Thumb指令集之： 单寄存器数据传送指令
11.5单寄存器数据传送指令Thumb指令集支持寄存器的装载和存储，即LDR和STR指令。8和类型的Load/Store指令在Thumb指令集中可用。这些指令使用两种寻址模式：寄存器偏移和立即数偏移。指令所能存取的数据包括字、半字和字节，同时半字和字节可以为有符号数或无符号数。
表11.4总结了Thumb状态下可用的数据传送指令。
表11.4 Thumb状态数据传送指令
助记符
说 明
操 作
LDR
传送32位字到寄存器
Rd<－ mem32
STR
存储32位寄存器的值
Rd－> mem32
LDRB
传送8位字节到寄存器
Rd<－ mem8
STRB
保存寄存器中的字节
Rd－> mem8
LDRH
传送16位半字到寄存器
Rd<－ mem16
STRH
保存寄存器中的半字
Rd－> mem16
LDRSB
装载有符号字节到寄存器
Rd<－ sighExtend(mem8)
STRSB
装载有符号半字到寄存器
Rd<－ sighExtend(mem16)
Thumb数据传送指令的基本语法格式分为以下4种。
① <opcode1><Rd>，[<Rn>，＃<5_bit_offset>]
其中，<opcode1>：= LDR|LDRH|LDRB|STR|STRH|STRB
② <opcode2><Rd>，[<Rn>，<Rm>]
其中，<opcode2>：= LDR|LDRH|LDRB|LSRSH|STR|STRH|STRB
③ LDR<Rd>，
④ <opcode3><Rd>，
其中，<opcode3>：= LDR|STR
下面详细介绍各数据传送指令的语法和使用。
11.5.1寄存器装载指令LDR（1）
（1）编码格式
寄存器装载指令LDR（1）的编码格式如图11.42所示。
图11.42LDR（1）指令的编码格式
这种形式的LDR指令将32位内存数据装载到通用寄存器。常用于结构体的数据访问。域的基地址放在Rn寄存器中。
（2）指令的语法格式
LDR<Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>*4]
① <Rd>
目的寄存器。用于存放从内存中取出的数据。
② <Rn>
基址寄存器，用于存放所取数据的基地址。
③ <immed_5>
5位立即数。该立即数的4倍加上基址寄存器的值形成目标地址。
（3）指令操作的伪代码
Address = Rn + (immed_5 * 4)
Ifaddress = = 0b00
Data = Memory
Else
Data = UNPREDICTABLE
Rd = data
（4）对应的ARM指令
LDR<Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>*4]
注意
如果指令访问地址非字对齐，则指令的执行结果不可预知。
11.5.2寄存器装载指令LDR（2）
（1）编码格式
寄存器装载指令LDR（2）的编码格式如图11.43所示。
图11.43LDR（2）指令的编码格式
寄存器装载指令LDR（2）允许将一个32位内存数据装载到通用寄存器。此种形式的LDR指令常被用于访问数组中的元素。
（2）指令的语法格式
LDR<Rd>，[<Rn>，<Rm>]
① <Rd>
目的寄存器。
② <Rn>
寄存器存放内存访问基地址。
③ <Rm>
寄存器存放内存访问偏移地址。
（3）指令操作的伪代码
Address = Rn + Rm
Ifaddress = = 0b00
Data = Memory
Else
Data = UNPREDICTABLE
Rd = data
（4）对应的ARM指令
LDR<Rd>，[<Rn>，<Rm>]
11.5.3寄存器装载指令LDR（3）
（1）编码格式
寄存器装载指令LDR（3）的编码格式如图11.44所示。
图11.44LDR（3）指令的编码格式
寄存器装载指令LDR（3）允许将一个32位内存数据装载到通用寄存器。此种形式的LDR指令常被用于访问PC相关（PC-relative）数据。
（2）指令的语法格式
LDR<Rd>，
① <Rd>
目的寄存器。
② PC
程序指针寄存器，用于计算内存访问的地址。计算地址时，PC值的bit被系统默认为0进行计算，所以产生的内存访问地址必为字对齐。
③ <immed_8>
8位立即数。该立即数的4倍将和PC值相加，形成内存访问地址。
（3）指令操作的伪代码
Address = (PC << 2) + (immed_8*4)
Rd = Memory
（4）对应的ARM指令
LDR<Rd>，
11.5.4寄存器装载指令LDR（4）
（1）编码格式
