64 位 iOS (A64) 上的汇编程序

Question

我正在尝试用 asm 实现替换某些方法。目标是 iOS 上的 arm64（iPhone 5S 或更新版本）。我想使用专用的汇编器文件，因为内联汇编器会带来额外的开销，而且相当 cumbersome to use with A64 memory offsets。

Internet 上没有太多关于此的文档，所以我有点不确定我该怎么做。因此，我将描述我将函数移动到 ASM 所遵循的过程。

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本题的候选函数是一个 256 位整数比较函数。

UInt256.h

@import Foundation;

typedef struct {
    uint64_t value[4];
} UInt256;

bool eq256(const UInt256 *lhs, const UInt256 *rhs);

Bridging-Header.h

#import "UInt256.h"

Reference implementation (Swift)

let result = x.value.0 == y.value.0
          && x.value.1 == y.value.1
          && x.value.2 == y.value.2
          && x.value.3 == y.value.3

UInt256.s

.globl _eq256
.align 2
_eq256:
    ldp        x9, x10, [x0]
    ldp       x11, x12, [x1]
    cmp        x9, x11
    ccmp      x10, x12, 0, eq
    ldp        x9, x10, [x0, 16]
    ldp       x11, x12, [x1, 16]
    ccmp       x9, x11, 0, eq
    ccmp      x10, x12, 0, eq
    cset       x0, eq
    ret

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我找到的资源

• Procedure Call Standard for the ARM 64-bit Architecture (AArch64) 文档的第 5.1.1 节解释了过程调用期间每个寄存器的用途。

• iOS 特定 deviations.

• iOS Assembler Directives.

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问题

我使用 XCTest 测试了代码，创建了两个随机数，在它们上运行 Swift 和 Asm 实现，并验证两者报告的结果相同。代码似乎是正确的。

1. 在 asm 文件中：.align 似乎是为了优化 - 这真的有必要吗，如果是，要对齐的正确值是什么？

2. 是否有任何来源清楚地解释了我的特定函数签名的调用约定？

   一个。我怎么知道输入实际上是通过x0 和x1 传递的？

   b.我怎么知道在x0中传递输出是正确的？

   c。我怎么知道破坏x9-x12 和状态寄存器是安全的？

   d。当我从 C 而不是 Swift 调用该函数时，它的调用方式是否相同？

3. “间接结果位置寄存器”对于ARM文档中的r8寄存器描述是什么意思？

4. 除了.globl，我还需要其他汇编指令吗？

5. 当我设置断点时，调试器似乎对它的实际位置感到困惑，显示不正确的行等。我做错了什么吗？

Answer 1

1. .align 2 指令是程序正确性所必需的。 A64 指令需要在 32 位边界上对齐。
2. 您链接的文档对我来说似乎很清楚，不幸的是，这不是寻求建议的地方。
   • 您可以按照 ARM 64 的过程调用标准第 5.4.2 节（参数传递规则）中给出的说明确定寄存器 lhs 和 rhs 是否存储在 X0 和 X1 中您链接的-bit Architecture (AArch64) 文档。由于参数都是指针，因此唯一适用的特定规则是 C.7。
   • 您可以按照第 5.5 节（结果返回）中给出的说明确定使用哪个寄存器返回值。这只是让您遵循与参数相同的规则。由于该函数返回一个整数，因此仅适用 C.7 规则，因此该值在 X0 中返回。
   • 更改存储在寄存器 X9 到 X12 中的值是安全的，因为它们在第 5.1.1 节（通用寄存器）给出的表中列为临时寄存器
   • 问题实际上是在 Swift 中调用函数的方式是否与在 C 中相同。过程调用标准文档和您链接的 Apple 特定异常文档都是用 C 和 C++ 定义的。据推测 Swift 遵循相同的约定，但我不知道 Apple 是否在任何地方明确表示过。
3. R8 的用途在第 5.5 节（结果返回）中描述。当返回值太大而无法放入用于返回值的寄存器时使用它。在这种情况下，调用者为返回值创建一个缓冲区并将其地址放入 R8。然后该函数将返回值复制到该寄存器中。
4. 我认为您的示例汇编程序中不需要任何其他内容。
5. 您问了太多问题。您应该发布一个单独且更详细的问题来描述您的问题。

我应该说使用内联汇编编写代码的一个优点是您不必担心这些。以下未经测试的 C 代码应该不会太笨拙：

bool eq256(const UInt256 *lhs, const UInt256 *rhs) {
     const __int128 *lv = (__int128 const *) lhs->value;
     const __int128 *rv = (__int128 const *) rhs->value;

     uint64_t l1, l2, r1, r2, ret;

     asm("ldp       %1, %2, %5\n\t"
         "ldp       %3, %4, %6\n\t"
         "cmp       %1, %3\n\t"
         "ccmp      %2, %4, 0, eq\n\t"
         "ldp       %1, %2, %7\n\t"
         "ldp       %3, %4, %8\r\n"
         "ccmp      %1, %3, 0, eq\n\t"
         "ccmp      %2, %4, 0, eq\n\t"
         "cset      %0, eq\n\t",
         : "=r" (ret), "=r" (l1), "=r" (l2), "=r" (r1), "=r" (r2)
         : "Ump" (lv[0]), "Ump" (rv[0]), "Ump" (lv[1]), "Ump" (rv[1])
         : "cc")

     return ret;
}

好吧，也许它有点笨拙。