intel opcode 解析

1. 保护模式 & 实模式 &8086架构

1.1. 1 指令格式描述

1.1.1. 指令前缀 Instruction Prefixes

指令前缀可以划分为4种类型，每种都有一组对应的前缀码，对于每条指令可以从每种指令里面选取一条(最多可以选取4条指令，无序)

• Group1

  • 锁定和重复前缀(Lock and repeat prefixes) :
    • F0H - LOCK prefix
    • F2H - REPNE/REPNZ prefix。(Repeat-Not-Zero)仅用于串操作和I/O指令,也可被用作某些指令的强制性前缀。
    • F3H - REP or REPE/REPZ。 仅用于串操作和I/O指令,也可被用作POPCNT、LZCNT、ADOX指令的强制性前缀。
  • F2H: BND prefix,如果满足以下条件：
    1. CPUID.(EAX = 07H, ECX = 0):EBX.MPX[bit 14] is set
    2. BNDCFGU.EN and/or IA32_BNDCFGS.EN is set.
    3. When the F2 prefix precedes a near CALL, a near RET, a near JMP, a short Jcc, or a near Jcc instruction

• Group2

  • 段重载前缀(Segment override prefixes):
    • 2EH—CS segment override (保留任何分支指令时使用).
    • 36H—SS segment override prefix (保留任何分支指令时使用).
    • 3EH—DS segment override prefix (保留任何分支指令时使用).
    • 26H—ES segment override prefix (保留任何分支指令时使用).
    • 64H—FS segment override prefix (保留任何分支指令时使用).
    • 65H—GS segment override prefix (保留任何分支指令时使用).
  • (分支预测)Branch hints （已不用）
    • 2EH—分支不被接受 (used only with Jcc instructions).
    • 3EH—分支被接受 (used only with Jcc instructions).

• Group 3

  • 66H - 操作数大小重载前缀(也用作某些指令的强制性前缀)。

• Group 4

  • 67H - 地址大小重载前缀

F0H(LOCK 前缀)在多处理器环境下强制执行独占共享内存操作。

F2H,F3H(重复前缀)会重复字符串的每一个操作，只有 MOVS,CMPS,SCAS,LODS,STOS,INS,OUTS等字符串操作或者IO指令可以使用这些前缀。

2EH,3EH(分支预测)允许程序给处理器一个最有可能的执行分支提示。

66H(操作数大小重载前缀)允许程序在16位和32位操作数大小间切换。加前缀代表非默认值（默认值可以随意设定为16位或者32位）

67H(地址大小重载前缀)允许程序在16位和32位地址间切换。

1.1.2. Opcode

主操作码可以是 1， 2， 3个字节大小。可能在 ModR/M中还额外存在3位操作码，它们用来定义较小的字段，如：操作方向，位移大小，寄存器编码，条件码，符号扩展等。

用于通用和SIMD指令的双字节的操作码格式一般如下所示：

• 转义操作码 0FH 被作为主操作码再跟上一个单字节操作码。
• 强制前缀(66H,F2H,F3H)、转义操作码加上一个单字节操作码。eg: CVTDQ2PD -> F3 0F E6 F3 为强制前缀

用于通用和SIMD指令的三字节的操作码格式一般如下所示：

• 转义操作码 0FH 被作为主操作码再跟上一个双字节操作码。
• 强制前缀(66H,F2H,F3H)、转义操作码加上一个双字节操作码。eg: PHADDW -> 66 0F 38 01 66 为强制前缀

1.1.3. ModR/M & SIB

许多引用内存中操作数的指令在Opcode 之后都跟有一个寻址模式说明字节，称之为(ModR/M字节)。在ModR/M字节中包含三个字段的信息：

• mod 字段 & R/M 字段：结合之后形成$4* 8 = 32$种可能的值: 8个寄存器和24种寻址模式。
• reg/opcode字段：确定寄存器号或者附加的3位操作码的信息，用途在主Opcode中确定。
• r/m 字段：确定一个寄存器为操作数或者和mod域一起编码寻址模式。

