ARM指令尋址方式之： 數(shù)據(jù)處理指令的尋址方式

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4.1? 數(shù)據(jù)處理指令的尋址方式

4.1.1? 數(shù)據(jù)處理指令的尋址方式概要

數(shù)據(jù)處理指令的基本語法格式如下。

<opcode> {<cond>} {S} <Rd>,<Rn>,<shifter_operand>

其中<shifter_operand>有下面11種形式，如表4.1所示。

表4.1??????? <shifter_operand>的尋址方式

	語??? 法	尋 址 方 式
1	＃<immediate>	立即數(shù)尋址
2	<Rm>	寄存器尋址
3	<Rm>, LSL? #<shift_imm>	立即數(shù)邏輯左移
4	<Rm>, LSL? <Rs>	寄存器邏輯左移
5	<Rm>, LSR? #<shift_imm>	立即數(shù)邏輯右移
6	<Rm>, LSR? <Rs>	寄存器邏輯右移
7	<Rm>, ASR? #<shift_imm>	立即數(shù)算術右移
8	<Rm>, ASR? <Rs>	寄存器算術右移
9	<Rm>, ROR? #<shift_imm>	立即數(shù)循環(huán)右移
10	<Rm>, ROR? <Rs>	寄存器循環(huán)右移
11	<Rm>, RRX	寄存器擴展循環(huán)右移

數(shù)據(jù)處理指令的尋址方式根據(jù)<shifter_operand>的不同，相應的分為11種。

4.1.2? 指令解碼

圖4.1顯示了數(shù)據(jù)處理指令不同尋址方式下的解碼格式。

圖4.1? 數(shù)據(jù)操作指令編碼格式

編碼格式中各域含義如下。

·? <opcode>：確定具體指令。

·? S：標識指令是否影響程序狀態(tài)寄存器CPSR條件標志。

·? Rd：指令操作的目的寄存器。

·? Rn：指令第一源操作數(shù)。

·? bit[11∶0]：移位操作，詳見本章移位操作一節(jié)。

·? bit[25]：被用來區(qū)分是立即數(shù)移位操作還是寄存器移位操作。

如果指令編碼出現(xiàn)下面情況：bit[25] = 0并且bit[4] = 1并且bit[7] = 1，則指令并非數(shù)據(jù)處理指令，它可能是Load/Store指令或算術指令。

4.1.3? 移位操作

數(shù)據(jù)處理指令是在算術邏輯單元ALU中完成。ARM處理器一個顯著特征就是可以在操作數(shù)進入ALU之前，對操作數(shù)進行指定位數(shù)的左移或右移操作。這種功能明顯增強了數(shù)據(jù)處理操作的靈活性。

移位操作可能產(chǎn)生進位，更新程序狀態(tài)寄存器CPSR的進位標志C。移位操作有下面3種基本方式。

1．立即數(shù)方式

沒有任何一條ARM指令可以包含一個32位的立即數(shù)，數(shù)據(jù)處理指令編碼格式中，第二個操作數(shù)有12位。指令的編碼格式如圖4.1所示。

指令中的立即數(shù)是由一個8 bit的常數(shù)移動4 bit偶數(shù)位（0，2，4，…，26，28，30）得到的。所以，每一條指令都包含一個8 bit的常數(shù)X和移位值Y，得到的立即數(shù)=X循環(huán)右移（2×Y）。

注意

8位立即數(shù)一定要移偶數(shù)位。

下面列舉了一些有效的立即數(shù)。

0xFF、0x104、0xFF0、0x FF00、0x FF000、0x FF000000、0x F000000F

下面是一些無效的立即數(shù)。

0x101、0x102、0x FF1、0x FF04、0x FF003、0x FFFFFFFF、0x F000001F

下面是一些應用立即數(shù)的指令。

MOV? r0，＃0???????????????? ;送0到r0

ADD? r3，r3，＃1????????????? ;r3的值加1

CMP? r7，＃1000?????????????? ;r7的值和1000比較

BIC? r9，r8，＃0x FF00???????? ;將r8中8～15位清零，結果保存在r9中

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2．寄存器方式

寄存器的值可以被直接用于數(shù)據(jù)操作指令，如：

MOV? r2，r0????????????????? ;r0的值送r2

ADD? r4，r3，r2?????????????? ;r2加r3，結果送r4

CMP? r7，r8????????????????? ;比較r7和r8的值

3．寄存器移位方式

寄存器的值在被送到ALU之前，可以事先經(jīng)過桶形移位寄存器的處理。預處理和移位發(fā)生在同一周期內，所以有效的使用移位寄存器，可以增加代碼的執(zhí)行效率。

