處理器系列之PowerPC指令集

　　加載和存儲(chǔ)指令

　　所有加載和存儲(chǔ)指令的執(zhí)行都使用 GPR 或者 GPR 和指令中的立即字段作為存儲(chǔ)器訪問(wèn)的地址說(shuō)明符。用指令生成的數(shù)據(jù)有效地址來(lái)更新基址寄存器(也就是 RA)是大部分加載和存儲(chǔ)指令的一個(gè)可選項(xiàng)。

　　有用于以下方面的指令：

　　字節(jié)、半字、字和雙字大小。

　　在 GPR 或 FPR 與存儲(chǔ)器之間移動(dòng)數(shù)據(jù)。

　　在 GPR 或 FPR 與存儲(chǔ)器之間移動(dòng)數(shù)據(jù)。

　　特殊的存儲(chǔ)器訪問(wèn)指令包括：

　　多字加載/存儲(chǔ)

　　即 lmw 和 stmw ，可以操作最多 31 個(gè) 32 位字。

　　字符串指令

　　這些指令可以操作最長(zhǎng) 128 字節(jié)的字符串。

　　內(nèi)存同步指令

　　這些用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)存同步。CR 的第 2 位(EQ 位) 設(shè)置用來(lái)記錄存儲(chǔ)操作的成功完成。內(nèi)存同步指令包括：lwarx / ldarx 執(zhí)行加載并設(shè)置處理器內(nèi)部的預(yù)留位，編程模型不必明確了解這些行為。如果設(shè)置了預(yù)留位，相應(yīng)的存儲(chǔ)指令 stwcx. /stdcx. 執(zhí)行條件存儲(chǔ)，并清除預(yù)留位。

　　lwarx (加載字并預(yù)留變址)

　　ldarx (加載雙字并預(yù)留變址)

　　stwcx (存儲(chǔ)字條件變址)

　　stdcx (存儲(chǔ)雙字條件變址)

　　棧

　　PowerPC 體系結(jié)構(gòu)沒(méi)有關(guān)于本地存儲(chǔ)器的棧的概念。體系結(jié)構(gòu)沒(méi)有定義壓入或者彈出指令，也沒(méi)有定義專門的棧指針寄存器。不過(guò)，有一個(gè)軟件標(biāo)準(zhǔn)可用于 C/C++ 程序，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)叫做嵌入式應(yīng)用程序二進(jìn)制接口( Embedded Application Binary Interface，EABI)，它定義了棧寄存器和內(nèi)存的約定。EABI 將 GPR1 預(yù)留為棧指針，GPR3 到 GPR7 用于函數(shù)參數(shù)傳遞，GPR3 用于函數(shù)返回值。

　　需要為 C/C++ 提供接口的匯編語(yǔ)言程序必須遵循同樣的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)保持約定。

　　高速緩存管理指令

　　PowerPC 體系結(jié)構(gòu)包含了面向應(yīng)用級(jí)高速緩存訪問(wèn)的高速緩存管理指令。高速緩存指令在表 9 中列出。

　　表 9. 高速緩存管理指令

　　當(dāng)將高速緩存處理代碼移植到不同的 PowerPC 實(shí)現(xiàn)時(shí)要當(dāng)心。雖然高速緩存指令可能是跨不同實(shí)現(xiàn)而通用的，高速緩存的組織和大小可能會(huì)有變化。例如，假定高速緩存大小以對(duì)其進(jìn)行刷新的代碼，在用于其他大小的高速緩存時(shí)可能需要進(jìn)行修改。而且，各實(shí)現(xiàn)的高速緩存初始化可能不同。有一些實(shí)現(xiàn)提供了自動(dòng)清除高速緩存標(biāo)簽的硬件，而其他實(shí)現(xiàn)需要使用軟件循環(huán)來(lái)使高速緩存標(biāo)簽無(wú)效。

　　自修改代碼

　　雖然編寫自修改代碼不是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但有些情況下它是必不可少的。下面的序列介紹了執(zhí)行代碼修改用到的指令：

