AMD Monitorx 指令的正确语法是什么？

Question

Ryzen 支持 monitorx 指令，如 cpuid 标志所示。不幸的是，Visual Studio masm 汇编器似乎不喜欢这些说明，并且网上关于如何使用它们的文档很少。

以下代码（非常基于 AMD 自己的文档）报告错误 A2070“无效指令操作数：

push rbx
mov eax, 5844h
mov ecx, 0
mov edx, 0
monitorx eax, ecx, edx
pop rbx
ret

我知道这段代码不是很有用，但它不应该抛出构建时错误，所以这是怎么回事？

Answer 1

问题是 eax、ecx 和 edx 是 32 位寄存器，但它是以 64 位模式组装的。因为第一个操作数是指针大小，所以它必须是 64 位。以下代码适用于 64 位程序：

push rbx
mov eax, 5844h
mov ecx, 0
mov edx, 0
monitorx rax, rcx, rdx
pop rbx
ret

Answer 2

在机器代码中，操作数是隐式的。在汇编语法中，普通的 monitorx 适用于大多数汇编器。可以指定操作数来记录指令，或者在某些汇编器中指定对地址大小的覆盖。

AMD 手册明确指出 ECX 和 EDX 是 32 位操作数。 （他们说没有定义任何提示或扩展，因此 ECX 必须为 0，否则 #GP，并且 EDX 会被当前 CPU 忽略。）

对于地址操作数，他们将其记录为 rAX，我认为这意味着它可以是 EAX 或 RAX 。在伪代码示例中，他们使用 MONITORX EAX、ECX、EDX，但 32 位 EAX 意味着这是一个 32 位模式示例。

这是他们的第 3 卷手册，2021 年 11 月修订版 3.33，最新链接来自 https://developer.amd.com/resources/developer-guides-manuals/。

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NASM 2.15.05（在 版本 2.12 中添加了对 monitorx 的支持。 01)

操作数列表可以指定或省略。如果指定，第一个操作数必须是 EAX 或 RAX，接下来的两个操作数必须是 ECX 和 EDX。 （指定 RCX 或 RDX 是错误的）。

但 NASM 不会通过使用 EAX 推断 64 位模式下的 32 位地址大小。
可以使用 NASM 前缀指定段覆盖。
来自 nasm -l/dev/stdout -felf64 foo.asm 的示例清单：

     1 00000000 0F01FA             monitorx
     2 00000003 0F01FA             monitorx rax, ecx, edx
     3 00000006 0F01FA             monitorx eax, ecx, edx       ; address-size override not inferred from EAX

     4 00000009 670F01FA           a32 monitorx                 ; address-size prefix, NASM style
     5 0000000D 640F01FA           fs monitorx rax, ecx, edx    ; segment override works, too

ndisasm -b64 将其反汇编为 monitorx、fs Monitorx 或 a32 monitorx 而不列出隐式操作数。 GNU Binutils objdump 与 -Mintel 语法模式相同，但在 AT&T 模式下列出操作数。 （向后，以 %rax 或 %eax 作为第一个操作数，而不是像 AT&T 语法那样反转！）

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YASM 太旧了，尚未更新年。我没试过FASM。

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GNU 汇编器 (GNU Binutils) 2.36.1

与 NASM 不同，GAS 确实根据 RAX 与 EAX 推断地址大小。 （或者在 32 位模式下，从 monitorx ax, ecx, edx 推断 16 位地址大小）

GAS 不会检查最后两个操作数的大小，只是检查它们是 ECX、EDX 的某些版本（dl/dh 除外）。例如，monitorx rax, rcx, dx 可以毫无怨言地进行汇编。对最后一个操作数使用 ebx 或 dl 会出现“错误：‘monitorx’的操作数类型不匹配”，这是相当无用的，因为问题不是类型，而是问题所在注册它是。 （这是典型的 GAS 错误消息，通常对人类的帮助不如 NASM。）

Intel 语法模式，.intel_syntax noprefix

objdump -d -Mintel disassembly   |  source
                                 |    .intel_syntax noprefix
0f 01 fa      monitorx           |    monitorx
0f 01 fa      monitorx           |    monitorx rax, ecx, edx
67 0f 01 fa   addr32 monitorx    |    monitorx eax, ecx, edx       # address-size inferred from EAX
67 0f 01 fa   addr32 monitorx    |    addr32 monitorx              # address-size prefix
64 0f 01 fa   fs monitorx        |    fs monitorx rax, ecx, edx    # segment override works, too

AT&T 语法模式

GAS 令人惊讶地使用与 Intel 语法相同的操作数顺序，而不是就像您对 AT&T 语法所期望的那样相反。所以 %rax / %eax 仍然是第一位。

GNU Binutils objdump 选择在反汇编为 AT&T 语法时包含操作数，这与 -Mintel 不同。

 objdump -d -Matt  disassembly (trimmed)   |   source
-------------------------------------------+---------------------------
0f 01 fa      monitorx %rax,%ecx,%edx      | monitorx
0f 01 fa      monitorx %rax,%ecx,%edx      | monitorx %rax, %ecx, %edx
67 0f 01 fa   monitorx %eax,%ecx,%edx      | monitorx %eax, %ecx, %edx       # address-size inferred from EAX
67 0f 01 fa   monitorx %eax,%ecx,%edx      | addr32 monitorx              # address-size prefix
64 0f 01 fa   fs monitorx %rax,%ecx,%edx   | fs monitorx %rax, %ecx, %edx    # segment override works, too

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clang 13.0.0 与 LLVM 的内置汇编器 / llvm-objdump

llvm-objdump 给出无用的输出，不指示地址大小或段覆盖的存在：

       0: 0f 01 fa                      monitorx
       3: 0f 01 fa                      monitorx
       6: 67 0f 01 fa                   monitorx
       a: 67 0f 01 fa                   monitorx
       e: 64 0f 01 fa                   monitorx

同样，LLVM 的内置汇编器似乎根本不接受操作数，只是说“指令操作数无效”。

             |  .intel_syntax noprefix
0f 01 fa     |  monitorx
             |  #monitorx rax, ecx, edx     # error
             |  #monitorx eax, ecx, edx     # error
67 0f 01 fa  |  addr32 monitorx             # address-size prefix works
64 0f 01 fa  |  fs monitorx                 # segment override works

无论您是否反转操作数列表，AT&T 语法模式中的处理都是相同的。它不接受 monitorx %edx、%ecx、%rax 或 monitorx %rax、%ecx、%edx。

无论哪种方式，LLVM 都会接受 monitorx 并正确组装前缀。
只有 LLVM-objdump 反汇编程序无法以任何方式显示前缀。