具體的移位（或者循環(huán)移位）方式有下面幾種。

·? ASR：算術右移。

·? LSL：邏輯左移。

·? LSR：邏輯右移。

·? ROR：循環(huán)右移。

·? RRX：擴展的循環(huán)右移。

以上5種移位方式，移位值均可以由立即數(shù)或寄存器指定。下面是一些在指令中使用了移位操作的例子。

ADD? r2,r0,r1,LSR? #5

MOV? r1,r0,LSL? #2

RSB? r9,r5,r5,LSL? #1

SUB? r1,r2,r0,LSR ＃4

MOV? r2,r4,ROR? r0

4.1.4? 尋址方式分類詳解

數(shù)據(jù)處理指令的尋址方式根據(jù)<shifter_operand>的不同，相應的分為11種。詳見表4.1。下面對各類尋址方式進行詳細說明。

1．＃<immediate>

（1）編碼格式

指令的編碼格式如圖4.2所示。

圖4.2? 數(shù)據(jù)處理指令——立即數(shù)尋址編碼格式

立即數(shù)尋址為數(shù)據(jù)處理指令提供了一個可直接操作的立即數(shù)。立即數(shù)的生成方法見前面章節(jié)介紹。如果移位值為0，則移位進位值為程序狀態(tài)寄存器CPSR的C標志位；否則，為32-bit立即數(shù)的bit[31]。

（2）操作偽代碼

Shifter_operand = immed_8 Rotate_Right (rotate_imm*2)

if? rotate_imm == 0 then

????? shifter_carry_out = C flag

else? /* rotate_imm != 0*/

????? shifter_carry_out = shifter_operand[31]

（3）說明

① 并不是所有的32-bit立即數(shù)都是可以使用的合法立即數(shù)。只有那些通過將一個8-bit的立即數(shù)循環(huán)右移偶數(shù)位可以得到的立即數(shù)才可以在指令中使用。

② 有些立即數(shù)可以通過不止一種方法得到。由于立即數(shù)的構造方法中移位包含了循環(huán)操作，而循環(huán)移位操作會影響CPSR的條件標志位C。因此，同一個合法的立即數(shù)由于采用了不同的編碼方式，將使這些指令的執(zhí)行產(chǎn)生不同的結果，這是不能允許的。ARM匯編器按照下面的規(guī)則來生成立即數(shù)的編碼。

·? 當立即數(shù)數(shù)值在0和0xFF范圍時，令immed_8=<immediate>，immed_4=0。

·? 其他情況下，匯編編譯器選擇使用immed_4數(shù)值最小的編碼方式。

③? 為了更精確地控制立即數(shù)的生成，可以使用下面的語法格式控制立即數(shù)的生成。

#<immed_8>,<rotate_amout>

其中，<rotate_amout> = 2*rotate_imm

（4）舉例

SUBS? r0,r0,#1????????????????????? ;寄存器r0中的數(shù)值減1，結果保存到r0

MOV? r0,#0xff00???? ; 0xff00 → r0????? ;將立即數(shù)0xff00放入r0保存

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2．<Rm>

（1）編碼格式

指令的編碼格式如圖4.3所示。

圖4.3? 數(shù)據(jù)處理指令——寄存器尋址編碼格式

指令的操作數(shù)即為寄存器中的數(shù)值。移位寄存器的進位為程序狀態(tài)寄存器CPSR的C標志位。

指令的語法格式為：<opcode> {<cond>} {S} <Rd>,<Rn>,<Rm>

（2）操作偽代碼

Shifter_operand = Rm

Shifter_carry_out = C Flag

（3）說明

① 從指令的解碼格式來看，寄存器尋址方式和使用立即數(shù)邏輯左移尋址解碼格式是相同的，只是其移位數(shù)為0。

② 如果指令中的Rm或Rn指定為程序計數(shù)器r15，則操作數(shù)的值為當前指令地址加8。

（4）舉例

MOV? r1,r2??? ; r2 → r1

SUB? r0,r1,r2?? ; r1 – r2 → r0

3．<Rm>, LSL? #<shift_imm>

（1）編碼格式

指令的編碼格式如圖4.4所示。

圖4.4? 數(shù)據(jù)處理指令——立即數(shù)邏輯左移尋址編碼格式

指令的操作數(shù)為寄存器Rm的數(shù)值邏輯左移shift_imm位。左移的范圍在0到31之間。左移移出的位用0補齊。進位標志位是最后移出的位（如果移位數(shù)為0，則為C標志位）。

