Motorola 68000汇编：双字向量单遍交换求和能否优化？

任务 #

我正在练习Motorola 68000的固定长度循环。给定两个10字长的有符号数组A和B，需要完成以下操作：

• 原地交换每一对元素（A[i] ↔ B[i]）；
• 构建第三个数组C，其中C[i] = A[i] + B[i]（交换后求和结果不变）。
  所有参数必须通过栈传递。

初始可运行代码（Easy68k） #

ORG    $8000
VectorA   DC.W  2,2,1,0,4,4,2,5,-1,2
VectorB   DC.W  2,3,1,2,-7,4,-3,-2,0,2
C         DS.W  10
LEN       EQU   10            ; array size

START:
    MOVE.W  #LEN,-(A7)        ; push n (word)
    PEA.L   C                 ; push &C
    PEA.L   VectorB           ; push &B
    PEA.L   VectorA           ; push &A
    BSR.S   SwapAndSumN
    ADDA.L  #14,A7            ; 3 longs (12) + 1 word (2) = 14
    SIMHALT

; SwapAndSumN(&A,&B,&C,n)  — one pass, branch-free counters
; 4(A7)=&A  8(A7)=&B  12(A7)=&C  16(A7)=n (word)
SwapAndSumN:
    MOVE.W 16(A7),D7          ; D7 = n
    SUBQ.W #1,D7              ; DBRA wants n–1
    MOVEA.L 4(A7),A0          ; A0 = A
    MOVEA.L 8(A7),A1          ; A1 = B
    MOVEA.L 12(A7),A2         ; A2 = C
Loop:
    MOVE.W  (A0),D0           ; D0 = A[i]
    MOVE.W  (A1),D1           ; D1 = B[i]
    MOVE.W  D1,(A0)+          ; B → A
    MOVE.W  D0,(A1)+          ; old A → B
    ADD.W   D1,D0             ; sum
    MOVE.W  D0,(A2)+          ; C[i]
    DBRA    D7,Loop
    RTS
          END  START

技术疑问 #

交换两个字需要临时寄存器，我已对每个元素各读取一次。上述的两次加载/两次存储序列是否是Motorola 68000能实现的最优方案？是否存在经典技巧（如EXG、对齐数据上的MOVE.L、MOVEM等），能在保持字对齐且仅使用现有寄存器的前提下，减少循环的周期或字节数？

优化后的代码（Easy68k） #

ORG    $8000
; =============================================================
; 68000  —  成对交换A[i]↔B[i]  **并** 存储C[i] = A[i]+B[i]
;           使用Peter Cordes的长字交换技巧:
;             add.w / swap / swap / add.w / swap / move.l
;           ▸ 每对元素仅一次MOVE.L存储
;           ▸ 无额外MOVE.W操作，周期开销与4次MOVE.W相当
;           数组按字对齐，长度为偶数
; =============================================================

VectorA   DC.W  2,2,1,0,4,4,2,5,-1,2
VectorB   DC.W  2,3,1,2,-7,4,-3,-2,0,2
C         DS.W  10
LEN       EQU    10

; ---------- 主程序 ----------
START:
    MOVE.W  #LEN,-(A7)                    ; 压入n（字）
    PEA.L   C                             ; 压入&C
    PEA.L   VectorB                       ; 压入&B
    PEA.L   VectorA                       ; 压入&A
    BSR.S   SwapSum_LongPairs             ; 执行操作
    ADDA.L  #14,A7                        ; 弹出3个长字+1个字
    SIMHALT

; ------------------------------------------------------------
; SwapSum_LongPairs(&A,&B,&C,n)
;  4(A7)=&A  8(A7)=&B  12(A7)=&C  16(A7)=n（字，偶数）
;  使用寄存器: A0,A1,A2  /  D0,D1,D7
;  内循环流程: 加载A/加载B | add.w | swap | swap | add.w | swap | 存储
; ------------------------------------------------------------
SwapSum_LongPairs:
    MOVE.W   16(A7),D7          ; D7 = n
    LSR.W    #1,D7              ; 转换为元素对数量
    SUBQ.W   #1,D7              ; DBRA需要计数-1
    MOVEA.L   4(A7),A0          ; A0指向数组A
    MOVEA.L   8(A7),A1          ; A1指向数组B
    MOVEA.L  12(A7),A2          ; A2指向数组C

PairLp:
    MOVE.L   (A0),D0            ; D0 = A的高字|A的低字
    MOVE.L   (A1),D1            ; D1 = B的高字|B的低字
    MOVE.L   D1,(A0)+           ; 将B的内容写入A，并自增指针
    MOVE.L   D0,(A1)+           ; 将A的内容写入B，并自增指针

    ADD.W    D1,D0              ; 低字求和 → D0低字
    SWAP     D0                 ; D0: 低字和 | A的高字
    SWAP     D1                 ; D1: B的低字 | B的高字
    ADD.W    D1,D0              ; 低字运算: A高字 + B高字 → 高字和
    SWAP     D0                 ; D0: 高字和 | 低字和（大端顺序）

    MOVE.L   D0,(A2)+           ; 将一对和写入数组C，并自增指针
    DBRA     D7,PairLp
    RTS
          END  START

优化后的内循环为加载-交换-加法-交换-加法-交换-存储，无冗余移动操作，仅一次DBRA分支，内存访问量最小。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Pato