7.2 基于寄存器的指令集

Dalvik 字节码指令集的字节码指令集不支持无符号整数运算，因此参照 Dalvik 设计了以下指令集。

基于纯寄存器的指令集，指令系统存在下列的要求：

每条指令按照 16 bit 对齐。
寄存器的索引位宽有 4 bit、8 bit、16 bit。
最多支持 65536 个寄存器。
每个寄存器 32 bit。
64 bit寄存器由相邻的两个 32 bit 寄存器组合而成。
指令操作码位宽为 8 bit。
指令中可有子操作码，具体位宽看具体的指令格式。
32 bit 寄存器内可以存储 32 bit的整数、浮点数。
64 bit 寄存器内可以存储 64 bit的整数、浮点数。
位宽小于 32 位的值，需要进行扩展（零扩展、符号扩展）到 32 bit。
助记符中的 I 表示寄存器索引，后面的数字表示索引位宽

指令格式

总体格式：

操作码 + [ 操作子码 ] + ( 操作数 )*

操作子码可选。
操作数可以有多个。

寄存器位宽索引支持的寄存器数量：

位宽	寄存器数量	索引范围
4 bit	16	[ 0, 15 ]
8 bit	256	[ 0, 255 ]
16 bit	65536	[ 0, 65535 ]

空指令

文本格式： nop

助记符	操作码	对齐	注解
格式	8 bit	8bit	指令宽度：16 bit

nop	0		空操作，用于对齐

常量赋值指令

文本格式： op des, imm

助记符	操作码	目的寄存器	立即数	注解
	8 bit	4 bit	4 bit	4 bit 立即数，指令宽度：16 bit
const-w32-I4-i4		des	imm	imm 为有符号整数，有符号扩展至 32 bit。
const-w64-I4-i4		des	imm	imm 为有符号整数，有符号扩展至 32 bit。
const-w32-I4-u4		des	imm	imm 为无符号整数，无符号扩展至 32 bit。
const-w64-I4-u4		des	imm	imm 为无符号整数，无符号扩展至 32 bit。

	8 bit	8 bit	16 bit	16 bit 立即数，指令宽度：32 bit
const-w32-I8-i16		des	imm	imm 为有符号整数，有符号扩展至 32 bit。
const-w64-I8-i16		des	imm	imm 为有符号整数，有符号扩展至 64 bit。
const-w32-I8-u16		des	imm	imm 为无符号整数，无符号扩展至 32 bit。
const-w64-I8-u16		des	imm	imm 为无符号整数，无符号扩展至 64 bit。
const-w32-I8-L16		des	imm	imm 为无符号整数。imm 存放在寄存器的低 16 bit，不改变高 16 bit。
const-w32-I8-H16		des	imm	imm 为无符号整数。imm 存放在寄存器的高 16 bit，不改变低 16 bit。

	8 bit	8 bit	32 bit	32 bit 立即数，指令宽度：48 bit
const-w32-I8		des	imm	原样拷贝，支持32 bit 整数和浮点。
const-w64-I8-i32		des	imm	imm 为有符号整数，有符号扩展至 64 bit。
const-w64-I8-u32		des	imm	imm 为无符号整数，无符号扩展至 64 bit。

	8 bit	8 bit	64 bit	64 bit 立即数，指令宽度：80 bit
const-w64-I8		des	imm	原样拷贝，支持64 bit整数和浮点。

文本格式：op.sub des,imm

助记符	操作码	操作子码	目的寄存器	立即数	注解
	8 bit	8 bit	8 bit	8 bit	指令宽度：32 bit
const-w32-I8		subop	des	imm	imm 为无符号整数

操作子码定义

助记符	操作子码	注解
B0		imm存放在寄存器的第 1 个字节，不改变其他字节。
B1		imm存放在寄存器的第 2 个字节，不改变其他字节。
B2		imm存放在寄存器的第 3 个字节，不改变其他字节。
B3		imm存放在寄存器的第 4 个字节，不改变其他字节。

寄存器赋值指令

文本格式：op des,src

助记符	操作码	目的寄存器	源寄存器	注解
	8 bit	4 bit	4 bit	指令宽度：16 bit
move-w32-I4		des	src	32 位寄存器值传递
move-w64-I4		des	src	64 位寄存器值传递

	8 bit	8 bit	16 bit	指令宽度：32 bit
move-w32-I8I16		des	src	32 位寄存器值传递
move-w64-I8I16		des	src	64 位寄存器值传递

