Visualizing the ARM64 Instruction Set (2024)
Hacker News
I have been working extensively with the ARM64 instruction set and decided to visualize its 32-bit encodings by plotting them along a Hilbert curve and coloring them by instruction class.
Hacker News
I have been working extensively with the ARM64 instruction set and decided to visualize its 32-bit encodings by plotting them along a Hilbert curve and coloring them by instruction class.
AI 生成摘要
最近我一直在處理大量的 ARM64 指令集工作,並想嘗試透過將指令繪製在希爾伯特曲線等空間填充曲線上,並根據指令類別進行著色,來將這套指令集視覺化。
Zachary Yedidia 透過將 ARM64 指令集的 32 位元整數編碼映射至希爾伯特曲線(Hilbert curve),創造了一種視覺化指令集空間分佈的方法。這項計畫利用 ARM 官方的機器可讀架構規範(MRA)進行解析,並結合 Capstone 反組譯器處理複雜的指令邏輯,最終呈現出不同指令類別在編碼空間中的分佈規律與密度。
這項視覺化嘗試在 Hacker News 社群引發了關於指令集架構(ISA)設計美學與實用性的深入討論。部分網友認為這種呈現方式極具藝術價值,甚至適合製作成海報收藏。然而,針對跨架構比較的提議,社群內出現了技術性的質疑。有評論指出,視覺化結果高度依賴於指令編碼的位元排序,若將 ARM64 的位元順序重新排列,圖像將會完全改觀。因此,這種基於編碼空間的映射雖然美觀,但在缺乏統一基準的情況下,可能難以直接用於比較不同架構(如 RISC-V 與 ARM64)的優劣,除非能透過演算法尋找最相似的位元排列組合。
關於 ARM64 編碼空間的「空隙」,社群成員展開了關於架構擴展性的辯論。有觀點認為,圖像中顯示的大量空白區域反映了指令集的浪費,但資深開發者隨即反駁,指出這種「浪費」實際上是為了未來擴展預留的戰略空間。以舊款 32 位元 ARM 編碼為例,當時因為過度追求編碼效率(如所有指令皆可條件執行),導致後期難以塞入新功能。ARM64 刻意保留的稀疏性,反而避免了未來必須使用複雜手段才能擠入新指令的窘境。
此外,針對作者在文中提到的技術疑問,社群也給出了專業解答。關於規範中括號標註的位元(如 (0) 或 (1)),專家指出這代表「應為零」或「應為一」的位元。若開發者未遵守此規範,處理器將進入受限的不可預測行為(CONSTRAINED UNPREDICTABLE),可能導致指令被視為無效、執行空指令或產生錯誤結果。這與強制性的編碼位元不同,後者若不符則會直接解碼為其他指令。
在討論過程中,社群成員推薦了 sandpile.org 作為對比參考。該網站被譽為 x86 架構最密集且詳盡的指令集參考來源,其操作碼表格(Opcode tables)提供了極高的資訊密度,是底層開發者在查詢複雜指令集時的重要工具。此外,也有人呼籲應針對 RISC-V 進行類似的視覺化處理,以觀察現代開源指令集在編碼空間分配上的邏輯差異。