前言

  这篇文章只是分析AVX512的前缀，关于REX前缀和VEX前缀的一些信息，会放到后面的附录节里。当然，要理解AVX512前缀的前提条件，是要先熟悉REX前缀和VEX前缀。为了保证文章的简洁和方便查阅，此文章将采用图表展示加指令示例来解释字节前缀。其他冗余但必要的信息将会放到后面的附录章节，并会给出在Intel手册的具体位置。

简介

  AVX 指令集是高级矢量扩展(Advanced Vector Extensions)的缩写。在2013年，Intel发布了AVX512。AVX512是AVX的第二代，其指令宽度由AVX的256位扩展至512位。

  AVX512新增加和扩展了ZMM0-ZMM31、XMM16-XMM31、YMM16-YMM31矢量寄存器，以及8个掩码寄存器(k0-k7)。(图表信息查看附录的EVEX前缀那节)
  AVX512前缀叫做EVEX前缀，由4个字节构成，第1个字节固定为0x62。见图2-11。

  关于图2-11的详细释义，在Table 2-30这张表中。(图表信息查看附录的EVEX前缀那节)

下面直接以图表的方式介绍P0、P1、P2。

P0

VADDPD 指令举例

比如指令，VADDPD zmm11 {k1}{z}, zmm2, zmm3

其机器码为： 62 71 ED C9 58 DB

P0 为0x71，分解为下面的位

EVEX.R = 0b

EVEX.X = 1b

EVEX.B = 1b

EVEX.R' = 1b

EVEX.mm = 01b

EVEX.R为0，ymm11寄存器满足表Table 2-1的条件，取反为0。

具有OF的属性，所以EVEX.mm 为 01b。

假如，第三个操作数为zmm17，那么EVEX.X = 0b。P0 为0x31。

VADDPD zmm11 {k1}{z}, zmm2, zmm17 -> 机器码 62 31 ED C9 58 D9

假如，第三个操作数为zmm25，那么EVEX.X = 0b，且EVEX.B=0b。此时，P0 为0x11。

VADDPD zmm11 {k1}{z}, zmm2, zmm25 -> 机器码 62 11 ED C9 58 D9

P1

VADDPD 指令举例

比如指令，VADDPD zmm11 {k1}{z}, zmm2, zmm3

其机器码为： 62 71 ED C9 58 DB

P1 为0xED，分解为下面的位

EVEX.W = 1b

EVEX.vvvv = 1101b

EVEX.pp = 01b

EVEX.W的属性为W1，其值为1b。

第二个源向量寄存器操作数是zmm2，查表Table 2-8，可知EVEX.vvvv值为1101b。

EVEX.pp的属性是 66 ，其值为 01b。

P2

VADDPD 指令举例

比如指令，VADDPD zmm11 {k1}{z}, zmm2, zmm3

其机器码为： 62 71 ED C9 58 DB

P2 为0xC9，分解为下面的位

EVEX.z = 1b

EVEX.L'L = 10b

EVEX.b = 0b

EVEX.v' = 1b

EVEX.aaa = 001b

指令中存在{z}，所以EVEX.z值为1b，表示对目的操作数所选择的屏蔽操作清零 （而合并行为则是默认的，无需指定修饰符)。

矢量长度是512，EVEX.L'L值为10b。

第二个源向量寄存器操作数是zmm2，EVEX.v'值为1b。

指令中存在{k1}，EVEX.aaa 值为001b。

假如，在指令后面加入 {rn-sae}，变为VADDPD zmm11 {k1}{z}, zmm2, zmm3 {rn-sae}。

此时，EVEX.L'L = 00b，EVEX.b = 1b，其余不变。则机器码为：62 71 ED 99 58 DB

VISB

VGATHERDPD 指令举例

比如指令，VGATHERDPD zmm18 {k1}, [r11d+ymm25*4] （注意：掩码寄存器必须是k1- k7，如果是K0，将会产生#UD异常)。

机器码为：67 62 82 FD 41 92 14 8B

在EVEX前缀的前面，还有前缀0x67。原因：64位模式下使用了32位的基寄存器(base register)，需要加上前缀0x67。

P0 -> 0x82 分解为下面的位

EXEV.R = 1b

EXEV.X = 0b (VSIB.vdix在VR8-VR15或者VR24-VR31,其值取反为0)