文本格式：op.sub des,src

助记符	操作码	操作子码	目的寄存器	源寄存器	注解
	8 bit	8 bit	8 bit	8 bit	指令宽度：32 bit
mov-I8	sub	des	src

	8 bit	8 bit	16 bit	16 bit	指令宽度：48 bit
mov-I16	sub	des	src

操作子码定义

助记符含义：

目标位宽-源数据获取转换位宽
- i:符号扩展。
- u:零扩展。
- 只有目标位宽时，表示源位宽直接拷贝传递。
目标类型-源类型
- 表示从源类型转换到目标类型

助记符	操作子码	注解
w32-B0-i8	0	获取寄存器的第 1 个字节，进行符号扩展到 32 位
w32-B0-u8	1	获取寄存器的第 1 个字节，进行零扩展到 32 位
w32-B1-i8	2	获取寄存器的第 2 个字节，进行符号扩展到 32 位
w32-B1-u8	3	获取寄存器的第 2 个字节，进行零扩展到 32 位
w32-B2-i8	4	获取寄存器的第 3 个字节，进行符号扩展到 32 位
w32-B2-u8	5	获取寄存器的第 3 个字节，进行零扩展到 32 位
w32-B3-i8	6	获取寄存器的第 4 个字节，进行符号扩展到 32 位
w32-B3-u8	7	获取寄存器的第 4 个字节，进行零扩展到 32 位

w32-L16-i16	8	获取寄存器的低 16 位，进行符号扩展到 32 位
w32-L16-u16	9	获取寄存器的低 16 位，进行零扩展到 32 位
w32-H16-i16	10	获取寄存器的高 16 位，进行符号扩展到 32 位
w32-H16-u16	11	获取寄存器的高 16 位，进行零扩展到 32 位
w32	12	32 位原值拷贝传递

w64-B0-i8	13	获取寄存器的第 1 个字节，进行符号扩展到 64 位
w64-B0-u8	14	获取寄存器的第 1 个字节，进行零扩展到 64 位
w64-B1-i8	15	获取寄存器的第 2 个字节，进行符号扩展到 64 位
w64-B1-u8	16	获取寄存器的第 2 个字节，进行零扩展到 64 位
w64-B2-i8	17	获取寄存器的第 3 个字节，进行符号扩展到 64 位
w64-B2-u8	18	获取寄存器的第 3 个字节，进行零扩展到 64 位
w64-B3-i8	19	获取寄存器的第 4 个字节，进行符号扩展到 64 位
w64-B3-u8	20	获取寄存器的第 4 个字节，进行零扩展到 64 位

w64-L16-i16	21	获取寄存器的低 16 位，进行符号扩展到 32 位
w64-L16-u16	22	获取寄存器的低 16 位，进行零扩展到 32 位
w64-H16-i16	23	获取寄存器的高 16 位，进行符号扩展到 32 位
w64-H16-u16	24	获取寄存器的高 16 位，进行零扩展到 32 位
w64-i32	25	获取寄存器的 32 位，进行符号扩展到 64 位
w64-u32	26	获取寄存器的 32 位，进行零扩展到 64 位
w64	27	64 位原值拷贝传递

i32-f32	28	32 位有符号整数转 32 位浮点数
i32-f64	29	32 位有符号整数转 64 位浮点数
u32-f32	30	32 位无符号整数转 32 位浮点数
u32-f64	31	32 位无符号整数转 64 位浮点数

i64-f32	32	64 位有符号整数转 32 位浮点数
i64-f64	33	64 位有符号整数转 32 位浮点数
u64-f32	34	64 位无符号整数转 32 位浮点数
u64-f64	35	64 位无符号整数转 64 位浮点数

f32-i32	36	32 位浮点数转 32 位有符号
f32-i64	37	32 位浮点数转 64 位有符号
f32-u32	38	32 位浮点数转 32 位无符号
f32-u64	39	32 位浮点数转 64 位无符号
f32-f64	49	32 位浮点数转 64 位浮点数

f64-i32	41	64 位浮点数转 32 位有符号
f64-i64	42	64 位浮点数转 64 位有符号
f64-u32	43	64 位浮点数转 32 位无符号
f64-u64	44	64 位浮点数转 64 位无符号
f64-f32	45	64 位浮点数转 32 位浮点数