　　存儲(chǔ)修改的指令。

　　執(zhí)行 dcbst 指令，強(qiáng)制包含有修改過(guò)的指令的高速緩存行進(jìn)行存儲(chǔ)。

　　執(zhí)行 sync 指令，確保 dcbst 完成。

　　執(zhí)行 icbi 指令，使將要存放修改后指令的指令高速緩存行無(wú)效。

　　執(zhí)行 isync 指令，清除所有指令的指令管道，那些指令在高速緩存行被設(shè)為無(wú)效之前可能早已被取走了。

　　現(xiàn)在可以運(yùn)行修改后的指令了。當(dāng)取這個(gè)指令時(shí)會(huì)發(fā)生指令高速緩存失敗，結(jié)果就會(huì)從存儲(chǔ)器中取得修改后的指令。

　　計(jì)時(shí)器

　　大部分實(shí)現(xiàn)都提供了一個(gè) 64 位時(shí)基，可以通過(guò)兩個(gè) 32 位寄存器讀取，或者通過(guò)一個(gè) 64 位寄存器讀取。各實(shí)現(xiàn)的計(jì)時(shí)器增量不同，SPR 數(shù)和訪問(wèn)時(shí)基的指令也不同。所以，跨實(shí)現(xiàn)移植計(jì)時(shí)器代碼時(shí)要當(dāng)心。另外的計(jì)時(shí)器可能也不同，但大多數(shù)實(shí)現(xiàn)都提供了至少一種遞減的可編程計(jì)時(shí)器。

　　保持代碼的兼容性

　　需要在多個(gè)實(shí)現(xiàn)上進(jìn)行編程的 PowerPC 用戶通常會(huì)問(wèn)及保持代碼兼容性的技巧。下面的建議將有助于盡量減少移植問(wèn)題：

　　盡可能使用 C 代碼。

　　當(dāng)今的 C 編譯器在很多情況下可以生成與直接手寫的匯編代碼在性能上相當(dāng)?shù)拇a。作為 Book I 代碼，C 代碼將保證代碼的兼容性。

　　盡可能避免使用處理器相關(guān)的匯編指令。

　　盡量不要在 C 中嵌入處理器相關(guān)的匯編指令，因?yàn)樗鼈儗⒏y被發(fā)現(xiàn)。分離開那些已知會(huì)包含設(shè)備相關(guān)寄存器或指令的代碼。這些通常是啟動(dòng)次序和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，不過(guò)也可能包括浮點(diǎn)代碼(包括 long long 類型)。保持假定和依賴全部歸檔。

　　使用處理器版本寄存器(PVR)，但只在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候用。

　　跨差別較小的實(shí)現(xiàn)的通用代碼還好，PVR 可以用于做出判斷。但是，在需要進(jìn)行較大修改的情況下(例如，PowerPC AS 相對(duì)于 Book E MMU 代碼)，建議使用單獨(dú)的代碼庫(kù)(code base)。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　PowerPC AS 和 PowerPC 都支持最初的 PowerPC 體系結(jié)構(gòu)中定義的應(yīng)用級(jí)基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)為它們的具體目標(biāo)市場(chǎng)提供了最佳的優(yōu)化。

　　就其兩種操作模式之一而言，PowerPC AS 實(shí)質(zhì)上與最初的 PowerPC 相同，而 PowerPC Book E 在它的 Book III 級(jí)別的定義中，已經(jīng)走向了不同的方向，為低價(jià)格、低功率以及體系結(jié)構(gòu)靈活的嵌入式應(yīng)用進(jìn)行了最優(yōu)化。當(dāng)然，在 32 位的實(shí)現(xiàn)上還不能用雙字整數(shù)指令，在大部分嵌入式實(shí)現(xiàn)中浮點(diǎn)指令也只是通過(guò)軟件仿真提供支持。

　　不過(guò)，這對(duì)應(yīng)用程序二進(jìn)制在 PowerPC 體系結(jié)構(gòu)家族樹的分支中自由地遷移來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常有意義的機(jī)會(huì)。