2) ]
set the CR0.MP bit (bit 1) [ CR0 |= (1 << 1) ]
set the CR4.OSFXSR bit (bit 9) [ CR4 |= (1 << 9) ]
set the CR4.OSXMMEXCPT bit (bit 10) [ CR4 |= (1 << 10) ]

请注意，为了能够写入这些寄存器，如果您处于保护模式，那么您需要处于特权级别 0。The answer to this question 解释了如何测试它：如果处于保护模式，即，当CR0 中的bit 0 (PE) 设置为1 时，您可以测试CS 选择器中的bit 0 和bit 1，它们应该都是0。

最后，自定义操作系统必须在上下文切换期间正确处理 XMM 寄存器，必要时保存和恢复它们。

Answer 1

如果您运行的旧操作系统或自定义操作系统不支持在上下文切换中保存 XMM reg，则它不会在机器控制寄存器中设置 SSE 启用位。在这种情况下，所有触及 xmm regs 的指令都会出错。

我花了一秒钟才找到，但 http://wiki.osdev.org/SSE 解释了如何更改 CR0 和 CR4 以允许 SSE 指令在没有 #UD 的裸机上运行。

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我对您的旧版本问题的第一个想法是 您可能已经使用-mavx、-march=sandybridge 或等效项编译了您的程序，导致编译器发出所有内容的 VEX 编码版本。

CVTSI2SD   xmm1, xmm2/m32         ; SSE2
VCVTSI2SD  xmm1, xmm2, xmm3/m32   ; AVX

有关链接，请参阅https://stackoverflow.com/tags/x86/info，包括英特尔的 insn set ref 手册。

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相关：Which versions of Windows support/require which CPU multimedia extensions? 有一些关于如何检查对 AVX 和 AVX512 支持的详细信息（这也引入了新的架构状态，因此操作系统必须设置一个位，否则硬件会出错）。它是从另一个角度来看的，但链接应指示如何激活/禁用 AVX 支持。

Answer 2

如果您有此类问题，建议您咨询Intel's manual。

手册中明确指出CVTSI2SD是SSE2指令。