数学运算指令

有二地址、三地址分类。
每类的主操作码不一致。

三地址操作

三地址文本格式： op.sub des,src,src2

助记符	操作码	操作子码	目的寄存器	源寄存器	源操作数	注解
	8 bit	8 bit	8 bit	4 bit	4 bit	指令宽度：32 bit
math-I4		sub	des	src	src2
	8 bit	8 bit	16 bit	8 bit	8 bit	指令宽度：48 bit
math-I16I8		sub	des	src	src2
	8 bit	8 bit	16 bit	16 bit	16 bit	指令宽度：64 bit
math-I16		sub	des	src	src2

子码定义

助记符	操作子码	注解
add-int32	0	32 位有符号加 +
sub-int32	1	32 位有符号减 -
mul-int32	2	32 位有符号乘 *
div-int32	3	32 位有符号除 /
mod-int32	4	32 位有符号模 %

add-uint32	5	32 位无符号加 +
sub-uint32	6	32 位无符号减 -
mul-uint32	7	32 位无符号乘 *
div-uint32	8	32 位无符号除 /
mod-uint32	9	32 位无符号模 %

add-int64	10	64 位有符号加 +
sub-int64	11	64 位有符号减 -
mul-int64	12	64 位有符号乘 *
div-int64	13	64 位有符号除 /
mod-int64	14	64 位有符号

add-uint64	15	64 位无符号加 +
sub-uint64	16	64 位无符号减 -
mul-uint64	17	64 位无符号乘 *
div-uint64	18	64 位无符号除 /
mod-uint64	19	64 位无符号模 %

add-flt32	20	32 位浮点加 +
sub-flt32	21	32 位浮点减 -
mul-flt32	22	32 位浮点乘 *
div-flt32	23	32 位浮点除 /
mod-flt32	24	32 位浮点模 %

add-flt64	25	64 位浮点加 +
sub-flt64	26	64 位浮点减 -
mul-flt64	27	64 位浮点乘 *
div-flt64	28	64 位浮点除 /
mod-flt64	29	64 位浮点模 %

sl-w32	30	32 位左移
sr-w32	31	32 位右移
sra-w32	32	32 位算术右移
rol-w32	33	32 位循环左移
ror-w32	34	32 位循环右移
and-w32	35	32 位位与
or-w32	36	32 位位或
xor-w32	37	32 位位异或

sl-w64	38	64 位左移
sr-w64	39	64 位右移
sra-w64	40	64 位算术右移
rol-w32	41	64 位循环左移
ror-w32	42	64 位循环右移
and-w64	43	64 位位与
or-w64	44	64 位位或
xor-w64	45	64 位位异或

andl-w32	46	32 位逻辑与
orl-w32	47	32 位逻辑或

cmp-int32	48	src < src2 : des=-1
cmp-uint32	49	src == src2 : des=0
cmp-int64	50	src > src2 : des=1
cmp-uint64	51
cmp-flt32	52
cmp-flt64	53

二地址操作

二地址文本格式： op.sub des,src

助记符	操作码	操作子码	目的寄存器	源寄存器	源操作数
	8 bit	8 bit	8 bit	8 bit	指令宽度：32 bit
math-I8		sub	des	src
	8 bit	8 bit	16 bit	16 bit	指令宽度：48 bit
math-I16		sub	des	src

子码定义

助记符	操作子码	注解
not-w32	0	32 位按位取反
not-w64	1	64 位按位取反

inv-w32	2	32 位逻辑取反
inv-w64	3	64 位逻辑取反

neg-int32	4	32 位符号取反
neg-int64	5	64 位符号取反
neg-flt32	6	32 位符号取反
neg-flt64	7	64 位符号取反

abs-int32	8	32 位取绝对值
abs-int64	9	64 位取绝对值
abs-flt32	10	32 位取绝对值
abs-flt64	11	64 位取绝对值

sin-flt32	12	三角函数
cos-flt32	13	三角函数
tan-flt32	14	三角函数
asin-flt32	15	三角函数
acos-flt32	16	三角函数
atan-flt32	17	三角函数

sin-flt64	18	三角函数
cos-flt64	19	三角函数
tan-flt64	20	三角函数
asin-flt64	21	三角函数
acos-flt64	22	三角函数
atan-flt64	23	三角函数

跳转指令

直接跳转指令

文本格式： goto imm

助记符	操作码	对齐	立即数	注解
	8 bit		8 bit	指令宽度： 16 bit
goto8			imm	8 bit有符号偏移
	8 bit	8 bit	16 bit	指令宽度： 32 bit
goto16			imm
	8 bit	8 bit	32 bit	指令宽度： 48 bit
goto32			imm

