數(shù)據(jù)傳送指令之：單寄存器的Load/Store指令

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5.3? 單寄存器的Load/Store指令

Load/Store內(nèi)存訪問指令在ARM寄存器和存儲器之間傳送數(shù)據(jù)。ARM指令中有3種基本的數(shù)據(jù)傳送指令。

① 單寄存器Load/Store指令（Single Register）

這些指令在ARM寄存器和存儲器之間提供更靈活的單數(shù)據(jù)項(xiàng)傳送方式。數(shù)據(jù)項(xiàng)可以是字節(jié)、16位半字或32位字。

② 多寄存器Load/Store內(nèi)存訪問指令

這些指令的靈活性比單寄存器傳送指令差，但可以使大量的數(shù)據(jù)更有效地傳送。它們用于進(jìn)程的進(jìn)入和退出、保存和恢復(fù)工作寄存器以及拷貝存儲器中的一塊數(shù)據(jù)。

③ 單寄存器交換指令（Single Register Swap）

這些指令允許寄存器和存儲器中的數(shù)值進(jìn)行交換，在一條指令中有效地完成Load/Store操作。它們在用戶級編程中很少用到。它的主要用途是在多處理器系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)信號量（Semaphores）的操作，以保證不會同時訪問公用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

5.3.1? 字?jǐn)?shù)據(jù)傳送指令

這種指令用于把單一的數(shù)據(jù)傳入或者傳出一個寄存器。支持的數(shù)據(jù)類型有字節(jié)（8位）、半字（16位）和字（32位）。

表5.1總結(jié)了所有單寄存器的Load/Store指令。

表5.1?????? 單寄存器Load/Store指令

指??? 令	作??? 用	操??? 作
LDR	把一個字裝入一個寄存器	Rd←mem32[address]
STR	將存儲器中的字保存到寄存器	Rd→mem32[address]
LDRB	把一個字節(jié)裝入一個寄存器	Rd←mem8[address]
STRB	將寄存器中的低8位字節(jié)保存到存儲器	Rd→mem8[address]
LDRH	把一個半字裝入一個寄存器	Rd←mem16[address]
STRH	將寄存器中的低16位半字保存到存儲器	Rd→mem16[address]
LDRBT	用戶模式下將一個字節(jié)裝入寄存器	Rd←mem8[address] under user mode
STRBT	用戶模式下將寄存器中的低8位字節(jié)保存到存儲器	Rd→mem8[address] under user mode
LDRT	用戶模式下把一個字裝入一個寄存器	Rd←mem32[address]under user mode
STRT	用戶模式下將存儲器中的字保存到寄存器	Rd→mem32[address] ]under user mode
LDRSB	把一個有符號字節(jié)裝入一個寄存器	Rd←sign{mem8[address]}
LDRSH	把一個有符號半字裝入一個寄存器	Rd←sign{mem16[address]}

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1．LDR指令

（1）指令編碼格式

LDR指令用于從內(nèi)存中將一個32位的字讀取到目標(biāo)寄存器。

指令的編碼格式如圖5.3所示。

圖5.3? LDR指令編碼格式

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LDR指令根據(jù)<addr_mode>所確定的地址模式將一個32位字讀取到指令中的目標(biāo)寄存器<Rd>。如果指令中的尋址方式確定的地址不是字對齊的，則讀出的數(shù)值要進(jìn)行循環(huán)右移。所移位數(shù)為尋址方式確定的地址bits[1∶0]8的倍，也就是說處理器將取到的數(shù)值作為字的最低位處理。

如果設(shè)置了L位，則進(jìn)行裝載，否則進(jìn)行存儲。

如果設(shè)置了P位，則使用預(yù)先變址尋址，否則使用過后變址尋址。

如果設(shè)置了U位，則給出的偏移量被加到基址寄存器上，否則從中減去偏移量。

如果設(shè)置了B位，傳送內(nèi)存的一個字節(jié)，否則傳送一個字。這在助記符末尾添加后綴“B”，如MOV r7，r5變?yōu)镸OVB r7，r5。

W位的解釋依賴于使用的地址模式。

·? 對于預(yù)先變址尋址，設(shè)置W位強(qiáng)制把它用做地址轉(zhuǎn)換的最終地址寫回基址寄存器中（例如，傳送的副作用是Rn:= Rn +/-offset。這在匯編器中表示為給指令加上后綴“!”。)。

·? 對于過后變址尋址，地址總是寫回，設(shè)置 W 位指示在進(jìn)行傳送之前強(qiáng)制地址轉(zhuǎn)換。這在匯編器中表示為給指令加上后綴“T”。

