Linux で Arm64 アセンブリプログラミング (13) 浮動小数点数のレジスタ間移動命令

浮動小数点数のレジスタ間移動命令(2017-04-23)

浮動小数点数のロード／ストア命令はメモリとレジスタ間のコピーですが、 浮動小数点数をレジスタとレジスタ間でコピーする命令としてムーブ命令があります。 整数レジスタ、浮動小数点レジスタ、ベクトルレジスタが格納する浮動小数点数をレジスタ - レジスタ間で自由自在にコピーできるようになります。

FMOV

FMOV（レジスタ）

単精度浮動小数点レジスタ (Sn) から単精度浮動小数点レジスタ (Sd) へコピーを行います。 また、倍精度浮動小数点レジスタ(Dn) から倍精度浮動小数点レジスタ(Dd) へコピーを行います。数値の変換は行われません。

FMOV  Sd, Sn    // 単精度
FMOV  Dd, Dn    // 倍精度

FMOV（汎用）

整数型の汎用レジスタと浮動小数点レジスタ間のコピーを行います。数値の変換は行われません。

FMOV  Sd, Wn        // 32 ビットから単精度へ
FMOV  Wd, Sn        // 単精度から 32 ビットへ
FMOV  Dd, Xn        // 64 ビットから倍精度へ
FMOV  Vd.D[1], Xn   // 64 ビットから 128 ビットの上位半分
FMOV  Xd, Dn        // 倍精度から 64 ビットへ
FMOV  Xd, Vn.D[1]   // 128 ビットの上位半分から 64 ビット

FMOV（定数）

8 ビットの浮動小数点定数 (イミディエート) を浮動小数点レジスタに代入します。

FMOV  Sd, #imm8    // 単精度
FMOV  Dd, #imm8    // 倍精度

imm8 は 8 ビットの即値定数で、3ビットの指数部を持つ正規化された4ビット精度の符号付き浮動小数点定数です。符号1ビットに続いて符号部3ビット、仮数部4ビットで以下の表の値が可能です。

-	指数部3ビット
仮数部	000	001	010	011	100	101	110	111
0000	2.000000	4.000000	8.000000	16.000000	0.1250000	0.250000	0.500000	1.000000
0001	2.125000	4.250000	8.500000	17.000000	0.1328125	0.265625	0.531250	1.062500
0010	2.250000	4.500000	9.000000	18.000000	0.1406250	0.281250	0.562500	1.125000
0011	2.375000	4.750000	9.500000	19.000000	0.1484375	0.296875	0.593750	1.187500
0100	2.500000	5.000000	10.000000	20.000000	0.1562500	0.312500	0.625000	1.250000
0101	2.625000	5.250000	10.500000	21.000000	0.1640625	0.328125	0.656250	1.312500
0110	2.750000	5.500000	11.000000	22.000000	0.1718750	0.343750	0.687500	1.375000
0111	2.875000	5.750000	11.500000	23.000000	0.1796875	0.359375	0.718750	1.437500
1000	3.000000	6.000000	12.000000	24.000000	0.1875000	0.375000	0.750000	1.500000
1001	3.125000	6.250000	12.500000	25.000000	0.1953125	0.390625	0.781250	1.562500
1010	3.250000	6.500000	13.000000	26.000000	0.2031250	0.406250	0.812500	1.625000
1011	3.375000	6.750000	13.500000	27.000000	0.2109375	0.421875	0.843750	1.687500
1100	3.500000	7.000000	14.000000	28.000000	0.2187500	0.437500	0.875000	1.750000
1101	3.625000	7.250000	14.500000	29.000000	0.2265625	0.453125	0.906250	1.812500
1110	3.750000	7.500000	15.000000	30.000000	0.2343750	0.468750	0.937500	1.875000
1111	3.875000	7.750000	15.500000	31.000000	0.2421875	0.484375	0.968750	1.937500

この表の範囲の浮動小数点定数は即値として命令に埋め込むことができます。8ビットの値へはアセンブラが変換するため、ソースには浮動小数点数を使います。確認してみましょう。

.global _start
.text
_start:
        fmov    s0, 1.0          // 01110000
        bl      OutSingle
        fmov    d0, -1.0         // 11110000
        bl      OutDouble
        fmov    s0, -0.2421875   // 11001111
        bl      OutSingle
        fmov    d0, 0.2421875    // 01001111
        bl      OutDouble
        // fmov    s0, 0.810     //Error: invalid floating-point constant
        bl      Exit