分支跳转指令

文本格式

jbr src,src2,imm
jbr src,imm

类型编码：标识操作数的类型。
操作子码：标识比较方法。
和 0 比较时，无源操作数 src2。

操作码	操作子码	类型码	源操作数	源操作数	立即数	注解
8 bit	4 bit	4 bit
			8 bit	8 bit	16 bit	指令宽度： 32 bit
			8 bit	8 bit	32 bit	指令宽度： 32 bit
			16 bit	16 bit	16 bit	指令宽度： 32 bit
			16 bit	16 bit	32 bit	指令宽度： 32 bit
			src	src2	imm

操作子码

助记符	操作子码	注解
eq	0	if( src == src2 ) goto imm
ne	1	if( src != src2 ) goto imm
lt	2	if( src < src2 ) goto imm
le	3	if( src <= src2 ) goto imm
gt	4	if( src > src2 ) goto imm
ge	5	if( src >= src2 ) goto imm
eqz	6	if( src == 0 ) goto imm
nez	7	if( src != 0 ) goto imm
ltz	8	if( src < 0 ) goto imm
lez	9	if( src <= 0 ) goto imm
gtz	10	if( src > 0 ) goto imm
gez	11	if( src >= 0 ) goto imm

注意：和 0 比较时，无源操作数 src2。

类型码

助记符	操作子码	注解
int32	0	32 位有符号比较
uint32	1	32 位无符号比较
int64	2	64 位有符号比较
uint64	3	64 位无符号比较
flt32	4	32 位浮点数比较
flt64	5	64 位浮点数比较

返回指令

文本格式： op src op imm

助记符	操作码	操作子码	立即数码	源操作数	注解
	8 bit			8 bit	指令宽度： 16 bit
return-void					无参数返回
return-w32-I8					返回 32 bit 值
return-w64-I8					返回 64 bit 值

	8 bit	4 bit	4 bit	16/32/64 bit

操作子码

助记符	操作子码	注解
I16	0	寄存器索引16位
int32	1	立即数转换到32位有符号整数
uint32	2	立即数转换到32位有符号整数
int64	3	立即数转换到32位有符号整数
uint64	4	立即数转换到32位有符号整数
flt32	5	立即数转换到32位有符号整数
flt64	6	立即数转换到32位有符号整数

立即数码

助记符	操作子码	注解
B16	0	16 位立即数
B32	1	32 位立即数
B64	2	64 位立即数

函数调用指令

不固定参数调用

文本格式：op argcnt, arg,arg2,…,func

助记符	操作码	参数个数	参数寄存器	函数	注解
	8 bit	8 bit	16 bit	32 bit
invoke-virtual-nofix		argcnt	arg…	func	调用虚函数
invoke-direct-nofix		argcnt	arg…	func	直接调用函数
invoke-static-nofix		argcnt	arg…	func	调用静态函数
invoke-interface-nofix		argcnt	arg…	func	调用接口函数
invoke-native-nofix		argcnt	arg…	func	调用C语言函数

范围参数调用

文本格式：op argcnt,start, end,func

助记符	操作码	参数个数	起始寄存器	结束寄存器索引	函数
	8 bit	8 bit	16 bit	16 bit	32 bit
invoke-virtual-range		argcnt	arg…	func	调用虚函数
invoke-direct-range		argcnt	arg…	func	直接调用函数
invoke-static-range		argcnt	arg…	func	调用静态函数
invoke-interface-range		argcnt	arg…	func	调用接口函数
invoke-native-range		argcnt	arg…	func	调用C语言函数

获取返回值指令

文本格式：op des

助记符	操作码	对齐	源寄存器	注解
	8 bit		8 bit	指令宽度： 16 bit
get-result-w32-I8			des	获取32位返回值
get-result-w64-I8			des	获取64位返回值
get-result-obj-I8			des	获取对象返回值
	8 bit	8 bit	16 bit	指令宽度： 32 bit
get-result-w32-I16			des	获取32位返回值
get-result-w64-I16			des	获取64位返回值
get-result-obj-I16			des	获取对象返回值

异常处理指令

文本格式：op des

助记符	操作码	对齐	源寄存器	注解
	8 bit		8 bit	指令宽度： 16 bit
get-exception-I8			des	获取异常对象
throw-I8		src	抛出异常对象
	8 bit	8 bit	16 bit	指令宽度： 32 bit
get-exception-I16			des	获取异常对象
throw-I16		src	抛出异常对象