某些ModR/M字节编码需要第二寻址字节(SIB).基址+索引或者比例+索引形式的32位寻址需要SIB字节.SIB字节包括下列字段：

• scale 指定比例因子
• index 指定索引寄存器号
• base 指定基址寄存器号

1.1.4. 偏移和立即数

一些寻址模式会在ModR/M(或者SIB)字节之后补充对应的偏移，如果存在，它是1，2，4个字节。

指令可能指定一个直接操作数，操作数通常在偏移之后。如果存在，它是1，2，4个字节。

1.2. 实例

1.2.1. 16位寻址模式 ModR/M 字节表

1.2.2. 32位寻址模式 ModR/M 字节表

1.2.3. 32位寻址模式 SIB 字节表

1.2.4. 实际规则描述

1. push ebp: 查表得 符合 PUSH r64规则，Opcode对应为50+rd 其中 +rd 表示低三位用来编码 dword 寄存器操作数， 查表知ebp对应为5 所以 push ebp 对应 opcode 为 55。
2. mov ebp, esp: 符合规则 MOV r/m32,r32规则，opcode 对应为 89 /r，其中 /r表示有一个 ModR/M 结构的opcode , 该方式为寄存器直接寻址，所以MOD 标识为 11，目的地址为寄存器 ebp,所以R/M为 101，REG/opcode 端看第二个操作数，此处为 esp 所以reg/opcode 为100，对应整体opcode为11 100 101 即 E5。所以整体opcode 为 89 E5
3. push ebx类似 1. ebx对应为3 ，所以对应opcode 为 53
4. sub esp, 14h: 符合SUB r/m32, imm8 opcode为83 /5 ib 其中/5表示ModR/M 端存在，且仅使用 r/m操作数，寻址方式为寄存器立即寻址。reg字段包含一个数字5提供指令操作码的扩展，目的寄存器为 esp R/M 为 100. 对应opcode 为 11 101 100。ib表示立即数 14。整体opcode 为 83 EC 14
5. call sub_1467符合CALL rel32，对应opcode 为 E8 cd 其中 cd 表示 4个btye字节在call后面，这4个byte用于指示相对偏移,此处为 $1467 - (2d13 + 5(指令长度)) = ff ff 17 4f$，即 4F 17 FF FF，所以opcode为 E8 4F E7 FF FF
   其后类似，不做展开。

2. IA-32E MODE

分为两种：

• Compatibility Mode(兼容模式) : 允许64位操作系
• 统运行legacy保护模式软件。
• 64位模式： 允许64位操作系统运行为访问64位地址空间而编写的应用程序。

2.1. 前缀(Prefixes)

访问64位专用的前缀 REX Prefixes。以及为了兼容x86所保留的原来的前缀 Legacy Prefixes。

Legacy prefix和REX prefix修饰符是为了改变缺省的寄存器，比如说在32位下mov ax,bx。那么就要有Legacy prefix 0x66修饰，前者还有个作用就是改变当前段寄存器，不多这在目前已经显得不怎么重要了。到了x64的时候，由于通用寄存器的扩展(主要原因)，原本的8个通用寄存器只要3个位来标识，但是现在多了r8~r15,16个通用寄存器，很明显加上一位就能完全标识了。那么就是REX prefix的作用。

REX prefix格式如上：总共占1byte ，前4位固定为0100后四位用来扩展指令，其中:

• W : 标识操作数的大小，一般指令默认为32为操作数，所以需要通过修改 W来改变默认操作数大小，此时 opcode 为 0x48，对应为 REX.W
• R : 用于扩展ModR/W,原始8个通用寄存器使用三位即可标识，但是x64新增了 r8~r15，一共具有16个通用寄存器，因此新政一位用来扩展 ModR/M.reg域，即原始范围为 $000 ~ 111$,扩展之后为 $0 000 ~ 1 111$
• X : 用来扩展 SIB.index 域
• B : 用来扩展 SIB.base, ModRM.r/m 以及 Opcode.reg

其他基本与x86相同不再赘述。

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