當(dāng)PC作為LDR的目的寄存器<Rd>時，從存儲器取得的數(shù)據(jù)將被當(dāng)作目標(biāo)地址值，程序?qū)⑻D(zhuǎn)到目標(biāo)地址開始執(zhí)行。

（2）指令的語法格式

LDR{<cond>}? <Rd>，<addr_mode>

① <cond>

為指令編碼中的條件域。它指示LDR指令在什么條件下執(zhí)行。當(dāng)<cond>忽略時，指令為無條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））。

② <Rd>

確定使用哪個通用寄存器作為目標(biāo)寄存器。

③ <addr_mode>

它確定了指令編碼中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的尋址模式中，都會確定一個基址寄存器Rn。

（3）指令操作的偽代碼

指令操作的偽代碼如下面程序段所示。

If? ConditionPassed{cond}? then

??? If? address[1:0] == 0b00? then

???????? Value = Memory[address,4]

Else? if? address[1:0] == 0b01? then

???? Value = Memory[address,4]? Rotate_Right 8

Else? if? address[1:0] == 0b10? then

???? Value = Memory[address,4]? Rotate_Right 16

Eles? /* address[1:0] == 0b11*/

???? Value = Memory[address,4]? Rotate_Right 24

If? (Rd is R15)? then

???? If (architecture version 5 or above)? then

??????????? ?PC = value AND 0xfffffffe

??????????? ?T Bit = value[0]

???? Else

??????????? ?PC = value AND 0xfffffffc

Else

???? Rd = value

（4）指令舉例

LDR? r1，[r0，#0x12]???????? ;將r0+12地址處的數(shù)據(jù)讀出，保存到r1中（r0的值不變）

LDR? r1，[r0]?????????????? ;將r0地址處的數(shù)據(jù)讀出，保存到r1中（零偏移）

LDR? r1，[r0，r2]?????????? ;將r0+r2地址的數(shù)據(jù)讀出，保存到r1中（r0的值不變）

LDR? r1，[r0，r2，LSL #2]???? ;將r0+r2×4地址處的數(shù)據(jù)讀出，保存到r1中（r0，r2的值不變）

LDR? Rd，label????????????? ;label為程序標(biāo)號，label必須是當(dāng)前指令的±4KB范圍內(nèi)

LDR? Rd，[Rn]，＃0x04??????? ;Rn的值用作傳輸數(shù)據(jù)的存儲地址。在數(shù)據(jù)傳送后，將偏移量0x04與

????????????????????????? Rn相加，結(jié)果寫回到Rn中。Rn不允許是r15

注意

地址對齊問題：大多數(shù)情況下，必須保證用于32位傳送的地址是32位對齊的。

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2．STR指令

（1）指令編碼格式

STR指令用于將一個32位的字?jǐn)?shù)據(jù)寫入到指令中指定的內(nèi)存單元。

指令的編碼格式如圖5.4所示。

圖5.4? STR指令編碼格式

（2）指令的語法格式

STR{<cond>}? <Rd>，<addr_mode>

① <cond>

為指令編碼中的條件域。它指示STR指令在什么條件下執(zhí)行。當(dāng)<cond>忽略時，指令為無條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））。

② <Rd>

確定使用哪個通用寄存器作為目標(biāo)寄存器。

③ <addr_mode>

它確定了指令編碼中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的尋址模式中，都會確定一個基址寄存器Rn。

（3）指令操作的偽代碼

指令操作的偽代碼如下面程序段所示。

If? ConditionPassed{cond}? then

???? Memory[address，4]=Rd

（4）指令舉例

LDR/STR指令用于對內(nèi)存變量的訪問、內(nèi)存緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的訪問、查表、外圍部件的控制操作等等，若使用LDR指令加載數(shù)據(jù)到PC寄存器，則實(shí)現(xiàn)程序跳轉(zhuǎn)功能，這樣也就實(shí)現(xiàn)了程序散轉(zhuǎn)。

① 變量訪問

NumCount? EQU? 0x40003000???????? ;定義變量NumCount

LDR? R0，=NumCount?????????????? ;使用LDR偽指令裝載NumCount的地址到R0

LDR? R1，[R0]?????????????????? ;取出變量值

ADD? R1，R1，＃1???????????????? ;NumCount=NumCount+1

STR?? R1，[R0]????????????????? ;保存變量

② GPIO設(shè)置

GPIO—BASE? EQU?? 0xe0028000?????? ;定義GPIO寄存器的基地址

……

LDR??? R0,=GPIO—BASE

LDR??? R1,=0x00ffff00??????????? ;將設(shè)置值放入寄存器

STR??? R1,[R0,#0x0C]???????????? ;IODIR=0x00ffff00，IOSET的地址為0xE0028004

③ 程序散轉(zhuǎn)

