Thumb指令集之： 多寄存器数据传送指令

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        11.6  多寄存器数据传送指令

        Thumb指令集的多寄存器Load/Store指令是ARM指令集的多寄存器Load/Store指令的简化形式。同ARM指令一样，Thumb多寄存器数据传送指令可以用于过程调用与返回以及存储器块拷贝。但为了编码的紧凑性，这两种用法由分开的指令实现，并且这些指令也只使用单一的寻址方式。在其他方面，这些指令的性质与等价的ARM指令相同。
         
        Thumb多寄存器数据传送指令的基本语法格式分为以下两种，一种用于实现块拷贝，另一种用于实现堆栈操作。
         
        ① <opcode1>  <Rn>!，<registers>
        <opcode1>：=LDMIA|STMIA
        ② PUSH  {<registers>}
        POP  {<registers>}
         
        下面详细介绍多寄存器数据传送指令的语法格式及用法。
         
        11.6.1  多寄存器数据加载指令LDMIA

        （1）编码格式
        多寄存器加载指令LDMIA的编码格式如图11.59所示。
        多寄存器数据装载指令LDMIA（Load Multiple Increment After）装载连续的内存单元到多个通用寄存器。

       

        图11.59  LDMIA指令的编码格式

         
        （2）指令的语法格式
         
        LDMIA  <Rn>！，<registers>
         
        ① <Rn>
        基址寄存器。指定被装载的内存单元基地址。
        ② ！
        采用回写（writeback）的寻址方式。Thumb指令集中多寄存器数据传送指令采用固定的后增量IA（Increment After）寻址方式，并且采用寄存器回写方式。
        ③ <registers>
        被加载的寄存器列表。不同的寄存器之间用“，”隔开。完整的寄存器列表包含在“{}”中。编号低的寄存器对应于内存中低地址单元，编号高的寄存器对应于内存中高地址单元。寄存器r0～r7分别对应于指令编码中bit[0]～bit[7]位。如果Ri存在于寄存器列表中，则相应的bit指1，否则为0。
         

注意

如果基址寄存器Rn出现在寄存器列表<registers>中，则Rn的值为对于的内存单元数据，而非地址回写值。

         
        （3）指令操作的伪代码
         
        Start_address = Rn
        End_address = Rn + (Number_of_Set_Bits_In(register_list)*4) &ndash; 4
        Address = start_address
        For i = 0 to 7
              If  register_list = = 1
                 Ri = Memory[address,4]
                 Address = address + 4
        Assert end_address = = address &ndash; 4
        Rn = Rn + (Number_of_Set_Bits_In(register_list) * 4)
         
        （4）对应的ARM指令
        ① 如果基址寄存器在寄存器列表<registers>中，对应的ARM指令为：
         
        LDMIA  <Rn>！，<registers>。
         
        ② 如果基址寄存器不存在于寄存器列表<registers>中，对应的ARM指令为：
         
        LDMIA  <Rn>，<registers>
         
        11.6.2  多寄存器数据存储指令STMIA

        （1）编码格式
        多寄存器数据存储指令STMIA的编码格式如图11.60所示。

       

        图11.60  STMIA指令的编码格式

         
        多寄存器数据存储指令STMIA（Store Multiple Increment After）存储多个通用寄存器的内容到连续的内存单元。
         
        （2）指令的语法格式
         
        STMIA  <Rn>！，<registers>
         
        ① <Rn>
        基址寄存器。指定用于存储的内存单元基地址。
        ② ！
        采用回写（writeback）的寻址方式。Thumb指令集中多寄存器数据传送指令采用固定的后增量IA（Increment After）寻址方式，并且采用寄存器回写方式。
        ③ <registers>
        被存储的寄存器列表。不同的寄存器之间用“，”隔开。完整的寄存器列表包含在“{}”中。编号低的寄存器对应于内存中低地址单元，编号高的寄存器对应于内存中高地址单元。寄存器r0～r7分别对应于指令编码中bit[0]～bit[7]位。如果Ri存在于寄存器列表中，则相应的bit置1，否则为0。如果寄存器列表为空，即指令的编码格式中bit[7：0] = 0，则指令的执行结果不可预知。
         

注意

当基址寄存器Rn出现在寄存器列表<registers>中时，只能是列表中序号最低的寄存器，否则指令的执行结果不可预知。

         
        （3）指令操作的伪代码
         
        Start_address = Rn
        End_address = Rn + (Number_of_Set_Bits_In(register_list)*4) &ndash; 4
        Address = start_address
        For i = 0 to 7
              If  register_list = = 1
                 Memory[address,4] = Ri
                 Address = address + 4
        Assert end_address = = address &ndash; 4
        Rn = Rn + (Number_of_Set_Bits_In(register_list) * 4)
         
