X86 OPCode

ID:94349 · 发表于 2015-11-2 14:26

指令格式

X86 指令集单字节代码表

ASCII表

legacy prefix 分类(1) operand size override prefix：66H --- 改变操作数大小
(2) address size override preifx：67H --- 改变操作数地址模式
(3) segment override prefix：改变 memory 操作数段选择子，包括：

2E --- CS register
3E --- DS register
26 --- ES register
64 --- FS register
65 --- GS register
36 --- SS register

(4) rep/repz prefix：F3H --- 串指字重复执行
(5) repnz prefix：F2H --- 串指字重复执行
(6) lock prefix： F0H --- LOCK

表 4.3.1

模式	default operand size	effective operand size	prefix	REX prefix	描述
16 模式	16	16	---	---	16 位模式下的 2 种 default operand size 的情形
		32	66H
	32	16	66H
		32	---
32 模式	16	16	---	---	32 位模式下的 2 种 default operand size 的情形
		32	66H
	32	16	66H
		32	---
64 模式	32	16	66H	---	64 位模式下的 2 种 default operand size 情形
		32	---	---
		64	---	REX.W = 1
	* 64	16	66H	---
		64	---

每一种模式下都分为 2 种 default operand size 情形，除了 64 位模式下 default operand size 是 32 时，有 3 种 effective operand size 外，其它都是 2 种 effective operand size
表中：--- 表示无需 prefix，REX.W = 1 表示：调整到 64 位（REX.W = 0 它是使用 default operand size）
* 标注处的 default operand size ＝ 64 只有少数的指令 default operand size 是 64 位，大部分指令的 default 是 32 位的。

在 1 个字节的空间里：00 ~ FF，Prefix 与 Opcode 共同占用这个空间。
由于 x86/x64 是 CISC 架构，指令不定长。解码器解码的唯一途径就是按指令编码的序列进行解码，关键是第 1 字节是什么？如：遇到 66h，它就是 prefix，遇到 89h，它就是 Opcode。

Prefix 与 Opcode 共享空间的原因是：Prefix 是可选的。在编码序列里，只有 Opcode 是不可缺少的，其它都是可选。这就决定了指令编码中的第 1 个字节对解码工作的重要性。

除了 1 个字节的 Opcode 外，还有 2 个字节的 Opcode 以及 3 个字节的 Opcode，第 2 个 Opcode 码是由 0F 字节进行引导，这个 0F 被称为 escape prefix。即：2 个字节的 Opcode 码，其第 1 个 Opcode 必定是 0F 字节。

在 16 位模式下
- 当 default operand size 是 16 位时：需要调整为 32 位，需要加 66H prefix
- 当 default operand size 是 32 位时：需要调整为 16 位，需要加 66H prefix
在 32 位模式下
- 当 default operand size 是 16 位时：需要调整为 32 位，需要加 66H prefix
- 当 default operand size 是 32 位时：需要调整为 16 位，需要加 66H prefix
在 64 位模式下
- 当 default operand size 是 32 位时：需要调整为 16 位时，需要加 66H prefix。需要调整到 64 位时，需要加 REX prefix
- 当 default operand size 是 64 位时： 不能调整到 32 位，调整到 16 位时，需要 66H prefix

在 64 位的 default operand size 下，effective 只有 2 种：16 位和 64 位。因此：只能使用 66H prefix 调整到 16 位，不能调整到 32 位

1.1 escape prefix x86/x64 平台上的 3 个字节的 Opcode 码是通过 escape prefix + opcode 形式。
这些 escape prefix 可以理解为：引导性的 prefix，这些 prefix 可以说是 opcode 的一部分。
这些 escape prefix（引导 prefix）是：

0F
0F 3A
3F 38

3 个字节的 Opcode 用于 SIMD 指令上（SSE1 ~ SSE4 系列，AVX 指令以及 XOP 指令）
1.2 SIMD prefix在大多数 SIMD 指令上，SIMD prefix 与 escape prefix 联合起来。
这些 SIMD prefix 包括：

66
F2
F3

1.3 escape prefix 与 SIMD prefix 总结

---	值	说明
escape prefix	0f	引导 opcode
	0f 38
	0f 3A
SIMD prefix	66	SIMD 指令修饰性 prefix
	F3
	F2

例子：movntdq xmmword ptr [rax], xmm0
这条指令是 SSE2 指令，它 encodes 是：66 0f e7 00
它的 Opcode 是 66 0f e7 （3 bytes opcode），这里 66 是 SIMD prefix，0f 是 escape prefix

表3： 16 位的 ModRM 寻址

ModRM.mod	ModRM.r/m	ModRM.r/m 寻址
00	000	[bx+si]
	001	[bx+di]
	010	[bp+si]
	011	[bp+di]
	100	[si]
	101	[di]
	110	[disp16]
	111	[bx]
01	000	[bx+si+disp8]
	001	[bx+di+disp8]
	010	[bp+si+disp8]
	011	[bp+di+disp8]
	100	[si+disp8]
	101	[di+disp8]
	110	[bp+disp8]
	111	[bx+disp8]
10	000	[bx+si+disp16]
	001	[bx+di+disp16]
	010	[bp+si+disp16]
	011	[bp+di+disp16]
	100	[si+disp16]
	101	[di+disp16]
	110	[bp+disp16]
	111	[bx+disp16]
11	000	ax
	001	cx
	010	dx
	011	bx
	100	sp
	101	bp
	110	si
	111	di

64 位寻址下的 ModRM

ModRM.mod	ModRM.r/m	ModRM.r/m 寻址
ModRM.mod	ModRM.r/m	REX.B = 0	REX.B = 1
00	000	[rax]	[r8]
	001	[rcx]	[r9]
	010	[rdx]	[r10]
	011	[rbx]	[r11]
	100	[SIB]	[SIB]
	101	[disp32] 或 [rip + disp32] *	[disp32] 或 [rip + disp32]
	110	[rsi]	[r14]
	111	[rdi]	[r15]
01	000	[rax + disp8]	[r8 + disp8]
	001	[rcx + disp8]	[r9 + disp8]
	010	[rdx + disp8]	[r10 + disp8]
	011	[rbx + disp8]	[r11 + disp8]
	100	[SIB + disp8]	[SIB + disp8]
	101	[rbp + disp8]	[r13 + disp8]
	110	[rsi + disp8]	[r14 + disp8]
	111	[rdi + disp8]	[r15 + disp8]
10	000	[rax + disp32]	[r8 + disp32]
	001	[rcx + disp32]	[r9 + disp32]
	010	[rdx + disp32]	[r10 + disp32]
	011	[rbx + disp32]	[r11 + disp32]
	100	[SIB + disp32]	[SIB + disp32]
	101	[rbp + disp32]	[r13 + disp32]
	110	[rsi + disp32]	[r14 + disp32]
	111	[rdi + disp32]	[r15 + disp32]
11	000	rax	r8
	001	rcx	r9
	010	rdx	r10
	011	rbx	r11
	100	rsp	r12
	101	rbp	r13
	110	rsi	r14
	111	rdi	r15

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