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admin 发表于 2014-10-10 07:31:29

数据传送指令之:单寄存器的Load/Store指令

        5.3单寄存器的Load/Store指令

        Load/Store内存访问指令在ARM寄存器和存储器之间传送数据。ARM指令中有3种基本的数据传送指令。
       
        ① 单寄存器Load/Store指令(Single Register)
        这些指令在ARM寄存器和存储器之间提供更灵活的单数据项传送方式。数据项可以是字节、16位半字或32位字。
       
        ② 多寄存器Load/Store内存访问指令
        这些指令的灵活性比单寄存器传送指令差,但可以使大量的数据更有效地传送。它们用于进程的进入和退出、保存和恢复工作寄存器以及拷贝存储器中的一块数据。
       
        ③ 单寄存器交换指令(Single Register Swap)
        这些指令允许寄存器和存储器中的数值进行交换,在一条指令中有效地完成Load/Store操作。它们在用户级编程中很少用到。它的主要用途是在多处理器系统中实现信号量(Semaphores)的操作,以保证不会同时访问公用的数据结构。
       
        5.3.1字数据传送指令

        这种指令用于把单一的数据传入或者传出一个寄存器。支持的数据类型有字节(8位)、半字(16位)和字(32位)。
       
        表5.1总结了所有单寄存器的Load/Store指令。
        表5.1       单寄存器Load/Store指令
                                                                                                                        指    令
                                                                                                                        作    用
                                                                                                                        操    作
                                                                                                                                                        LDR
                                                                                                                        把一个字装入一个寄存器
                                                                                                                        Rd←mem32
                                                                                                                                                        STR
                                                                                                                        将存储器中的字保存到寄存器
                                                                                                                        Rd→mem32
                                                                                                                                                        LDRB
                                                                                                                        把一个字节装入一个寄存器
                                                                                                                        Rd←mem8
                                                                                                                                                        STRB
                                                                                                                        将寄存器中的低8位字节保存到存储器
                                                                                                                        Rd→mem8
                                                                                                                                                        LDRH
                                                                                                                        把一个半字装入一个寄存器
                                                                                                                        Rd←mem16
                                                                                                                                                        STRH
                                                                                                                        将寄存器中的低16位半字保存到存储器
                                                                                                                        Rd→mem16
                                                                                                                                                        LDRBT
                                                                                                                        用户模式下将一个字节装入寄存器
                                                                                                                        Rd←mem8 under user mode
                                                                                                                                                        STRBT
                                                                                                                        用户模式下将寄存器中的低8位字节保存到存储器
                                                                                                                        Rd→mem8 under user mode
                                                                                                                                                        LDRT
                                                                                                                        用户模式下把一个字装入一个寄存器
                                                                                                                        Rd←mem32under user mode
                                                                                                                                                        STRT
                                                                                                                        用户模式下将存储器中的字保存到寄存器
                                                                                                                        Rd→mem32 ]under user mode
                                                                                                                                                        LDRSB
                                                                                                                        把一个有符号字节装入一个寄存器
                                                                                                                        Rd←sign{mem8}
                                                                                                                                                        LDRSH
                                                                                                                        把一个有符号半字装入一个寄存器
                                                                                                                        Rd←sign{mem16}
                                                       

        1.LDR指令

        (1)指令编码格式
        LDR指令用于从内存中将一个32位的字读取到目标寄存器。
       
        指令的编码格式如图5.3所示。
       
        图5.3LDR指令编码格式
       
        LDR指令根据<addr_mode>所确定的地址模式将一个32位字读取到指令中的目标寄存器<Rd>。如果指令中的寻址方式确定的地址不是字对齐的,则读出的数值要进行循环右移。所移位数为寻址方式确定的地址bits8的倍,也就是说处理器将取到的数值作为字的最低位处理。
       
        如果设置了L位,则进行装载,否则进行存储。
        如果设置了P位,则使用预先变址寻址,否则使用过后变址寻址。
        如果设置了U位,则给出的偏移量被加到基址寄存器上,否则从中减去偏移量。
        如果设置了B位,传送内存的一个字节,否则传送一个字。这在助记符末尾添加后缀“B”,如MOV r7,r5变为MOVB r7,r5。
       