OutDouble:
        stp     x0, x30, [sp, #-16]!
        bl      Double2String
        b       1f
OutSingle:
        stp     x0, x30, [sp, #-16]!
        bl      Single2String
    1:  bl      OutAsciiZ
        bl      NewLine
        ldp     x0, x30, [sp], #16
        ret
.include        "float2string.s"

上のソースをアセンブル、リンクして実行します。 fmov で指定する定数が上記の表に無いとアセンブラはエラーとなります。

$ as -o fmov.o fmov.s
$ ld -o fmov fmov.o
$ ./fmov
 1.0000000
-1.000000000000000
-2.4218750E-1
 2.421875000000000E-1

逆アセンブルして、命令のビットパターンを見てみます。8ビットの即値定数が 32 ビットの単精度浮動小数点数と 64 ビットの倍精度浮動小数点数としてレジスタに代入されています。

$ objdump -d fmov |head -n 15

fmov:     file format elf64-littleaarch64


Disassembly of section .text:

00000000004000b0 <_start>:
  4000b0:	1e2e1000 	fmov	s0, #1.000000000000000000e+00
  4000b4:	9400000b 	bl	4000e0 <OutSingle>
  4000b8:	1e7e1000 	fmov	d0, #-1.000000000000000000e+00
  4000bc:	94000006 	bl	4000d4 <OutDouble>
  4000c0:	1e39f000 	fmov	s0, #-2.421875000000000000e-01
  4000c4:	94000007 	bl	4000e0 <OutSingle>
  4000c8:	1e69f000 	fmov	d0, #2.421875000000000000e-01
  4000cc:	94000002 	bl	4000d4 <OutDouble>

FMOV（ベクトル）

8 ビットの浮動小数点定数 (イミディエート) をベクトルレジスタの全要素に代入します。

FMOV  Vd.2S, #imm8    // 単精度
FMOV  Vd.4S, #imm8    // 単精度
FMOV  Vd.2D, #imm8    // 倍精度

imm8 は 8 ビットの即値定数で、3ビットの指数部を持つ正規化された4ビット精度の符号付き浮動小数点定数です。符号1ビットに続いて符号部3ビット、仮数部4ビットで上記の表の値が可能です。 ベクトルレジスタへの定数の代入も試してみましょう。

.global _start
.text
_start:
        fmov    v1.2s, 1.0       // 01110000
        dup     s0, v1.s[0]
        bl      OutSingle
        fmov    v2.2d, -1.0      // 11110000
        dup     d0, v2.d[0]
        bl      OutDouble
        fmov    v3.4s, -0.2421875  // 11001111
        dup     s0, v3.s[3]
        bl      OutSingle
        fmov    v4.2d, 0.2421875   // 01001111
        dup     d0, v4.d[1]
        bl      OutDouble
        bl      Exit

OutDouble:
        stp     x0, x30, [sp, #-16]!
        bl      Double2String
        b       1f
OutSingle:
        stp     x0, x30, [sp, #-16]!
        bl      Single2String
    1:  bl      OutAsciiZ
        bl      NewLine
        ldp     x0, x30, [sp], #16
        ret
.include        "float2string.s"

上のソースをアセンブル、リンクして実行します。

$ as -o vfmov.o vfmov.s
$ ld -o vfmov vfmov.o
$ ./vfmov
1.0000000
-1.000000000000000
-2.4218750E-1
 2.421875000000000E-1

命令に含まれる8ビットの定数は次のように2つに分かれて埋め込まれます。

$ objdump -d vfmov |head -n 20
抜粋
  4000b0:	0f03f601 	fmov	v1.2s, #1.000000000000000000e+00
  4000bc:	6f07f602 	fmov	v2.2d, #-1.000000000000000000e+00
  4000c8:	4f06f5e3 	fmov	v3.4s, #-2.421875000000000000e-01
  4000d4:	6f02f5e4 	fmov	v4.2d, #2.421875000000000000e-01

命令のエンコード

DUP

DUP（スカラ）

ベクタレジスタの要素の１つからスカラレジスタに内容をコピーします。8ビットから64ビットの要素のサイズに対応するレジスタに内容を複製(DUPlicate)します。

DUP  Bd, Vn.B [0..15]
DUP  Hd, Vn.H [0..7]
DUP  Sd, Vn.S [0..3]
DUP  Dd, Vn.D [0..1]

