AMD64 ABI の特徴

64 ビットアプリケーションは、ELF64 実行可能およびリンク形式 (Executable and Linking Format) によって作成されます。この形式によって、大規模なアプリケーションおよびアドレス空間を完全に記述することができます。

次に AMD ABI の特徴を示します。

• すべての 64 ビット命令と 64 ビットレジスタを最大限有効に活用できます。新しい命令の多くは、既存の i386 命令セットの単純な拡張版です。汎用レジスタは 16 あります。

  • 7 つの汎用レジスタ (%rdi、%rsi、%rdx、%rcx、%r8、%r9、%rax) は、引数をレジスタに渡す関数呼び出しシーケンスにおける適切な役割を定義されています。
  • 2 つのレジスタ (%rsp、%rbp) はスタック管理のために使用されます。
  • 2 つのレジスタ (%r10、%r11) は一時的なものです。
  • 5 つのレジスタ (%r12、%r13、%r14、%r15、 %rbx) は呼び出し先保管です。

• 基本的な関数呼び出し規約は、AMD ABI では異なります。引数はレジスタに格納されます。単純な整数の引数の場合、最初の引数から順に %rdi、%rsi、%rdx、%rcx、%r8、%r9 レジスタに格納されます。

• スタックの配置は、AMD では多少異なります。具体的には、スタックは常に、CALL 命令の直前で 16 バイトの境界に整列されます。

• 命令長は従来どおり 32 ビットです。したがって、アドレス定数を生成するには通常以上の命令が必要となります。CALL 命令は、アドレス空間内への分岐には使用できなくなりました。CALL 命令は、%rip から + 2G バイトまたは - 2G バイト以内までしか到達できないからです。

• 整数乗算機能および除算機能は、現在完全にハードウェアで実装されています。

• データ構造体を渡す方法と戻す方法は異なります。小さいデータ構造体と浮動小数点引数のいくつかは、現在はレジスタに直接渡されます。

• より効率的な位置に依存しないコードを生成できる、PC 相対の新しいアドレス指定モードがあります。

• すべてのデータ型はそれぞれのサイズに境界整列されるようになりました。

• 基本派生型の多くは、従来よりサイズが大きくなりました。したがって、多くのシステムコールインタフェースのデータ構造体のサイズも変わっています。

• 2 つの異なるライブラリセット (32 ビット i386 アプリケーション用のライブラリと 64 ビット amd64 アプリケーション用のライブラリ) が、システムに存在します。

• 浮動小数点の機能が大幅に拡張されています。

  • 64 ビット ABI では、x87 浮動小数点レジスタ (%fpr0 〜 %fpr7 および %mm0 〜 %mm7) で動作する x87 と MMX のすべての命令を使用できます。
  • さらに、128 ビット XMM レジスタ (%xmm0 〜 %xmm15) で動作する SSE と SSE2 命令のフルセットも使用できます。

amd64 psABI 草案文書『System V Application Binary Interface, AMD64 Architecture Processor Supplement』(草案バージョン 0.92、2004 年 9 月 9 日) を参照してください。

amd64 アプリケーションのアドレス空間の配置

64 ビットアプリケーションのアドレス空間の配置は、32 ビットアプリケーションのアドレス空間の配置に密接に関係しています。ただし、開始アドレスとアドレス指定の制限値は大きく変更されています。SPARC V9 と同様に、amd64 のスタックはアドレス空間の上端から下方に広がり、ヒープは下端から上方にデータセグメントを拡張します。

以下の図は、64 ビットアプリケーションに与えられたデフォルトのアドレス空間を示します。「予約済み」となっているアドレス空間の領域は、アプリケーションからマップすることはできません。これらの制約は、将来のシステムで緩和される可能性があります。

上図の実際のアドレスは、ある特定のマシンの特定の実装を示しており、説明のためにだけ掲載してあります。