寄存器装载指令LDR（4）的编码格式如图11.45所示。
图11.45LDR（4）指令的编码格式
寄存器装载指令LDR（4）允许将一个32位内存数据装载到通用寄存器。此种形式的LDR指令常被用于访问堆栈数据。
（2）指令的语法格式
LDR<Rd>，SP，＃<immed_8>*4]
① <Rd>
目的寄存器。
② SP
堆栈指针寄存器，用于计算内存访问地址。
③ <immed_8>
8位立即数。该立即数的4倍将和SP值相加，形成内存访问地址。
（3）指令操作的伪代码
Address = SP + (immed_8*4)
Ifaddress = = 0b00
Data = memory
Else
Data = UNPREDICTABLE
Rd = data
（4）对应的ARM指令
LDR<Rd>，
11.5.5字节加载指令LDRB（1）
（1）编码格式
字节加载指令LDRB（1）的编码格式如图11.46所示。
图11.46LDRB（1）指令的编码格式
LDRB（1）字节数据加载指令用于从内存中将一个8位的字节数据读取到指令中的目标寄存器中，并将寄存器的高24位清零。常用于结构体的数据访问。域的基地址放在Rn寄存器中。
（2）指令的语法格式
LDRB<Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>]
① <Rd>
目的寄存器。
② <Rn>
指令的基址寄存器。
③ <immed_5>
5位立即数。用于与<Rn>寄存器中的数值相加，形成内存访问地址。
（3）指令操作的伪代码
address = Rn + immed_5
Rd = memory
（4）对应的ARM指令
LDRB<Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>]
11.5.6字节加载指令LDRB（2）
（1）编码格式
字节加载指令LDRB（2）的编码格式如图11.47所示。
图11.47LDRB（2）指令的编码格式
LDRB（2）字节数据加载指令用于从内存中将一个8位的字节数据读取到指令中的目标寄存器中，并将寄存器的高24位清零。此种形式的LDRB（2）指令常用于数组元素的访问。
（2）指令的语法格式
LDRB<Rd>，[<Rn>，<Rm>]
① <Rd>
目的寄存器。
② <Rn>
存放形成内存访问地址的第一个寄存器。
③ <Rm>
存放形成内存访问地址的第二个寄存器。
（3）指令操作的伪代码
address = Rn + Rm
Rd = Memory
（4）对应的ARM指令
LDRB<Rd>，[<Rn>，<Rm>]
11.5.7半字加载指令LDRH（1）
（1）编码格式
半字数据加载指令LDRH（1）的编码格式如图11.48所示。
图11.48LDRH（1）指令的编码格式
LDRH（1）半字数据加载指令用于从内存中将一个16位的半字数据读取到指令中的目标寄存器中，并将寄存器的高16位清零。常用于结构体的数据访问。域的基地址放在Rn寄存器中。
（2）指令的语法格式
LDRH<Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>*2]
① <Rd>
目的寄存器。
② <Rn>
指令的基址寄存器。
③ <immed_5>
5位立即数。该寄存器数值的2倍将与<Rn>寄存器中的数值相加，形成内存访问地址。
（3）指令操作的伪代码
address = Rn + (immed_5 *2)
ifaddress = = 0
data = Memory
else
data = UNPREDICTABLE
Rd = data
（4）对应的ARM指令
LDRH<Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>*2]
11.5.8半字数据加载指令LDRH（2）
（1）编码格式
半字数据加载指令LDRH（2）的编码格式如图11.49所示。
LDRH（2）字节数据加载指令用于从内存中将一个16位的半字数据读取到指令中的目标寄存器中，并将寄存器的高16位清零。此种形式的LDRH（2）指令常用于数组元素的访问。
图11.49LDRH（2）指令的编码格式
（2）指令的语法格式
LDRB<Rd>，[<Rn>，<Rm>]
① <Rd>
目的寄存器。
② <Rn>
此寄存器存放内存访问基地址。
③ <Rm>
此寄存器存放内存访问偏移地址。
（3）指令操作的伪代码
address = Rn + Rm
ifaddress = = 0
data = memory
else
data = UNPREDICTABLE
Rd = data
（4）对应的ARM指令