        W位的解释依赖于使用的地址模式。
        ·对于预先变址寻址,设置W位强制把它用做地址转换的最终地址写回基址寄存器中(例如,传送的副作用是Rn:= Rn +/-offset。这在汇编器中表示为给指令加上后缀“!”。)。
        ·对于过后变址寻址,地址总是写回,设置 W 位指示在进行传送之前强制地址转换。这在汇编器中表示为给指令加上后缀“T”。
       
        当PC作为LDR的目的寄存器<Rd>时,从存储器取得的数据将被当作目标地址值,程序将跳转到目标地址开始执行。
       
        (2)指令的语法格式
        LDR{<cond>}<Rd>,<addr_mode>
       
        ① <cond>
        为指令编码中的条件域。它指示LDR指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时,指令为无条件执行(cond=AL(Alway))。
       
        ② <Rd>
        确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
       
        ③ <addr_mode>
        它确定了指令编码中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的寻址模式中,都会确定一个基址寄存器Rn。
       
        (3)指令操作的伪代码
        指令操作的伪代码如下面程序段所示。
       
        IfConditionPassed{cond}then
          Ifaddress == 0b00then
                 Value = Memory
        Elseifaddress == 0b01then
             Value = MemoryRotate_Right 8
        Elseifaddress == 0b10then
             Value = MemoryRotate_Right 16
        Eles/* address == 0b11*/
             Value = MemoryRotate_Right 24
        If(Rd is R15)then
             If (architecture version 5 or above)then
                   PC = value AND 0xfffffffe
                   T Bit = value
             Else
                   PC = value AND 0xfffffffc
        Else
             Rd = value
        (4)指令举例
       
        LDRr1,         ;将r0+12地址处的数据读出,保存到r1中(r0的值不变)
        LDRr1,               ;将r0地址处的数据读出,保存到r1中(零偏移)
        LDRr1,         ;将r0+r2地址的数据读出,保存到r1中(r0的值不变)
        LDRr1,   ;将r0+r2×4地址处的数据读出,保存到r1中(r0,r2的值不变)
        LDRRd,label            ;label为程序标号,label必须是当前指令的±4KB范围内
        LDRRd,,#0x04      ;Rn的值用作传输数据的存储地址。在数据传送后,将偏移量0x04与
                                  Rn相加,结果写回到Rn中。Rn不允许是r15
       
                                                                                                                       
                                                                                                                        注意
                                                                                                                        地址对齐问题:大多数情况下,必须保证用于32位传送的地址是32位对齐的。
                                                       
        2.STR指令

        (1)指令编码格式
       
        STR指令用于将一个32位的字数据写入到指令中指定的内存单元。
        指令的编码格式如图5.4所示。
       
        图5.4STR指令编码格式
       
        (2)指令的语法格式
       
        STR{<cond>}<Rd>,<addr_mode>
       
        ① <cond>
        为指令编码中的条件域。它指示STR指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时,指令为无条件执行(cond=AL(Alway))。
       
        ② <Rd>
        确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
       
        ③ <addr_mode>
        它确定了指令编码中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的寻址模式中,都会确定一个基址寄存器Rn。
       
        (3)指令操作的伪代码
        指令操作的伪代码如下面程序段所示。
       
        IfConditionPassed{cond}then
             Memory=Rd
       
        (4)指令举例
        LDR/STR指令用于对内存变量的访问、内存缓冲区数据的访问、查表、外围部件的控制操作等等,若使用LDR指令加载数据到PC寄存器,则实现程序跳转功能,这样也就实现了程序散转。
       
        ① 变量访问
       
        NumCountEQU0x40003000         ;定义变量NumCount
        LDRR0,=NumCount               ;使用LDR伪指令装载NumCount的地址到R0
        LDRR1,                   ;取出变量值
        ADDR1,R1,#1               ;NumCount=NumCount+1
        STR   R1,                  ;保存变量
       
        ② GPIO设置
       
        GPIO—BASEEQU   0xe0028000       ;定义GPIO寄存器的基地址
        ……
        LDR    R0,=GPIO—BASE
        LDR    R1,=0x00ffff00            ;将设置值放入寄存器
        STR    R1,             ;IODIR=0x00ffff00,IOSET的地址为0xE0028004
       
        ③ 程序散转
       
        …
        MOVr2,r2,LSL #2                ;功能号乘以4,以便查表
        LDRPC,               ;查表取得对应功能子程序地址,并跳转
        NOP
        FUN—TABDCD   FUN—SUB0
                DCD   FUN—SUB1
                DCD   FUN—SUB2
                    …
       
