32位PowerPC常用指令集总结32位PowerPC常用指令集总结第一部分PowerPC 精简指令集计算机(RISC)简介PowerPC 体系结构是一种精减指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer，RISC）体系结构，定义了200 多条指令。
PowerPC 之所以是RISC，原因在于大部分指令在一个单一的周期内执行，而且通常只执行一个单一的操作（比如将内存加载到寄存器，或者将寄存器数据存储到内存）。
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（Power ISA User Instruction Set Architecture）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（Power ISA Virtual器的第63位），E600内核采用大端编码方式，指令的第0位是MSB（Most Significant Bit）位，第31位是LSB（Least Significant Bit）。
e600内核指令的高6位字段（第0-5位）被称为OPCD字段（Primary Opcode Field），根据OPCD字段的不同，PowerPC的指令集分为以下几类。
2.1 I-form指令格式该类是无条件转移指令。
0-5 6-29 30 31OPCD LI AA LKAA=0，表示LI中存放的是相对地址LI*4，基址是当前指令的地址AA=1，表示LI中存放的是绝对地址LI*4LK=1，表示转移到目的地址的同时，将当前指令的下一条指令存入LR寄存器LK=0，仅仅表示跳转到目的地址，而不用修改LR寄存器例如：b LI//AA=0, LK=0解释：跳转到目的地址：LI*4+当前指令的地址ba LI//AA=1,LK=0解释：跳转到：LI*4bl LI//AA=0,LK=1解释：跳转到目的地址：LI*4+PC，同时把PC+4放入LR寄存器备注：PC放的是当前指令的地址。
bla LI//AA=1,LK=1解释：跳转到目的地址：LI*4，同时把PC+4放入LR寄存器给出一段汇编指令示例：0x1000051c <print>……0x10000568：4b ff ff ff b5 对应汇编：bl 10000051c<print>0x1000056c：38 00 00 00 对应汇编：li r0,0 解释：bl 10000051c<print>对应的机器指令为：4b ff ff ff b5，其中的LK=0xed。
将LK*4符号扩展到32为对应的真值为-0x4c，而当前指令的地址为0x1000056c，所以跳转的目标地址就是0x1000056c+(-0x4c)=0x1000051c即为print函数的入口地址。
因此如果想获得下一条指令的有效地址可以使用下面的汇编代码：bl invstr //将当前指令的下一条指令PC+4放入LR寄存器invstr：mflr r6 //将LR寄存器的内容放入r6寄存器中2.2 B-Form指令格式该类为有条件转移指令0-5 6-10 11-15 16-29 30 31 OPCD BO BI BD AA LK 包含下面4条指令：bc BO, BI, BD //AA=0 LK=0bca BO, BI, BD //AA=1 LK=0bcl BO, BI, BD //AA=0 LK=1bcla BO, BI, BD //AA=1 LK=1解释：AA和LK的含义同上，下面详细介绍一下BO，BI，BD字段的含义。
BO字段：从6位至10位，共5 bit：BO[0]为1：表示根据CTR寄存器是否为0进行转移；为0：根据CR寄存器的相应字段和BI字段中的条件进行转移。
BO[1]为1：指定的条件为真时转移为0：指定的条件为假时转移BO[2]为1：执行bc指令时，CTR寄存器保持不变为0：执行bc指令时，CTR寄存器自减BO[3]为1：CTR寄存器为0时进行条件转移为0：CTR寄存器非0时进行条件转移BO[4]为1：bc指令将被判断为执行转移功能，处理器将预取转移指令目标地址后面的几条指令，并将预先取得的指令放入缓冲对列。
为0：bc指令不被判断为执行转移功能，不预取转移指令目标地址后面的几条指令BI字段（11-15bit）的功能：BI[0-2]的值n（n在0到7之间）：指出CR寄存器中的CRn字段的状态作为指令跳转条件BI[3-4]的值表述指令跳转条件，具体如下：00 使用LT（小于）状态作为指令的转移条件01 使用GT（大于）状态作为指令的转移条件10 使用EQ（等于）状态作为指令的转移条件11 使用SO（溢出）状态作为指令的转移条件BD字段（16-29bit）：指出转移的目标地址现在我们给我几个例子：bc 16,0，BD解释：BO[0]为1：表示根据CTR寄存器是否为0进行转移，和CR寄存器无关了；BO[2]为0：执行bc指令时，CTR寄存器自减；BO[3]为0：CTR寄存器为非0时进行条件转移；BO[4] 为0：bc指令不被判断为执行转移功能，不预取转移指令目标地址后面的几条指令综上，该指令的意思是将CTR寄存器自减，如果CTR不为0则跳转到BD指示的地址处。
可以使用指令助记符bdnz BD表示，CTR寄存器自减，如果CTR不为0则跳转到BD指示的地址处bc 4，2，BDBO[0]为0根据CR寄存器的相应字段和BI字段在中的条件进行转移。