EXEV.B = 0b (VSIB.base为r11d，值取反为0)

EXEV.R' = 0b (ModR/M.reg为zmm18，值取反为0)

EXEV.mm=10b (隐含 0F38 操作码)

P1 -> 0xFD 分解为下面的位

EXEV.W =1b (W1 = 1)

EXEV.vvvv =1111b (没有第二个源向量寄存器操作数，默认为1111b，否则产生#UD异常)

EXEV.pp =01b (66 = 01)

P2 -> 0x41 分解为下面的位

EXEV.z=0b

EXEV.L'L=10b (512-bit vector)

EXEV.b =0b

EXEV.v' =0b (VSIB.vdix是ymm25，值取反为0)

EXEV.aaa =001b (存在掩码寄存器k1)

操作码为0x92

0x14转为二进制 0001 0100。 拆分组合 => 00b(Mod) 010b(reg) 100b(rm)。

解析：vsib字段中没有移位(displacement), Mod的值即为00b。reg是zmm18，18 % 8 = 2，即010b。存在vsib字段，rm=100b。

0x8B转为二进制 1000 1011。 拆分组合 => 10b(SS) 001b(index) 011b(base)。

解析：scaled是4，查表Table 2-13，得到SS=10b。index是ymm25，25 % 8 = 1，即001b。base是r11d，11 % 8 = 011b。

特殊情况

假设，vsib中不存在基寄存器(base register)，Intel规定了base的默认值为101b,且需要加上一个32位的移位(disp32)。
比如指令，VGATHERDPD zmm18 {k1}, [ymm25*4]

对应的机器码码为: 62 A2 FD 41 92 14 8D 00 00 00 00

如果，base本身就是ebp或者r13d，其映射值为101b，Intel规定了后面必须强制加上移位，但是这样也会导致mod的值发生改变。

比如指令，VGATHERDPD zmm18 {k1}, [r13d+ymm25*4]

对应的机器码为：67 62 82 FD 41 92 54 8D 00

0x54转为二进制 0101 0100。拆分组合 => 01b(Mod) 010b(reg) 100b(rm)。后面加了一个8位的移位(disp8),所以mod值为01b。

特殊情况2

① 在base和vidx都存在的情况下，如果有移位(disp)值，且disp在[-400h - 3F8h]之间，当disp % 8 = 0时，有disp等于disp / 8。

② 如果存在移位(disp)值，且disp % 8 != 0，那么，disp长度始终是4字节。

情况①举例，比如指令：vgatherdpd zmm18 {k1}, [r13d+ymm25*4-0x400]

对应的机器码为：67 62 82 FD 41 92 94 8D 00 FC FF FF （-400h -> 32位取反加1为 FFFFFC00h)

上面指令满足条件①，所以有disp = 400h / 8 ，即disp=80h，再取反加1，结果disp=80h。

那么，对应的机器码也可以为：67 62 82 FD 41 92 54 8D 80

附录

REX前缀

更多信息，参看Intel手册第二卷(2A) (43页)

VEX前缀

更多信息，请参看Intel手册第二卷(2A) 49页，107页

EVEX前缀

扩展和增加的寄存器，如下图

以下Table 2-30是Figure 2-11的详细释义

更多信息，请参看Intel手册第二卷(2A) 71页，108页

参考

https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/articles/technical/intel-sdm.html

Intel®AVX512-FP16 Architecture Specification

Intel AVX-512 Brief Introduction: Intel AVX-512简介 (gitee.com)

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