        5.3.2字节数据传送指令(LDRB/STRB)

        1.LDRB指令

        (1)指令编码格式
       
        LDRB指令根据<addr_mode>所确定的地址模式将一个8位字节读取到指令中的目标寄存器<Rd>。
        指令的编码格式如图5.5所示。
       
        图5.5LDRB指令编码格式
       
                                                                                                                        http://upload.semidata.info/new.eefocus.com/article/image/2013/09/08/522c45219951e-thumb.png
                                                                                                                        注意
                                                                                                                        LDRB指令加载一个内存地址的8位字节到一个通用寄存器中。寄存器的高位数据补0。
                                                       
        (2)指令的语法格式
       
        LDR{<cond>}B<Rd>,<addr_mode>
        ① <cond>
        为指令编码中的条件域。它指示LDRB指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时,指令为无条件执行(cond=AL(Alway))。
       
        ② <Rd>
        确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
       
        ③ <addr_mode>
        它确定了指令编码中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的寻址模式中,都会确定一个基址寄存器Rn。
       
        (3)指令操作的伪代码
       
        ifConditionPassed{cond}then
          Rd = Memory
       
                                                                                                                        http://upload.semidata.info/new.eefocus.com/article/image/2013/09/08/522c45248c840-thumb.png
                                                                                                                        注意
                                                                                                                        当PC作为位基地址出现在指令中时,指令中将会使用PC相关地址,使用这种方法可以编写自己的位置无关(position-independ)指令。
                                                       

        2.STRB指令

        (1)指令编码格式
        STRB指令从寄存器中取出指定的8位字节放入寄存器的低8位,并将寄存器的高位补0。
       
        指令的编码格式如图5.6所示。
        http://upload.semidata.info/new.eefocus.com/article/image/2013/09/08/522c4521e00f5-thumb.png
        图5.6STRB指令编码格式
       
        (2)指令的语法格式
       
        STR{<cond>}B<Rd>,<addr_mode>
       
        ① <cond>
        为指令编码中的条件域。它指示STRB指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时,指令为无条件执行(cond=AL(Alway))。
       
        ② <Rd>
        确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
       
                                                                                                                        http://upload.semidata.info/new.eefocus.com/article/image/2013/09/08/522c4521e00f5-thumb.png
                                                                                                                        注意
                                                                                                                        当PC作为目标寄存器<Rd>出现在指令中时,指令的执行结果不可预知。
                                                       
        ③ <addr_mode>
        它确定了指令编码中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的寻址模式中,都会确定一个基址寄存器Rn。
       
        (3)指令操作的伪代码
       
        ifConditionPassed{cond}then
           Memory = Rd
       
        5.3.3半字数据传送指令(LDRH/STRH)

        1.LDRH指令

        (1)指令编码格式
        LDRH指令用于从内存中将一个16位的半字读取到目标寄存器。
        如果指令的内存地址不是半字节对齐的,指令的执行结果不可预知。
       
        指令的编码格式如图5.7所示。
       
        图5.7LDRH指令的编码格式
       
        (2)指令的语法格式
       
        LDR{<cond>}H<Rd>,<addr_mode>
       
        ① <cond>
        为指令编码中的条件域。它指示LDRH指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时,指令为无条件执行(cond=AL(Alway))。
       
        ② <Rd>
        确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
       
                                                                                                                        http://upload.semidata.info/new.eefocus.com/article/image/2013/09/08/522c45240a54c-thumb.png
                                                                                                                        注意
                                                                                                                        如果PC作为目标寄存器,指令的执行结果不可预知。
                                                       
        ③ <addr_mode>
        它确定了指令编码中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的寻址模式中,都会确定一个基址寄存器Rn。
       
        (3)指令操作的伪代码
       
        ifConditionPassed{cond}then
          if address==0
                 data=Memory
          else/*address==1*/
                 data=unpredictable
          Rd=data
       
                                                                                                                        http://upload.semidata.info/new.eefocus.com/article/image/2013/09/08/522c4523dd258-thumb.png
                                                                                                                        注意
                                                                                                                        在包含系统控制协处理器的芯片应用中,如果定义了地址对齐检测,当bit!=0时,将发生地址对齐异常。
                                                       

        2.STRH指令

        (1)指令编码格式
        STRH指令从寄存器中取出指定的16位半字放入寄存器的低16位,并将寄存器的高位补0。
        指令的编码格式如图5.8所示。
       
