前回スマホ上でアセンブラとデバッガを動かし、ARM64(AArch64)のレジスタなど眺めてみました。ARM64はARM32と大分様子が違うので主要なレジスタだけでも一覧しておくべしと図を作り始めてハマリました。調べて図を描いているだけで時間がたちます。レジスタ多すぎ？
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ターゲットCPUのABI(アプリケーション・バイナリ・インタフェース）のドキュメントを読まずにはアセンブラ書きは始まりませぬ。ARM64の場合、Arm社のGithubにおかれている以下のドキュメントを参照しております。
上記の「薄い」ドキュメントを見ればレジスタの何番をどうやって使ったらよいか、というお作法のようなものは分かります。しかし、アセンブリ言語の命令そのものや動作については何も書かれていないので、以下のドキュメントも「併読」する必要があります。
Arm Architecture Reference Manual Armv8, for Armv8-A architecture profile
「併読」とさらっと書きましたが、「読んだ人」はお分かりのとおり、読み通すのが辛いドキュメントです。最新版ARM DDI 0847H.a の場合、１１５３０ページほど分量があります。恥ずかしながら断言いたしますぞ
私は読んでません、多分、全部を読むことはないでしょう
インテルｘ８６は大分以前からこんな感じでありました。Armは「まだまし」だったのですが、６４ビットになり、改版を繰り返しているうちに、とうとう１万ページを軽く超えてしまった、と。とても全部を把握しきれるものではありませぬ。後は、RISC-Vがこの道を辿らぬように祈るばかりでございます。
汎用（整数）レジスタ
以下に汎用レジスタの全体図を掲げます。６４ビット幅のレジスタが３１本あります。３１と半端なのは、最後の１本（３１番）がゼロレジスタという名のレジスタでないものに割り当てられているためです。RISC-Vじゃ、ゼロ番がゼロレジスタでしたが、ARM64では反対の３１番だと。
次にレジスタの御名前を述べておかねばなりません。レジスタにはR0からR31という「物理的存在」を示すらしいお名前が付けられているのですが、これとは別に、６４ビット幅の論理的な存在としてX0からX30、下３２ビットの論理的存在としてW0からW30という「別名」も存在します。アセンブラでプログラムする上ではレジスタのビット幅を意識しないではいられないので、別名の方で書くことになるやと思われます。
しかし、ABI的には使い方のお作法を示す別名もまた存在します。図の後で見て行きます。
ABI的な別名を説明する前に、汎用レジスタ３１本の外側にある２本の６４ビットレジスタに触れないわけにはいきませぬ。
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- PC プログラムカウンタ
- SP スタックポインタ
です。３２ビット時代とは宗旨替えした感じで、汎用レジスタの外に鎮座しております。PCは実行している命令のメモリ番地を指し、SPはメモリ上に確保したスタック上位置を指す、という建前であります。
ABI的な別名のその１はLR です。実体はレジスタの30番。リンク・レジスタでございます。これはサブルーチン（関数）呼び出しをしたときに戻り番地（そのときのPCの値）を複製してとっておくのに使ってね、というお約束のための別名です。ｘ８６のようなCISCとは違い、RISCは戻り番地を自動でメモリにプッシュするようなサービスはしてくれません。LRに保存するのみです。サブルーチンをネストしたりすると、保存したLRの値（戻り番地）が上書きされてしまうので、「必要があったらスタックにプッシュ」するのはソフトウエアでやらなくてはなりません。ここでＳＰ（スタックポインタ）が使われるっと。
さてABI的な別名のその２はFPです。フレームポインタでありますな。スタック上に確保されるローカル変数領域、スタックフレームを指すためのポインタであります。これを使うか否かは処理系によるかもしれません。
別名のその３とその４は、中央付近、Ｒ１６，Ｒ１７などというところにあります。こいつらにはちょっと深入りしたくない感じがしますな。リンカ（リンケージ・エディタ）様がご使用になるのだそうで。意識しなければならなくなったらまた今度と。
なお、Ｒ１８にも特殊なお役目があり、Platformの情報を持つ番地を指し示しているらしいです。知らんけど。
他はＡＢＩ上のお役目でザックリ色分けしてみました。最初の８本は引数を与えるのと、戻り値の両方で使うと。Ｒ８も戻り値の一種ですが、これは使ってみないと身に染みなそう。Ｒ９からＲ１５はテンポラリなので勝手に使って良いみたいです。一方Ｒ１９からＲ２８は使う際にはどこかに退避させて、戻る前に復旧しないといけない奴ら。
浮動小数レジスタの図も作ったのだけれど、説明が長くなりそうなのでまた次回とさせていただきます。
こんなペースでは何時になったらアセンブラ書きに入れるんじゃか？のう？