A32 - 通信用語の基礎知識

A32
読み：エイさんじゅうに
外語：A32

　AArch32(古い呼称でARMステート)で使われている、32ビット環境用の32ビット固定長の命令セット。

概要
特徴

命令
実行条件付き命令
オペコード

基本構造
cond≠0b1111
cond=0b1111

Cond

概要
　従来からある32ビットの命令セットである。
　Thumb命令が登場するまでは唯一の命令セットだった。Thumb命令が登場後、呼び分けが必要となり、従来命令を使うモードを「ARMステート」、新たなThumb命令を使うモードを「Thumbステート」と、各々呼ばれるようになった。
　更にARMv8が登場し64ビット化されて以降は、AArch32というアーキテクチャに属する2つの命令セットのうちの一つ「A32」と呼ばれるようになった。

特徴

命令
　AArch32の命令セット(A32)には、次のような特徴がある。

32ビット固定長
3オペランド命令、4オペランド命令
全ての命令に条件フィールドがあり、実行条件付きで実行できる
演算命令などを中心に、シフト機能が付いている
代入時のイミディエイトは8ビット長しか使えない
メモリーアクセスはPC相対を基本とする

実行条件付き命令
　ARMの提供するマニュアルには、使用例としてユークリッドの互除法の計算が掲載されている。
　Cで書いた場合、次のような処理になる。

int gcd(int a, int b)
{
    while (a != b)
    {
        if (a > b)
            a = a - b;
        else
            b = b - a;
    }
    return a;
}

　これを、一般的なCPUと同様にARMで記述した場合、次のようになるだろう。

gcd     CMP     r0, r1
        BEQ     end
        BLT     less
        SUB     r0, r0, r1
        B       gcd
less
        SUB     r1, r1, r0
        B       gcd
end

　さて、ARMには全ての命令に実行条件を付けることができるため、次のように、僅か4命令で書くことができる。

gcd     CMP     r0, r1
        SUBGT   r0, r0, r1
        SUBLT   r1, r1, r0
        BNE     gcd

　様々な条件で、コードサイズが小さくなり、実行速度も速くなる。
　ただ、一般的なCコンパイラーでは、ここまで最適化する能力を持たないため、必ずしもここまで効率化できるとは限らない。

オペコード

基本構造

31	30	29	28	27	26	25	24	23	22	21	20	19	18	17	16	15	14	13	12	11	10	09	08	07	06	05	04	03	02	01	00
cond				op1																							op

　殆どのARM命令はビット31～28で実行条件をつけることが可能で、ビット27～25で主要な細分化が行なわれている。
　あとからの拡張の影響で、一部につきビット4を主要な細分化に用いているものがある。

cond	op1	op	命令クラス
1111以外	00x	x	データ処理とその他の命令
	010	x	ワードと符号なしバイトのロード/ストア
	011	0	ワードと符号なしバイトのロード/ストア
	011	1	メディア命令
	10x	x	分岐、リンク付き分岐、ブロックデータ転送
	11x	x	システムコール、コプロセッサー命令(VFP/Advanced SIMDを含む)
1111	xxx	x	無条件命令

cond≠0b1111
　基本的な命令の配列は次の通り。
　※付きは、古いARMでは使えない。

	31	27	26	25	24	23	22	21	20	19	18	17	16	15	14	13	12	11	10	09	08	07	06	05	04	03
データ処理	Cond	0	0	I	OpCode				S	Rn				Rd				Operand2
PSR転送	Cond	0	0	I	OpCode				S	Rn				Rd				Operand2
乗算	Cond	0	0	0	0	0	0	A	S	Rd				Rn				Rs				1	0	0	1	Rm
ロング乗算※	Cond	0	0	0	0	1	U	A	S	RdHi				RdLo				Rs				1	0	0	1	Rm
SWP	Cond	0	0	0	1	0	B	0	0	Rn				Rd				0	0	0	0	1	0	0	1	Rm
分岐と切り替え※	Cond	0	0	0	1	0	0	1	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	1	Rn
ハーフワードレジスター※	Cond	0	0	0	P	U	0	W	L	Rn				Rd				0				1	S	H	1	Rm
ハーフワード即値※	Cond	0	0	0	P	U	1	W	L	Rn				Rd				Offset1				1	S	H	1	Offset2
LDR、STR	Cond	0	1	I	P	U	B	W	L	Rn				Rd				Offset
未定義	Cond	0	1	1																					1
ブロック転送	Cond	1	0	0	P	U	S	W	L	Rn				Register List
分岐	Cond	1	0	1	L	offset
コプロデータ転送	Cond	1	1	0	P	U	N	W	L	Rn				CRd				cp_num				offset
コプロデータ処理	Cond	1	1	1	0	CP opc				CRn				CRd				cp_num				CP			0	CRm
コプロレジスター転送	Cond	1	1	1	0	CP opc			L	CRn				Rd				cp_num				CP			1	CRm
ソフトウェア割り込み	Cond	1	1	1	1	情報欄

cond=0b1111
　元々cond=0b1111は使用されておらず予約扱いだったが、ARMv5以降に無条件実行のみの拡張命令が配置されるようになり、ARMv6で更に命令が追加された。

31	30	29	28	27	26	25	24	23	22	21	20	19	18	17	16	15	14	13	12	11	10	09	08	07	06	05	04	03	02	01	00
1	1	1	1	op1								Rn															op

　次のような命令がある。

op1	op	Rn	命令
0xxxxxxx	x		その他の命令、メモリーのヒント、Advanced SIMD命令
100xx1x0	x		Store Return State(SRS) [ARMv6～]
100xx0x1	x		Return From Exception(RFE) [ARMv6～]
101xxxxx	x		分岐命令(BL、BLX)
11000x1111001xx11101xxx1	xxx	1111以外	コプロセッサーのロード (イミディエイト)
11000x1111001xx11101xxx1	xxx	1111	コプロセッサーのロード (リテラル)
11000x1011001xx01101xxx0	xxx		コプロセッサーのストア
11000100	x		2つのARMコアレジスターからコプロセッサーへのデータ移動 [ARMv6～]
11000101	x		コプロセッサーから2つのARMコアレジスターへのデータ移動 [ARMv6～]
1110xxxx	0		コプロセッサーデータ操作
1110xxx0	1		ARMコアレジスターからコプロセッサーへのデータ移動
1110xxx1	1		コプロセッサーからARMコアレジスターへのデータ移動

Cond

0000 = EQ ‐ 等しい (Z=1)
0001 = NE ‐ 等しくない (Z=0)
0010 = CS/HS ‐ ≧(符号無し) (C=1)
0011 = CC/LO ‐ <(符号無し) (C=0)
0100 = MI ‐ 負 (N=1)
0101 = PL ‐ 正またはゼロ (N=0)
0110 = VS ‐ オーバフロー (V=1)
0111 = VC ‐ オーバフローではない (V=0)
1000 = HI ‐ >(符号無し) (C=1 AND Z=0)
1001 = LS ‐ ≦(符号無し) (C=0 OR Z=1)
1010 = GE ‐ ≧(符号あり) (N=V)
1011 = LT ‐ <(符号あり) (N≠V)
1100 = GT ‐ >(符号あり) (Z=0 AND N=V)
1101 = LE ‐ ≦(符号あり) (Z=1 AND N≠V)
1110 = AL ‐ 無条件
1111 = NV ‐ (使用禁止)

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