指令的語法格式為：<opcode> {<cond>} {S} <Rd>,<Rn>,<Rm>,LSL #<shift_imm>，其中：

·? <Rm>為進行邏輯左移操作的寄存器；

·? LSL為邏輯左移操作標識；

·? <shift_imm>為邏輯左移位數(shù)，范圍為0～31。

（2）操作偽代碼

if? shift_imm == 0 then /*執(zhí)行寄存器操作*/

????? shifter_operand = Rm

????? shifter_carry_out = C flag

else? /*移位寄存器大于零*/

????? shifter_operand = Rm logical_shift_left shift_imm

????? shifter_carry_out = Rm[32 – shift_imm]

（3）說明

① 如果移位立即數(shù)<shift_imm> =0，則該尋址方式為立即數(shù)直接尋址。

② 如果指令中的Rm或Rn指定為程序計數(shù)器r15，則操作數(shù)的值為當前指令地址加8。

（4）舉例

SUB r0，r1，r2，LSL #10??????? ;r1的值減去r2的值左移10bit，結果放到r0寄存器

MOV r0，r2，LSL #3??????????? ;r2的值左移3bit，結果放入r0，即r0 = r2×8

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4．<Rm>, LSL? <Rs>

（1）編碼格式

指令的編碼格式如圖4.5所示。

圖4.5? 數(shù)據(jù)處理指令——寄存器邏輯左移尋址編碼格式

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寄存器邏輯左移十分適合寄存器值乘2的倍數(shù)操作。

這個指令是將寄存器Rm的值邏輯左移一定的位數(shù)。位移的位數(shù)由Rs的最低8位bit[7∶0]決定。Rm移出的位用0補齊。進位值是移位寄存器最后移出的位，如果移位數(shù)大于0，則進位值為0。

（2）語法格式

<opcode> {<cond>} {S} <Rd>,<Rn>,<Rm>,LSL? <Rs>

其中：

·? <Rm>為指令被移位的寄存器；

·? LSL為邏輯左移操作標識；

·? <Rs>為包含邏輯左移位數(shù)的寄存器。

（3）操作偽代碼

if? Rs[7:0] = = 0 then

???? shifter_operand = Rm

???? shifter_carry_out = C flag

else? if? Rs[7:0] < 32 then

???? shifter_operand = Rm? logical_shift_left? Rs[7:0]

???? shifter_carry_out = Rm[32 – Rs[7:0]]

else? if? Rs[7:0] = = 32 then

???? shifter_operand = 0

???? shifter_carry_out = Rm[0]

else? /*Rs的后8位大于零*/

???? shifter_operand = 0

???? shifter_carry_out = 0

（4）說明

如果程序計數(shù)器r15被用作Rd，Rm，Rn或Rs中的任意一個，則指令的執(zhí)行結果不可預知。

（5）舉例

MOV? r0，r2，LSL r3????????? ;r2的值左移r3位，結果放入r0

ANDS r1，r1，r2，LSL r3????? ;r2的值左移r3位，然后和r1相與，結果放入r1

5．<Rm>, LSR ＃<shift_imm>

（1）編碼格式

指令的編碼格式如圖4.6所示。

圖4.6? 數(shù)據(jù)處理指令——立即數(shù)邏輯右移尋址編碼格式

指令的操作數(shù)為寄存器Rm的值右移<shift_imm>位，相當于Rm的值除以一個2的倍數(shù)。<shift_imm>值的范圍為0～31，移位后空出的位添0。循環(huán)器進位值為Rm最后移出的位。

（2）語法格式

<opcode> {<cond>} {S} <Rd>,<Rn>,<Rm>,LSR ＃<shift_imm>

其中：

·? <Rm>為被移位的寄存器；

·? LSR為邏輯右移操作標識；

·? <shift_imm>為邏輯右移位數(shù)，范圍為0～31。

（3）操作偽代碼

if? shift_imm == 0 then /*執(zhí)行寄存器操作*/

????? shifter_operand = 0

????? shifter_carry_out = Rm[31]

else? /*移位立即數(shù)大于零*/

????? shifter_operand = Rm logical_shift_Right shift_imm

????? shifter_carry_out = Rm[shift_imm - 1]