…

MOV? r2,r2,LSL #2??????????????? ;功能號乘以4，以便查表

LDR? PC,[PC,r2]???????????????? ;查表取得對應(yīng)功能子程序地址，并跳轉(zhuǎn)

NOP

FUN—TAB? DCD?? FUN—SUB0

???????? ?DCD?? FUN—SUB1

???????? ?DCD?? FUN—SUB2

??????????? …

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5.3.2? 字節(jié)數(shù)據(jù)傳送指令（LDRB/STRB）

1．LDRB指令

（1）指令編碼格式

LDRB指令根據(jù)<addr_mode>所確定的地址模式將一個8位字節(jié)讀取到指令中的目標(biāo)寄存器<Rd>。

指令的編碼格式如圖5.5所示。

圖5.5? LDRB指令編碼格式

?

注意

LDRB指令加載一個內(nèi)存地址的8位字節(jié)到一個通用寄存器中。寄存器的高位數(shù)據(jù)補(bǔ)0。

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（2）指令的語法格式

LDR{<cond>}B? <Rd>，<addr_mode>

① <cond>

為指令編碼中的條件域。它指示LDRB指令在什么條件下執(zhí)行。當(dāng)<cond>忽略時，指令為無條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））。

② <Rd>

確定使用哪個通用寄存器作為目標(biāo)寄存器。

③ <addr_mode>

它確定了指令編碼中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的尋址模式中，都會確定一個基址寄存器Rn。

（3）指令操作的偽代碼

if? ConditionPassed{cond}? then

??? Rd = Memory[address,1]

注意

當(dāng)PC作為位基地址出現(xiàn)在指令中時，指令中將會使用PC相關(guān)地址，使用這種方法可以編寫自己的位置無關(guān)（position-independ）指令。

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2．STRB指令

（1）指令編碼格式

STRB指令從寄存器中取出指定的8位字節(jié)放入寄存器的低8位，并將寄存器的高位補(bǔ)0。

指令的編碼格式如圖5.6所示。

圖5.6? STRB指令編碼格式

（2）指令的語法格式

STR{<cond>}B? <Rd>，<addr_mode>

① <cond>

為指令編碼中的條件域。它指示STRB指令在什么條件下執(zhí)行。當(dāng)<cond>忽略時，指令為無條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））。

② <Rd>

確定使用哪個通用寄存器作為目標(biāo)寄存器。

注意

當(dāng)PC作為目標(biāo)寄存器<Rd>出現(xiàn)在指令中時，指令的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。

③ <addr_mode>

它確定了指令編碼中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的尋址模式中，都會確定一個基址寄存器Rn。

?

（3）指令操作的偽代碼

if? ConditionPassed{cond}? then

?? Memory[address,1] = Rd[7:0]

5.3.3? 半字?jǐn)?shù)據(jù)傳送指令（LDRH/STRH）

1．LDRH指令

（1）指令編碼格式

LDRH指令用于從內(nèi)存中將一個16位的半字讀取到目標(biāo)寄存器。

如果指令的內(nèi)存地址不是半字節(jié)對齊的，指令的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。

指令的編碼格式如圖5.7所示。

圖5.7? LDRH指令的編碼格式

（2）指令的語法格式

LDR{<cond>}H? <Rd>，<addr_mode>

① <cond>

為指令編碼中的條件域。它指示LDRH指令在什么條件下執(zhí)行。當(dāng)<cond>忽略時，指令為無條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））。

② <Rd>

確定使用哪個通用寄存器作為目標(biāo)寄存器。

注意

如果PC作為目標(biāo)寄存器，指令的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。

③ <addr_mode>

它確定了指令編碼中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的尋址模式中，都會確定一個基址寄存器Rn。

（3）指令操作的偽代碼

if? ConditionPassed{cond}? then

??? if address[0]==0

???????? data=Memory[address,2]

??? else? /*address[0]==1*/

???????? data=unpredictable

??? Rd=data

注意

在包含系統(tǒng)控制協(xié)處理器的芯片應(yīng)用中，如果定義了地址對齊檢測，當(dāng)bit[0]!=0時，將發(fā)生地址對齊異常。

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2．STRH指令

（1）指令編碼格式

STRH指令從寄存器中取出指定的16位半字放入寄存器的低16位，并將寄存器的高位補(bǔ)0。

指令的編碼格式如圖5.8所示。

圖5.8? STRH指令的編碼格式

（2）指令的語法格式

STR{<cond>}H? <Rd>，<addr_mode>

① <cond>

指令編碼中的條件域。它指示STRH指令在什么條件下執(zhí)行。當(dāng)<cond>忽略時，指令為無條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））。

② <Rd>

確定使用哪個通用寄存器作為目標(biāo)寄存器。

注意

如果PC作為目標(biāo)寄存器，指令的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。

③ <addr_mode>

它確定了指令編碼中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的尋址模式中，都會確定一個基址寄存器Rn。

（3）指令操作的偽代碼

if? ConditionPassed{cond}? then

??? if address[0]==0

???????? data=Rd[15:0]

??? else? /*address[0]==1*/

???????? data=unpredictable

??? Memory[address,2]=data

?