コピー先レジスタには 8 ビットから 64 ビットのスカラレジスタとして B、H、S、D を指定することができます。 d にはレジスタ番号を 0 ～ 31 の範囲で指定します。 コピー元はベクタレジスタの要素を配列の形式で指定します。n にはレジスタ番号を 0 ～ 31 の範囲で指定します。

DUP（ベクタ）

ベクタレジスタの１要素をベクタレジスタの 指定したすべての要素にコピー。 します。

DUP  Vd.8B,  Vn.B[0..15]
DUP  Vd.16B, Vn.B[0..15]
DUP  Vd.4H,  Vn.H[0..7]
DUP  Vd.8H,  Vn.H[0..7]
DUP  Vd.2S,  Vn.S[0..3]
DUP  Vd.4S,  Vn.S[0..3]
DUP  Vd.2D,  Vn.D[0..1]

コピー先レジスタにはベクタレジスタを 8 ビットから 64 ビットの複数要素を指定します。 d にはレジスタ番号を 0 ～ 31 の範囲で指定します。 コピー元はベクタレジスタの要素を配列の形式で指定します。n にはレジスタ番号を 0 ～ 31 の範囲で指定します。

DUP（汎用）

ベクタレジスタの要素に対応する汎用整数レジスタの下位ビットをベクタレジスタの 指定したすべての要素にコピー します。

DUP  Vd.8B,  Wn
DUP  Vd.16B, Wn
DUP	 Vd.4H,	 Wn
DUP	 Vd.8H,	 Wn
DUP	 Vd.2S,	 Wn
DUP	 Vd.4S,	 Wn
DUP	 Vd.2D,	 Xn

コピー先レジスタにはベクタレジスタを 8 ビットから 64 ビットの複数要素を指定します。 d にはレジスタ番号を 0 ～ 31 の範囲で指定します。 コピー元は汎用レジスタを指定します。n にはレジスタ番号を 0 ～ 31 の範囲で指定します。

命令のエンコード

INS

INS（ベクタ要素）

ベクタレジスタの指定した要素から別のベクタレジスタの指定した要素に内容をコピー(挿入) します。 コピー先のベクタレジスタの指定した要素以外は変化しません。 別名として MOV も使われます。

INS  Vd.B[0..15], Vn.B[0..15]
INS	 Vd.H[0..7],  Vn.H[0..7]
INS	 Vd.S[0..3],  Vn.S[0..3]
INS	 Vd.D[0..1],  Vn.D[0..1]

INS（汎用）

汎用整数レジスタ (の下位ビット) をベクタレジスタの要素にコピーします。

INS  Vd.B[0..15], Wn
INS	 Vd.H[0..7],  Wn
INS	 Vd.S[0..3],  Wn
INS	 Vd.D[0..1],  Xn

n にはコピー元の汎用レジスタの番号を 0 ～ 30 の範囲で指定するか、ゼロレジスタ ZR (31) を指定します。

命令のエンコード

UMOV/SMOV

UMOV

ベクタレジスタの指定した要素を汎用整数レジスタへゼロ拡張してコピーします。

UMOV Wd, Vn.B[0..15]    // MOV Wd, Vn.B[0..15]
UMOV Wd, Vn.H[0..7]     // MOV Wd, Vn.H[0..7]
UMOV Wd, Vn.S[0..3]     // MOV Wd, Vn.S[0..3]
UMOV Xd, Vn.D[0..1]     // MOV Xd, Vn.D[0..1]

SMOV

ベクタレジスタの指定した要素を汎用整数レジスタへ符号拡張してコピーします。 符号拡張してコピーするため、コピー元よりコピー先のサイズが大きい必要があります。

SMOV Wd, Vn.B[0..15]
SMOV Wd, Vn.H[0..7] 
SMOV Xd, Vn.B[0..15]
SMOV Xd, Vn.H[0..7] 
SMOV Xd, Vn.S[0..3] 

命令のエンコード

前々回の11. 浮動小数点数のロード/ストア命令 と前回の12. ベクトルのロード/ストア命令と合わせて、Arm64(AArch64) の整数レジスタ、浮動小数点レジスタ、ベクトルレジスタを使って、浮動小数点数をメモリ - レジスタ間、レジスタ - レジスタ間で自由自在に移動できるようになりました。レジスタに値を設定できるようになると後は演算だけです。

続く...

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