       
        图5.8STRH指令的编码格式
       
        (2)指令的语法格式
       
        STR{<cond>}H<Rd>,<addr_mode>
       
        ① <cond>
        指令编码中的条件域。它指示STRH指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时,指令为无条件执行(cond=AL(Alway))。
       
        ② <Rd>
        确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
       
                                                                                                                        http://upload.semidata.info/new.eefocus.com/article/image/2013/09/08/522c452221d22-thumb.png
                                                                                                                        注意
                                                                                                                        如果PC作为目标寄存器,指令的执行结果不可预知。
                                                       
        ③ <addr_mode>
        它确定了指令编码中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的寻址模式中,都会确定一个基址寄存器Rn。
       
        (3)指令操作的伪代码
       
        ifConditionPassed{cond}then
          if address==0
                 data=Rd
          else/*address==1*/
                 data=unpredictable
          Memory=data
       
        5.3.4用户模式字数据传送指令(LDRT/STRT)

        1.LDRT指令

        (1)指令编码格式
        LDRT指令用于从内存中将一个32位的字读取到目标寄存器。
        指令的编码格式如图5.9所示。
       
        LDRT指令根据<addr_mode>所确定的地址模式将一个32位字读取到指令中的目标寄存器<Rd>。如果指令中的寻址方式确定的地址不是字对齐的,则读出的数值要进行循环右移。所移位数为寻址方式确定的地址bits的8倍。也就是说处理器将取到的数值作为字的最低位处理。
       
        图5.9LDRT指令编码格式
       
        当处理器在特权模式下使用此指令时,内存系统将该操作当作一般用户模式下得内存访问指令。
       
                                                                                                                        http://upload.semidata.info/new.eefocus.com/article/image/2013/09/08/522c4522ea3d8-thumb.png
                                                                                                                        注意
                                                                                                                        指令的编码格式中,P位指定位“0”,也就是说LDRT指令的寻址方式为固定寻址方式,即后索引编码寻址(post_indexed_addressing_mode)。
                                                       
        (2)指令的语法格式
       
        LDR{<cond>}T<Rd>,<post_indexed_addressing_mode>
       
        ① <cond>
        为指令编码中的条件域。它指示LDRT指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时,指令为无条件执行(cond=AL(Alway))。
       
        ② <Rd>
        确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
       
        ③ <post_indexex_address_mode>
        使用后索引地址模式寻址。
       
                                                                                                                        http://upload.semidata.info/new.eefocus.com/article/image/2013/09/08/522c452250e02-thumb.png
                                                                                                                        注意
                                                                                                                        后索引地址模式中P=0并且W=0(即bit=0、bit=0)。但此指令P=0并且W=1(即bit=1、bit=0)。但实际的寻址操作是一样的。
                                                       
        (3)指令操作的伪代码
       
        指令操作的伪代码如下面程序段所示。
       
        IfConditionPassed{cond}then
          Ifaddress==0b00
                Rd=Memory
          Elseifaddress==0b01
                Rd=MemoryRotate_Right8
          Elseifaddress==0b10
                Rd=MemoryRotate_Right16
          Elseaddress==0b11
                Rd=MemoryRotate_Right24
       
        2.STRT指令

        (1)指令编码格式
        STRT指令用于将一个32位的字数据写入到指令中指定的内存单元。
        当处理器在特权模式下执行此指令时,内存系统将该操作当作一般用户模式下的内存访问操作。
       
        指令的编码格式如图5.10所示。
       
        图5.10STR指令编码格式
       
        (2)指令的语法格式
       
        STR{<cond>}T<Rd>,<post_indexed_addressing_mode>
       
        ① <cond>
        为指令编码中的条件域。它指示STRT指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时,指令为无条件执行(cond=AL(Alway))。
       
        ② <Rd>
        确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
       
        ③ <post_indexed_address_mode>
        使用后索引地址模式寻址,参见LDRT指令。
       
        (3)指令操作的伪代码
        指令操作的伪代码如下面程序段所示。
       
        IfConditionPassed{cond}then
          Memory=Rd
       
        5.3.5用户模式字节数据传送指令(LDRBT/STRBT)

        1.LDRBT指令

        (1)指令编码格式
        LDRBT指令根据<post_indexed_addressing_mode>地址模式将一个8位字节读取到指令中的目标寄存器<Rd>。
       