5.3.4? 用戶模式字?jǐn)?shù)據(jù)傳送指令（LDRT/STRT）

1．LDRT指令

（1）指令編碼格式

LDRT指令用于從內(nèi)存中將一個32位的字讀取到目標(biāo)寄存器。

指令的編碼格式如圖5.9所示。

LDRT指令根據(jù)<addr_mode>所確定的地址模式將一個32位字讀取到指令中的目標(biāo)寄存器<Rd>。如果指令中的尋址方式確定的地址不是字對齊的，則讀出的數(shù)值要進(jìn)行循環(huán)右移。所移位數(shù)為尋址方式確定的地址bits[1∶0]的8倍。也就是說處理器將取到的數(shù)值作為字的最低位處理。

圖5.9? LDRT指令編碼格式

當(dāng)處理器在特權(quán)模式下使用此指令時，內(nèi)存系統(tǒng)將該操作當(dāng)作一般用戶模式下得內(nèi)存訪問指令。

注意

指令的編碼格式中，P位指定位“0”，也就是說LDRT指令的尋址方式為固定尋址方式，即后索引編碼尋址（post_indexed_addressing_mode）。

（2）指令的語法格式

LDR{<cond>}T? <Rd>，<post_indexed_addressing_mode>

① <cond>

為指令編碼中的條件域。它指示LDRT指令在什么條件下執(zhí)行。當(dāng)<cond>忽略時，指令為無條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））。

② <Rd>

確定使用哪個通用寄存器作為目標(biāo)寄存器。

③ <post_indexex_address_mode>

使用后索引地址模式尋址。

注意

后索引地址模式中P=0并且W=0（即bit[21]=0、bit[24]=0）。但此指令P=0并且W=1（即bit[21]=1、bit[24]=0）。但實(shí)際的尋址操作是一樣的。

（3）指令操作的偽代碼

指令操作的偽代碼如下面程序段所示。

If? ConditionPassed{cond}? then

??? If? address[1:0]==0b00

????????? Rd=Memory[address,4]

??? Else? if? address[1:0]==0b01

????????? Rd=Memory[address,4]? Rotate_Right? 8

??? Else? if? address[1:0]==0b10

????????? Rd=Memory[address,4]? Rotate_Right? 16

??? Else? address[1:0]==0b11

????????? Rd=Memory[address,4]? Rotate_Right? 24

2．STRT指令

（1）指令編碼格式

STRT指令用于將一個32位的字?jǐn)?shù)據(jù)寫入到指令中指定的內(nèi)存單元。

當(dāng)處理器在特權(quán)模式下執(zhí)行此指令時，內(nèi)存系統(tǒng)將該操作當(dāng)作一般用戶模式下的內(nèi)存訪問操作。

指令的編碼格式如圖5.10所示。

圖5.10? STR指令編碼格式

（2）指令的語法格式

STR{<cond>}T? <Rd>，<post_indexed_addressing_mode>

① <cond>

為指令編碼中的條件域。它指示STRT指令在什么條件下執(zhí)行。當(dāng)<cond>忽略時，指令為無條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））。

② <Rd>

確定使用哪個通用寄存器作為目標(biāo)寄存器。

③ <post_indexed_address_mode>

使用后索引地址模式尋址，參見LDRT指令。

（3）指令操作的偽代碼

指令操作的偽代碼如下面程序段所示。

If? ConditionPassed{cond}? then

??? Memory[address,4]=Rd

?