BO[1]为0：指定的条件为假时转移BO[2]为1：执行bc指令时，CTR寄存器保持不变BI[0-2]的值为0：指出CR寄存器中的CR0中的状态作为指令跳转条件BI[3-4]的值为10：使用EQ（等于）状态作为指令的转移条件综上，该指令的意思是说只有比较结果不等于0，就转移可以使用指令助记符：bne BD 来代表bc 4,2，BD。
备注：目标地址是相对地址，还是绝对地址要看AA标识是否置位。
常用的指令助记符lt（小于）, le（小于等于）,eq （等于）,so（溢出），+（转移被静态预测为真，选择转移），-（转移被静态预测为假，不选择转移）等等。
在Powerpc指令集中常用的条件转移指令只有bc，bcl，以前的转移指令beq，ndnz，ble等等都是助记符。
2.3 SC-Form指令该指令主要用来实现系统调用，只有“sc”这一条汇编，比较简单2.4 D-Form指令该指令一定包含一个立即数。
指令格式如下：0-5 5-10 11-15 16-31OPCD RS/RT RA DRS/RT：存放该条指令运算结果的寄存器的索引RA：存放源数据的寄存器索引D：存放该指令需要的另一个立即数数据源该指令格式包含两类：1．对存储器或者寄存器进行读写的指令2．立即数的算术运算和逻辑运算指令典型指令如下：2.4.1 Load Word and Zero指令lwz RT, D(RA)语义：if RA=0 then b=0else b=(RA)EA=b+extsign(D)RT=32个连续的0 连上MEM（EA，4）解释：extsign(D)：表示D符合扩展到32bit（因为D 是16 bit，参与运算的是32bit）MEM（EA，4）：表示从EA地址处取得32位数据该指令的目的就是将RA+D指定的地址中读取一个32位的数据，然后将此数据传递给RT寄存器。
此外还有对16 bit 和8 bit进行操作的lhz，lbz 指令2.4.2 STore Word指令stw RS, D(RA)和lwz指令想反，将寄存器RS中的32位数存到RA+D指向的内存单元处备注：立即数D参与的寻找计算，都需要将D符号扩展至32位。
2.4.3 Load Word and Zero with Update指令lwzu RT,D(RA)解释：将D+RA指向的内存单元的值放入RT索引的寄存器，然后将RA寄存器的值更新为RA+D2.4.5 Store Word with Update指令stwu RS,D(RA)同lwzu相反。
备注：这两条指令可以实现数据栈的压栈和出栈操作，另外还有对8位和16位数据进行操作的指令lbzu,stbu和sthu,lhzu指令，格式通上。
2.4.6 介绍两条批处理指令Load Multiple Word指令：lmw RT,D(RA)语义：if RA = 0 then b <- 0else b <-(RA)EA <-b + EXTS(D)r <-RTdo while r ≤ 31GPR(r) <- 32个连续0 || MEM(EA, 4) //||表示字符串的连接，例如a||b就是abr <- r + 1EA <- EA + 4endwhile解释：将RA+D地址处的数据依次传递到RT至31中，传递的32位数据量32-RT个Store Multiple Word指令stmw RS,D(RA)解释：将RS至R31的（32-RS）个数据依次传递到RA+D指向的内容地址处。
备注：使用这两个寄存器时要注意存储器的边界检查和所使用到的通用寄存器是否需要备份。
2.4.7 Compare Immediate指令cmpi BF,L,RA,SI语义：n <- BF表示的数值if L = 0 then a <- EXTS((RA)32:63)else a <- (RA)if a < EXTS(SI) then c <-0b100 //小于时设置CRn（0）为1else if a > EXTS(SI) then c <- 0b010 //大于时设置CRn（1）为1else c <- 0b001 //等于时设置CRn（2）为1CR寄存器中的： 4×BF+32:4×BF+35 <- c || XER寄存器中SO位// ||表示字符连接解释：将寄存器RA与立即数SI进行比较，然后将比较指令产生的状态放入CR寄存器的不同字段中，CR寄存器有8个CRn字段（n从0至7），可以由三bit位的BF段指定。
L：表示是进行32位还是64的比较。
对于e600而言，只有L=0的比较。
备注：解释一下CR寄存器，e600中32位CR寄存器用来存放指令执行之后的状态，该寄存器分为8个字段。
分别为CR0，CR1，…，CR7。
每个字段都由4bit组成。
各个字段CRn（n从0至7）都可以表示响应指令执行的结果：比如整数的加减及逻辑运算，使用CR0来存放状态，CR0的四个bit位的含义如下：CR0（0）：用来表示LT（小于），当整型指令运算结果为负时置1；CR0（1）：用来表示GT（大于），当整型指令运算结果为正时置1；CR0（2）：用来表示EQ（等于），当整型指令运算结果为0时置1；CR0（3）：用来表示SO（溢出），当整型指令运算结果溢出时置1；同理浮点数的运算使用CR1来保存运算状态，保存过程同上，e600的比较指令可以使用CR寄存器的全部的CRn（n从0至7）来保存运算的结果。