LDRH<Rd>，[<Rn>，<Rm>]
11.5.9有符号字节数据加载指令LDRSB
（1）编码格式
有符号字节数据加载指令LDRSB的编码格式如图11.50所示。
图11.50LDRSB指令的编码格式
LDRSB指令用于从内存中将一个8位的字节数据读取到指令中的目标寄存器中，并将寄存器的高24位设置成该字节数据的符号位的值（即将该8位字节数据进行符号位扩展，生成32位字数据）。
（2）指令的语法格式
LDRSB<Rd>，[<Rn>，<Rm>]
① <Rd>
目的寄存器。
② <Rn>
此寄存器存放内存访问基地址。
③ <Rm>
此寄存器存放内存访问偏移地址。
（3）指令操作的伪代码
address = Rn + Rm
Rd = SignExtend(Memory)
（4）对应的ARM指令
LDRSB<Rd>，[<Rn>，<Rm>]
11.5.10有符号半字数据加载指令LDRSH
（1）编码格式
有符号字节数据加载指令LDRSH的编码格式如图11.51所示。
图11.51LDRSH指令的编码格式
LDRSH指令用于从内存中将一个16位的半字数据读取到指令中的目标寄存器中，并将寄存器的高16位设置成该半字数据的符号位的值（即将该16位半字数据进行符号位扩展，生成32位字数据）。
（2）指令的语法格式
LDRBH<Rd>，[<Rn>，<Rm>]
① <Rd>
目的寄存器。
② <Rn>
此寄存器存放内存访问基地址。
③ <Rm>
此寄存器存放内存访问偏移地址。
（3）指令操作的伪代码
address = Rn + Rm
ifaddress = = 0
data = memory
else
data = UNPREDICTABLE
Rd = SignExtend
（4）对应的ARM指令
LDRSH<Rd>，[<Rn>，<Rm>]
11.5.11寄存器存储指令STR（1）
（1）编码格式
寄存器存储指令STR（1）的编码格式如图11.52所示。
图11.52STR（1）指令的编码格式
这种形式的STR指令将32位通用寄存器的数值存储到内存中。该指令常用于结构体的数据访问。域的基地址放在Rn寄存器中。
（2）指令的语法格式
STR<Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>*4]
① <Rd>
目的寄存器。用于存放从内存中取出的数据。
② <Rn>
基址寄存器，用于存放所取数据的基地址。
③ <immed_5>
5位立即数。该立即数的4倍加上基址寄存器的值为目标地址。
（3）指令操作的伪代码
address = Rn + (immed_5*4)
ifaddress = = 0b00
Memory = Rd
Else
Memory = UNPREDICTABLE
（4）对应的ARM指令
STR<Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>*4]
11.5.12寄存器存储指令STR（2）
（1）编码格式
寄存器存储指令STR（2）的编码格式如图11.53所示。
图11.53STR（2）指令的编码格式
寄存器装载指令STR（2）将一个32位通用寄存器数据存储到内存单元中。此种形式的STR指令常被用于访问数组中的元素。
（2）指令的语法格式
LDR<Rd>，[<Rn>，<Rm>]
① <Rd>
目的寄存器。
② <Rn>
存放形成内存访问地址的第一个寄存器。
③ <Rm>
存放形成内存访问地址的第二个寄存器。
（3）指令操作的伪代码
address = Rn + Rm
ifaddress = = 0b00
Memory = = Rd
Else
Memory = = UNPREDICTABLE
（4）对应的ARM指令
STR<Rd>，[<Rn>，<Rm>]
11.5.13寄存器存储指令STR（3）
（1）编码格式
寄存器存储指令STR（3）的编码格式如图11.54所示。
图11.54STR（3）指令的编码格式
寄存器存储指令STR（3）允许将一个32位通用寄存器的值存储到内存。此种形式的STR指令常被用于访问堆栈数据。
（2）指令的语法格式
STR<Rd>，
① <Rd>
目的寄存器。
② SP
堆栈指针寄存器，用于计算内存访问的地址。
③ <immed_8>
8位立即数。该立即数的4倍将和堆栈指针寄存器SP的值相加，形成内存访问地址。
（3）指令操作的伪代码
address = SP + (immed_8 * 4)
ifaddress = = 0b00
Memory = Rd
Else
Memory = UNPREDICTABLE
（4）对应的ARM指令
STR<Rd>，
11.5.14字节存储指令STRB（1）