5.3.5? 用戶模式字節(jié)數(shù)據(jù)傳送指令（LDRBT/STRBT）

1．LDRBT指令

（1）指令編碼格式

LDRBT指令根據(jù)<post_indexed_addressing_mode>地址模式將一個8位字節(jié)讀取到指令中的目標(biāo)寄存器<Rd>。

當(dāng)處理器在特權(quán)模式下執(zhí)行此指令時，內(nèi)存系統(tǒng)將該操作當(dāng)作一般用戶模式下的內(nèi)存訪問操作。

指令的編碼格式如圖5.11所示。

圖5.11? LDRBT指令編碼格式

注意

LDRBT指令加載一個內(nèi)存地址的8位字節(jié)到一個通用寄存器中。寄存器的高位數(shù)據(jù)補(bǔ)0。

（2）指令的語法格式

LDR{<cond>}BT? <Rd>，<post_indexed_addressing_mode>

① <cond>

為指令編碼中的條件域。它指示LDRBT指令在什么條件下執(zhí)行。當(dāng)<cond>忽略時，指令為無條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））

。

② <Rd>

確定使用哪個通用寄存器作為目標(biāo)寄存器。

③ <post_indexed_addressing_mode>

使用后索引地址模式尋址，參見LDRT指令。

（3）指令操作的偽代碼

指令操作的偽代碼如下面程序段所示。

If? ConditionPassed{cond}? then

??? Rd=Memory[address,1]

2．STRBT指令

（1）指令編碼格式

STRBT指令用于將一個8位的字節(jié)數(shù)據(jù)寫入到指令中指定的內(nèi)存單元。

當(dāng)處理器在特權(quán)模式下執(zhí)行此指令時，內(nèi)存系統(tǒng)將該操作當(dāng)作一般用戶模式下的內(nèi)存訪問操作。

指令的編碼格式如圖5.12所示。

圖5.12? STRBT指令編碼格式

（2）指令的語法格式

STR{<cond>}BT? <Rd>，<addr_mode>

① <cond>

為指令編碼中的條件域。它指示LDRBT指令在什么條件下執(zhí)行。當(dāng)<cond>忽略時，指令為無條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））。

② <Rd>

確定使用哪個通用寄存器作為目標(biāo)寄存器。

③ <post_indexed_addressing_mode>

使用后索引地址模式尋址，參見LDRT指令。

（3）指令操作的偽代碼

指令操作的偽代碼如下面程序段所示。

If? ConditionPassed{cond}? then

???? Memory[address，1]=Rd[7:0]

?

5.3.6? 有符號的字節(jié)/半字?jǐn)?shù)據(jù)傳送指令（LDRBT/STRBT）

1．LDRSB指令

（1）指令編碼格式

LDRSB指令根據(jù)<addr_mode>所確定的地址模式將一個8位字節(jié)讀取到指令中的目標(biāo)寄存器<Rd>。

注意

LDRSB與LDRB指令的不同之處在于它將寄存器的高24位設(shè)置成該字節(jié)數(shù)據(jù)的符號位的值（即將該8位字節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行符號位擴(kuò)展，生成32位字?jǐn)?shù)據(jù)）。

指令的編碼格式如圖5.13所示。

圖5.13? LDRSB指令編碼格式

（2）指令的語法格式

LDR{<cond>}SB? <Rd>，<addr_mode>

① <cond>

為指令編碼中的條件域。它指示LDRSB指令在什么條件下執(zhí)行。當(dāng)<cond>忽略時，指令為無條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））。

② <Rd>

確定使用哪個通用寄存器作為目標(biāo)寄存器。

③ <addr_mode>

它確定了指令編碼中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的尋址模式中，都會確定一個基址寄存器Rn。

（3）指令操作的偽代碼

If? ConditionPassed{cond}? then

??? data=Memory[address,1]

Rd=SignExtend{data}

2．LDRSH指令

（1）指令編碼格式

LDRSH指令根據(jù)<addr_mode>所確定的地址模式將一個16位半字讀取到指令中的目標(biāo)寄存器<Rd>。

注意

LDRSH與LDRH指令的不同之處在于它將寄存器的高16位設(shè)置成該字節(jié)數(shù)據(jù)的符號位的值（即將該16位字節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行符號位擴(kuò)展，生成32位字?jǐn)?shù)據(jù)）。

指令的編碼格式如圖5.14所示。

圖5.14? LDRSH指令編碼格式

（2）指令的語法格式

LDR{<cond>}SH? <Rd>，<addr_mode>

① <cond>

為指令編碼中的條件域。它指示LDRSH指令在什么條件下執(zhí)行。當(dāng)<cond>忽略時，指令為無條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））。

② <Rd>

確定使用哪個通用寄存器作為目標(biāo)寄存器。

③ <addr_mode>

它確定了指令編碼中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的尋址模式中，都會確定一個基址寄存器Rn。

（3）指令操作的偽代碼

If? ConditionPassed{cond}? then

??? if? address[0]==0

??????? data=Memory[address,2]

?? else? /*address[0] ==1*/

??????? data=UNPREDICTABLE

?? Rd=SignExtend{data}