（4）說明

① shift_imm的取值范圍為0～31，當shift_imm=0時，移位位數(shù)為32，所以移位位數(shù)范圍為1～32位。

② 如果指令中的Rm或Rn指定為程序計數(shù)器r15，則操作數(shù)的值為當前指令地址加8。

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6．<Rm>, LSR? <Rs>

（1）編碼格式

指令的編碼格式如圖4.7所示。

圖4.7? 數(shù)據(jù)處理指令——寄存器邏輯右移尋址編碼格式

此操作將寄存器Rm的數(shù)值邏輯右移一定的位數(shù)。移位的位數(shù)由Rs的最低8位bit[7∶0]決定。移出的位由0補齊。當Rs[7∶0]大于0而小于32時，進位標志C由最后移出的位決定，當Rs[7∶0]大于32時，進位標志位為0，當Rs[7∶0]等于0時，進位標志不變。

（2）語法格式

<opcode> {<cond>} {S} <Rd>,<Rn>,<Rm>,LSR? <Rs>

其中：

·? <Rm>為指令被移位的寄存器；

·? LSR為邏輯右移操作標識；

·? <Rs>為包含邏輯右移位數(shù)的寄存器。

（3）操作偽代碼

if? Rs[7:0] = = 0 then

???? shifter_operand = Rm

???? shifter_carry_out = C flag

else? if? Rs[7:0] < 32 then

???? shifter_operand = Rm? logical_shift_Right? Rs[7:0]

???? shifter_carry_out = Rm[Rs[7:0] - 1]

else? if? Rs[7:0] = = 32 then

???? shifter_operand = 0

???? shifter_carry_out = Rm[31]

else? /*Rs的后8位大于零*/

???? shifter_operand = 0

???? shifter_carry_out = 0

（4）說明

如果程序計數(shù)器r15被用作Rd、Rm、Rn或Rs中的任意一個，則指令的執(zhí)行結果不可預知。

7．<Rm>, ASR ＃<shift_imm>

（1）編碼格式

指令的編碼格式如圖4.8所示。

圖4.8? 數(shù)據(jù)處理指令——立即數(shù)算術右移尋址編碼格式

指令的操作數(shù)為寄存器Rm的數(shù)值邏輯右移<shift_imm>位。<shift_imm>的值范圍為0～31，當<shift_imm>等于0時，移位位數(shù)為32，所以移位位數(shù)范圍為1～32位。進位移位操作后，空出的位添Rm的最高位Rm[31]。進位標志為Rm最后被移出的數(shù)值。

（2）語法格式

<opcode> {<cond>} {S} <Rd>,<Rn>,<Rm>,ASR ＃<shift_imm>

其中：

·? <Rm>為被移位的寄存器；

·? ASR為算術右移操作標識；

·? <shift_imm>為算術右移位數(shù)，范圍為1～32，當shift_imm等于0時移位位數(shù)為32。

（3）操作偽代碼

if? shift_imm == 0 then /*執(zhí)行寄存器操作*/

???? if? Rm[31] = = 0 then

????????? shifter_operand = 0

????????? shifter_carry_out = Rm[31]

???? else /*Rm[31] = = 1*/

????????? shifter_operand = 0xffffffff

????????? shifter_carry_out = Rm[31]

else? /*shift_imm > 0*/

???? shifter_operand = Rm Arithmetic_shift_Right <shift_imm>

???? shifter_carry_out = Rm[shift_imm - 1]

（4）說明

① 如果指令中的Rm或Rn指定為程序計數(shù)器r15，則操作數(shù)的值為當前指令地址加8。

?

8．<Rm>, ASR? <Rs>

（1）編碼格式

指令的編碼格式如圖4.9所示。

圖4.9? 數(shù)據(jù)處理指令——寄存器算術右移尋址編碼格式

此操作將寄存器Rm的數(shù)值算術右移一定的位數(shù)。移位后空缺的位由Rm的符號位（Rm[31]）填充。位移的位數(shù)由Rs的最低8位bit[7∶0]決定。當Rs[7∶0]大于零而小于32時，指令的操作數(shù)為寄存器Rm的數(shù)值算術右移Rs[7∶0]位，進位標志C為Rm最后被移出的位。

（2）語法格式

<opcode> {<cond>} {S} <Rd>,<Rn>,<Rm>,ASR? <Rs>

其中：

·? <Rm>為指令被移位的寄存器；

·? ASR為算術右移操作標識；

·? <Rs>為包含算術右移位數(shù)的寄存器。

（3）操作偽代碼

if? Rs[7:0] = = 0 then

???? shifter_operand = Rm

???? shifter_carry_out = C flag

else? if? Rs[7:0] < 32 then

???? shifter_operand = Rm? Arithmeticl_shift_Right? Rs[7:0]

???? shifter_carry_out = Rm[Rs[7:0] - 1]

else?