（1）编码格式
字节存储加载指令STRB（1）的编码格式如图11.55所示。
图11.55STRB（1）指令的编码格式
STRB（1）字节数据存储指令用于将一个8位的字节数据写入到指令中指定的内存单元，该字节数据为指令中存放源操作数寄存器的低8位。常用于结构体的数据访问。域的基地址放在Rn寄存器中。
（2）指令的语法格式
STRB<Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>]
① <Rd>
目的寄存器。
② <Rn>
指令的基址寄存器。
③ <immed_5>
5位立即数。用于与<Rn>寄存器中的数值相加，形成内存访问地址。
（3）指令操作的伪代码
address = Rn + immed_5
Memory = Rd
（4）对应的ARM指令
STRB<Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>]
11.5.15寄存器存储指令STRB（2）
（1）编码格式
寄存器存储指令STRB（2）的编码格式如图11.56所示。
图11.56STRB（2）指令的编码格式
寄存器存储指令STRB（2）用于将一个8位的字节数据写入到指令中指定的内存单元。此种形式的LDRB指令常被用于访问数组中的元素。
（2）指令的语法格式
STRB<Rd>，[<Rn>，<Rm>]
① <Rd>
目的寄存器。
② <Rn>
此寄存器存放内存访问基地址。
③ <Rm>
此寄存器存放内存访问偏移地址。
（3）指令操作的伪代码
address = Rn + Rm
Memory = Rd
（4）对应的ARM指令
STRB<Rd>，[<Rn>，<Rm>]
11.5.16半字存储指令STRH（1）
（1）编码格式
半字存储加载指令STRH（1）的编码格式如图11.57所示。
图11.57STRH（1）指令的编码格式
STRH（1）半字数据存储指令用于将一个16位的半字数据写入到指令中指定的内存单元，该半字数据为指令中存放源操作数寄存器的低16位。常用于结构体的数据访问。域的基地址放在Rn寄存器中。
（2）指令的语法格式
STRH<Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>*2]
① <Rd>
目的寄存器。
② <Rn>
指令的基址寄存器。
③ <immed_5>
5位立即数。该立即数的2倍与<Rn>寄存器中的数值相加，形成内存访问地址。
（3）指令操作的伪代码
address = Rn + (immed_5*2)
ifaddress = = 0
Memory = Rd
Else
Memory = UNPREDICTABLE
（4）对应的ARM指令
STRH<Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>*2]
11.5.17寄存器存储指令STRH（2）
（1）编码格式
寄存器存储指令STRH（2）的编码格式如图11.58所示。
图11.58STRH（2）指令的编码格式
寄存器存储指令STRH（2）用于将一个8位的半字数据写入到指令中指定的内存单元。此种形式的STRH指令常被用于访问数组中的元素。
（2）指令的语法格式
STRH<Rd>，[<Rn>，<Rm>]
① <Rd>
目的寄存器。
② <Rn>
存放形成内存访问地址的第一个寄存器。
③ <Rm>
存放形成内存访问地址的第二个寄存器。
（3）指令操作的伪代码
address = Rn + Rm
ifaddress = = 0
Memory = Rd
Else
Memory = UNPREDICTABLE
（4）对应的ARM指令
STRH<Rd>，[<Rn>，<Rm>]
11.5.18数据传送指令举例
下面的例子程序综合使用了各种数据传送指令，通过该例可以对Thumb状态下数据传送指令有更深入的了解。
LDRr4， ;将地址单元字数据加载到寄存器r4
LDRr4， ;将地址单元字数据加载到寄存器r4
STRr0， ;将r0中的字数据存储到的内存地址单元中
STRBr1， ;将r1的低8位数据存储到的内存地址单元中
STRHr4， ;将r4的低16位数据存储到的内存地址单元中
LDRHr3， ;将地址单元低16位数据加载到寄存器r3中
LDRBr2， ;将地址单元低8位数据加载到寄存器r2中
LDRr6， ;将地址单元数据加载到寄存器r6中
LDRr5， ;将地址单元数据加载到寄存器r5中
STRr4， ;将寄存器r4中的数据存储到内存地址单元中
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