        当处理器在特权模式下执行此指令时,内存系统将该操作当作一般用户模式下的内存访问操作。
        指令的编码格式如图5.11所示。
       
       
        图5.11LDRBT指令编码格式
       
                                                                                                                        http://upload.semidata.info/new.eefocus.com/article/image/2013/09/08/522c4522a41fa-thumb.png
                                                                                                                        注意
                                                                                                                        LDRBT指令加载一个内存地址的8位字节到一个通用寄存器中。寄存器的高位数据补0。
                                                       
        (2)指令的语法格式
       
        LDR{<cond>}BT<Rd>,<post_indexed_addressing_mode>
       
        ① <cond>
        为指令编码中的条件域。它指示LDRBT指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时,指令为无条件执行(cond=AL(Alway))
        。
        ② <Rd>
        确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
       
        ③ <post_indexed_addressing_mode>
        使用后索引地址模式寻址,参见LDRT指令。
       
        (3)指令操作的伪代码
        指令操作的伪代码如下面程序段所示。
       
        IfConditionPassed{cond}then
          Rd=Memory
       
        2.STRBT指令

        (1)指令编码格式
        STRBT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。
        当处理器在特权模式下执行此指令时,内存系统将该操作当作一般用户模式下的内存访问操作。
       
        指令的编码格式如图5.12所示。
       
        图5.12STRBT指令编码格式
       
        (2)指令的语法格式
       
        STR{<cond>}BT<Rd>,<addr_mode>
       
        ① <cond>
        为指令编码中的条件域。它指示LDRBT指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时,指令为无条件执行(cond=AL(Alway))。
       
        ② <Rd>
        确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
       
        ③ <post_indexed_addressing_mode>
        使用后索引地址模式寻址,参见LDRT指令。
       
        (3)指令操作的伪代码
        指令操作的伪代码如下面程序段所示。
       
        IfConditionPassed{cond}then
             Memory=Rd
       
        5.3.6有符号的字节/半字数据传送指令(LDRBT/STRBT)

        1.LDRSB指令

        (1)指令编码格式
        LDRSB指令根据<addr_mode>所确定的地址模式将一个8位字节读取到指令中的目标寄存器<Rd>。
       
                                                                                                                        http://upload.semidata.info/new.eefocus.com/article/image/2013/09/08/522c452301003-thumb.png
                                                                                                                        注意
                                                                                                                        LDRSB与LDRB指令的不同之处在于它将寄存器的高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)。
                                                       
        指令的编码格式如图5.13所示。
       
        图5.13LDRSB指令编码格式
       
        (2)指令的语法格式
       
        LDR{<cond>}SB<Rd>,<addr_mode>
       
        ① <cond>
        为指令编码中的条件域。它指示LDRSB指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时,指令为无条件执行(cond=AL(Alway))。
       
        ② <Rd>
        确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
       
        ③ <addr_mode>
       
        它确定了指令编码中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的寻址模式中,都会确定一个基址寄存器Rn。
       
        (3)指令操作的伪代码
       
        IfConditionPassed{cond}then
          data=Memory
        Rd=SignExtend{data}
       
        2.LDRSH指令

        (1)指令编码格式
        LDRSH指令根据<addr_mode>所确定的地址模式将一个16位半字读取到指令中的目标寄存器<Rd>。
       
                                                                                                                        http://upload.semidata.info/new.eefocus.com/article/image/2013/09/08/522c45232e5d2-thumb.png
                                                                                                                        注意
                                                                                                                        LDRSH与LDRH指令的不同之处在于它将寄存器的高16位设置成该字节数据的符号位的值(即将该16位字节数据进行符号位扩展,生成32位字数据)。
                                                       
        指令的编码格式如图5.14所示。
       
        图5.14LDRSH指令编码格式
       
        (2)指令的语法格式
       
        LDR{<cond>}SH<Rd>,<addr_mode>
       
        ① <cond>
        为指令编码中的条件域。它指示LDRSH指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时,指令为无条件执行(cond=AL(Alway))。
       
        ② <Rd>
        确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
       
        ③ <addr_mode>
        它确定了指令编码中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的寻址模式中,都会确定一个基址寄存器Rn。
       
        (3)指令操作的伪代码
       
        IfConditionPassed{cond}then
          ifaddress==0
                data=Memory
           else/*address ==1*/
                data=UNPREDICTABLE
           Rd=SignExtend{data}
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