        （4）对应的ARM指令
         
        STMIA  <Rn>!，<registers>
         
        11.6.3  多寄存器压栈指令PUSH

        （1）编码格式
        多寄存器压栈指令PUSH的编码格式如图11.61所示。

       

        图11.61  PUSH指令的编码格式

         
        多寄存器数据压栈指令PUSH（Push Multiple Registers）将r0～r7和LR中的一个或多个寄存器内容加载到数据堆栈中。
         
        （2）指令的语法格式
         
        PUSH  <registers>
         
        <registers>
        被存储的寄存器列表。不同的寄存器之间用“，”隔开。完整的寄存器列表包含在“{}”中。寄存器r0～r7分别对应于指令编码中bit[0]～bit[7]位；返回连接寄存器LR对应于bit[8]。如果ri存在于寄存器列表中，则相应的bit置1，否则为0。如果寄存器列表为空，即bit[8：0] = 0，则指令的执行结果不可预知。
         

注意

该指令的基址寄存器为堆栈寄存器SP。该基址寄存器为PUSH指令默认寄存器，不必在指令中指定。

         
        （3）指令操作的伪代码
         
        Start_address = SP &ndash; Number_of_Set_Bits_In(register_list)*4
        End_address = SP &ndash; 4
        Address = start_address
        For i = 0 to 7
              If  register_list = = 1
                 Memory[address,4] = Ri
                 Address = address + 4
        If  R = = 1
             Memory[address,4] = LR
             Address = address + 4
        Assert end_address = = address &ndash; 4
        SP = SP - (Number_of_Set_Bits_In(register_list) + R) * 4
         
        （4）对应的ARM指令
         
        STMDB  SP!，<registers>
         
        11.6.4  多寄存器出栈指令POP

        （1）编码格式
        多寄存器出栈指令POP的编码格式如图11.62所示。
        多寄存器数据出栈指令POP（Pop Multiple Registers）将堆栈中的内容恢复到r0～r7和PC寄存器中（r0～r7和PC的子集或全集）。

       

        图11.62  POS指令的编码格式

         
        （2）指令的语法格式
         
        POP  <registers>
         
        ① <registers>
        被存储的寄存器列表。不同的寄存器之间用“，”隔开。完整的寄存器列表包含在“{}”中。寄存器r0～r7分别对应于指令编码中bit[0]～bit[7]位；程序计数器PC对应于bit[8]。如果ri存在于寄存器列表中，则相应的bit置1，否则为0。如果寄存器列表为空，即bit[8∶0] =0，则指令的执行结果不可预知。
         

注意

如果程序计数器PC存在于寄存器列表中，将产生程序的分支跳转，但程序状态寄存器CPSR不会改变。

         
        （3）指令操作的伪代码
         
        Start_address = SP
        End_address = SP + 4*(R + Number_of_Set_Bits_In(register_list))
        Address = start_address
         
        For i = 0 to 7
              If  register_list = = 1  then
                 Ri = Memory[address,4]
                 Address = address + 4
         
        If  R = =1 then
             value = Memory[address,4]
             PC= value AND 0xfffffffe
             If  (architecture version 5 or above )  then
                T Bit = Value[0]
                Address = address + 4
         
        Assert end_address = address
        SP = end_address
         
        （4）对应的ARM指令
         
        LDMIA  SP！，<registers>
         
        11.6.5  多寄存器数据传送指令举例

        下面的例子程序综合使用了多寄存器数据传送指令，通过该例可以对Thumb状态下多寄存器数据传送指令有更深入的了解。
         
              LDMIA  r7！，{r0－r3，r5} ;从r7为基地址的内存单元中加载5个连续字单元到r0～r3
        ;和r5，并回写r7，使r7 = r7 + 20
              STMIA  r0！，{r3，r4，r5} ;将r3、r4和r5寄存器的内容存储到以r0为基地址的内存单
        ;元中，并回写r0的值，使r0 = r0 + 12
         
        Function
              PUSH  {r0-r7，LR} ;将寄存器r0～r7和程序返回寄存器LR的内容压栈
        …
        … ;程序体
              POP  {r0-r7，PC} ;保存的寄存器内容出栈，子程序返回