???? if? Rm[31] = =0 then

????????? shifter_operand = 0

????????? shifter_carry_out = Rm[31]

??? else?

????????? shifter_operand = 0xffffffff

????????? shifter_carry_out = Rm[31]

（4）說明

如果程序計數(shù)器r15被用作Rd、Rm、Rn或Rs中的任意一個，則指令的執(zhí)行結果不可預知。

9．<Rm>, ROR ＃<shift_imm>

（1）編碼格式

指令的編碼格式如圖4.10所示。

圖4.10? 數(shù)據(jù)處理指令——立即數(shù)循環(huán)右移尋址編碼格式

指令的操作數(shù)由寄存器Rm的數(shù)值循環(huán)右移一定的位數(shù)得到。移位的位數(shù)由Rs的最低8位bits[7∶0]決定。當Rs[7∶0]=0時，指令的操作數(shù)為寄存器Rm的值，循環(huán)器的進位值為CPSR中的C條件標志位；否則，循環(huán)器的進位值為Rm最后被移出的位。

（2）語法格式

<opcode> {<cond>} {S} <Rd>,<Rn>,<Rm>,ROR ＃<shift_imm>

其中：

·? <Rm>為被移位的寄存器；

·? ROR為循環(huán)右移操作標識；

·? <shift_imm>為循環(huán)右移位數(shù)，范圍為1～31，當shift_imm等于0時執(zhí)行RRX操作。

（3）操作偽代碼

if? shift_imm == 0 then /*執(zhí)行寄存器操作*/

???? 執(zhí)行RRX操作

else

???? shifter_operand = Rm Rotate_Right shift_imm

???? shifter_carry_out = Rm[shift_imm - 1]

（4）說明

如果指令中的Rm或Rn指定為程序計數(shù)器r15，則操作數(shù)的值為當前指令地址加8。

?

10．<Rm>, ROR? <Rs>

（1）編碼格式

指令的編碼格式如圖4.11所示。

圖4.11? 數(shù)據(jù)處理指令——寄存器循環(huán)右移尋址編碼格式

指令的操作數(shù)由寄存器Rm的數(shù)值循環(huán)右移一定的位數(shù)。移位的位數(shù)由Rs的最低8位bits[7∶0]決定。當Rs[7∶0]=0時，指令的操作數(shù)為寄存器Rm的值，循環(huán)器的進位值為CPSR中的C條件標志位；否則，循環(huán)器的進位值為Rm最后被移出的位。

（2）語法格式

<opcode> {<cond>} {S} <Rd>,<Rn>,<Rm>,ROR? <Rs>

其中：

·? <Rm>為指令被移位的寄存器；

·? ROR為循環(huán)右移操作標識；

·? <Rs>為包含循環(huán)右移位數(shù)的寄存器。

（3）操作偽代碼

if? Rs[7:0] = = 0 then

???? shifter_operand = Rm

???? shifter_carry_out = C flag

else? if? Rs[4:0] == 0 then

???? shifter_operand = Rm

???? shifter_carry_out = Rm[31]

else?

???? shifter_operand = Rm Rotate_Right Rs[4:0]

???? shifter_carry_out = Rm[Rs[4:0] - 1]

（4）說明

如果程序計數(shù)器r15被用作Rd、Rm、Rn或Rs中的任意一個，則指令的執(zhí)行結果不可預知。

11．<Rm>, RRX

（1）編碼格式

指令的編碼格式如圖4.12所示。

圖4.12? 數(shù)據(jù)處理指令——擴展右移尋址編碼格式

指令的操作數(shù)為寄存器Rm的數(shù)值右移一位，并用CPSR中的C條件標志位填補空出的位。CPSR中的C條件標志位則用移出的位代替。

（2）語法格式

<opcode> {<cond>} {S} <Rd>,<Rn>,<Rm>,RRX

其中：

·? <Rm>為指令被移位的寄存器；

·? RRX為擴展的循環(huán)右移操作。

（3）操作偽代碼

shifter_operand = (C flag logical_shift_left 31) OR (Rm logical_shift_Right 1)

shifter_carry_out = Rm[0]

（4）說明

① 此種尋址方式的編碼形式和“ROR ＃0”一致。

② 如果程序計數(shù)器r15被用作Rd、Rm、Rn或Rs中的任意一個，則指令的執(zhí)行結果不可預知。

③ 可以實現(xiàn)ADC指令的功能。