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PowerPC汇编学习

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2020/01/03 Share

什么是 PowerPC

PowerPC(英语:Performance Optimization With Enhanced RISC – Performance Computing,有时简称PPC)是一种精简指令集(RISC)架构的中央处理器(CPU),其基本的设计源自IBM的POWER(Performance Optimized With Enhanced RISC)架构。POWER是1991年,Apple、IBM、Motorola组成的AIM联盟所发展出的微处理器架构。PowerPC是整个AIM联盟平台的一部分,并且是到目前为止唯一的一部分。但苹果电脑自2005年起,将旗下电脑产品转用Intel CPU。PowerPC的历史可以追溯到早在1990年随RISC System/6000一起被介绍的IBM POWER架构。该设计是从早期的RISC架构(比如IBM 801)与MIPS架构的处理器得到灵感的。

PowerPC 体系结构

PowerPC 体系结构分为三个级别(或者说是“book”)。通过对体系结构以这种方式进行划分,为实现可以选择价格/性能比平衡的复杂性级别留出了空间,同时还保持了实现间的代码兼容性。

Book I. 用户指令集体系结构

定义了通用于所有 PowerPC 实现的用户指令和寄存器的基本集合。这些是非特权指令,为大多数程序所用。

Book II. 虚拟环境体系结构

定义了常规应用软件要求之外的附加的用户级功能,比如高速缓存管理、原子操作和用户级计时器支持。虽然这些操作也是非特权的,但是程序通常还是通过操作系统调用来访问这些函数。

Book III. 操作环境体系结构

定义了操作系统级需要和使用的操作。其中包括用于内存管理、异常向量处理、特权寄存器访问、特权计时器访问的函数。Book III 中详细说明了对各种系统服务和功能的直接硬件支持。

PowerPC 应用程序编程模型

PowerPC 存储模型

PowerPC 体系结构本身支持字节(8 位)、半字(16 位)、字(32 位) 和双字(64 位) 数据类型。PowerPC 实现还可以处理最长 128 字节的多字节字符串操作。32 位 PowerPC 实现支持 4-gigabyte 的有效地址空间,而 64 位 PowerPC 实现支持 16-exabyte 的有效地址空间。所有存储都可以字节寻址。
对于错位数据访问来说,不同的产品家族提供了不同的校准支持,有一些是以处理异常的方式,其他的是通过硬件中的一步或者多步操作来处理访问。

PowerPC 应用级寄存器

PowerPC 的应用级寄存器分为三类:通用寄存器(general-purpose register,GPR)、浮点寄存器(floating-point register [FPR] 和浮点状态和控制寄存器 [Floating-Point Status and Control Register,FPSCR])和专用寄存器(special-purpose register,SPR)。

通用寄存器(GPR)

用户指令集体系结构(Book I)规定,所有实现都有 32 个 GPR(从GPR0 到 GPR31)。GPR 是所有整数操作的源和目的,也是所有加载/存储操作的地址操作数的源。GPR 还提供对 SPR 的访问。所有 GRP 都是可用的,只有一种情况例外:在某些指令中,GPR0 只是代表数值 0,而不会去查找 GPR0 的内容。

浮点寄存器(FPR)

Book I 规定,所有实现都有 32 个 FPR(从 FPR0 到 FPR31)。FPR 是所有浮点操作的源和目的操作数,可以存放 32 位和 64 位的有符号和无符号整数,以及单精度和双精度浮点数。FPR 还提供对 FPSCR 的访问。
注意,嵌入式微处理器实现时经常不提供对浮点指令集的直接硬件支持,或者只是提供一个附加浮点硬件的接口。很多嵌入式应用程序很少或者根本不需要浮点算法,而当需要的时候,对 PowerPC 浮点指令执行进行软件仿真就足够了。在嵌入式微处理器中,硬件中省去浮点(支持)而为实现带来的芯片面积和功率的减少是至关重要的。
浮点状态和控制寄存器(FPSCR)捕获浮点操作的状态和异常结果,FPSCR 还具有控制位,以支持特定的异常类型和对四种舍入模式之一的选择。对 FPSCR 的访问要通过 FPR。

CATALOG
  1. 1. 什么是 PowerPC
  2. 2. PowerPC 体系结构
    1. 2.1. Book I. 用户指令集体系结构
    2. 2.2. Book II. 虚拟环境体系结构
    3. 2.3. Book III. 操作环境体系结构
  3. 3. PowerPC 应用程序编程模型
    1. 3.1. PowerPC 存储模型
  4. 4. PowerPC 应用级寄存器
    1. 4.1. 通用寄存器(GPR)
    2. 4.2. 浮点寄存器(FPR)