Thumb指令集之： 單寄存器數(shù)據(jù)傳送指令

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11.5??單寄存器數(shù)據(jù)傳送指令

Thumb指令集支持寄存器的裝載和存儲，即LDR和STR指令。8和類型的Load/Store指令在Thumb指令集中可用。這些指令使用兩種尋址模式：寄存器偏移和立即數(shù)偏移。指令所能存取的數(shù)據(jù)包括字、半字和字節(jié)，同時半字和字節(jié)可以為有符號數(shù)或無符號數(shù)。

表11.4總結(jié)了Thumb狀態(tài)下可用的數(shù)據(jù)傳送指令。

表11.4 Thumb狀態(tài)數(shù)據(jù)傳送指令

助??記??符	說????明	操????作
LDR	傳送32位字到寄存器	Rd<－?mem32[address]
STR	存儲32位寄存器的值	Rd－>?mem32[address]
LDRB	傳送8位字節(jié)到寄存器	Rd<－?mem8[address]
STRB	保存寄存器中的字節(jié)	Rd－>?mem8[address]
LDRH	傳送16位半字到寄存器	Rd<－?mem16[address]
STRH	保存寄存器中的半字	Rd－>?mem16[address]
LDRSB	裝載有符號字節(jié)到寄存器	Rd<－?sighExtend(mem8[address])
STRSB	裝載有符號半字到寄存器	Rd<－?sighExtend(mem16[address])

Thumb數(shù)據(jù)傳送指令的基本語法格式分為以下4種。

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>，[PC，<8_bit_offset>]

④?<opcode3>??<Rd>，[SP，＃<8_bit_offset>]

其中，<opcode3>：=?LDR|STR

下面詳細介紹各數(shù)據(jù)傳送指令的語法和使用。

11.5.1??寄存器裝載指令LDR（1）

（1）編碼格式

寄存器裝載指令LDR（1）的編碼格式如圖11.42所示。

圖11.42??LDR（1）指令的編碼格式

這種形式的LDR指令將32位內(nèi)存數(shù)據(jù)裝載到通用寄存器。常用于結(jié)構(gòu)體的數(shù)據(jù)訪問。域的基地址放在Rn寄存器中。

（2）指令的語法格式

LDR??<Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>*4]

①?<Rd>

目的寄存器。用于存放從內(nèi)存中取出的數(shù)據(jù)。

②?<Rn>

基址寄存器，用于存放所取數(shù)據(jù)的基地址。

③?<immed_5>

5位立即數(shù)。該立即數(shù)的4倍加上基址寄存器的值形成目標地址。

（3）指令操作的偽代碼

Address?=?Rn?+?(immed_5?*?4)

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

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

Else

?????Data?=?UNPREDICTABLE

Rd?=?data

（4）對應的ARM指令

LDR??<Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>*4]

注意

如果指令訪問地址非字對齊，則指令的執(zhí)行結(jié)果不可預知。

11.5.2??寄存器裝載指令LDR（2）

（1）編碼格式

寄存器裝載指令LDR（2）的編碼格式如圖11.43所示。

圖11.43??LDR（2）指令的編碼格式

寄存器裝載指令LDR（2）允許將一個32位內(nèi)存數(shù)據(jù)裝載到通用寄存器。此種形式的LDR指令常被用于訪問數(shù)組中的元素。

（2）指令的語法格式

LDR??<Rd>，[<Rn>，<Rm>]

①?<Rd>

目的寄存器。

②?<Rn>

寄存器存放內(nèi)存訪問基地址。

③?<Rm>

寄存器存放內(nèi)存訪問偏移地址。

（3）指令操作的偽代碼

Address?=?Rn?+?Rm

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

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

Else

?????Data?=?UNPREDICTABLE

Rd?=?data

（4）對應的ARM指令

LDR??<Rd>，[<Rn>，<Rm>]

?

11.5.3??寄存器裝載指令LDR（3）

（1）編碼格式

寄存器裝載指令LDR（3）的編碼格式如圖11.44所示。

圖11.44??LDR（3）指令的編碼格式

寄存器裝載指令LDR（3）允許將一個32位內(nèi)存數(shù)據(jù)裝載到通用寄存器。此種形式的LDR指令常被用于訪問PC相關（PC-relative）數(shù)據(jù)。

（2）指令的語法格式

LDR??<Rd>，[PC，＃<immed_8>*4]

①?<Rd>

目的寄存器。

②?PC

程序指針寄存器，用于計算內(nèi)存訪問的地址。計算地址時，PC值的bit[1]被系統(tǒng)默認為0進行計算，所以產(chǎn)生的內(nèi)存訪問地址必為字對齊。

③?<immed_8>

8位立即數(shù)。該立即數(shù)的4倍將和PC值相加，形成內(nèi)存訪問地址。

（3）指令操作的偽代碼

Address?=?(PC[31:2]?<<?2)?+?(immed_8*4)

Rd?=?Memory[address,4]

（4）對應的ARM指令

LDR??<Rd>，[PC，＃<immed_8>*4]

11.5.4??寄存器裝載指令LDR（4）

（1）編碼格式

寄存器裝載指令LDR（4）的編碼格式如圖11.45所示。

圖11.45??LDR（4）指令的編碼格式

寄存器裝載指令LDR（4）允許將一個32位內(nèi)存數(shù)據(jù)裝載到通用寄存器。此種形式的LDR指令常被用于訪問堆棧數(shù)據(jù)。

（2）指令的語法格式

LDR??<Rd>，SP，＃<immed_8>*4]

①?<Rd>

目的寄存器。

②?SP

堆棧指針寄存器，用于計算內(nèi)存訪問地址。

③?<immed_8>

8位立即數(shù)。該立即數(shù)的4倍將和SP值相加，形成內(nèi)存訪問地址。

（3）指令操作的偽代碼

Address?=?SP?+?(immed_8*4)

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

?????Data?=?memory[address,4]

Else

?????Data?=?UNPREDICTABLE

Rd?=?data

（4）對應的ARM指令

LDR??<Rd>，[SP，＃<immed_8>*4]

?

11.5.5??字節(jié)加載指令LDRB（1）

（1）編碼格式

字節(jié)加載指令LDRB（1）的編碼格式如圖11.46所示。

圖11.46??LDRB（1）指令的編碼格式

LDRB（1）字節(jié)數(shù)據(jù)加載指令用于從內(nèi)存中將一個8位的字節(jié)數(shù)據(jù)讀取到指令中的目標寄存器中，并將寄存器的高24位清零。常用于結(jié)構(gòu)體的數(shù)據(jù)訪問。域的基地址放在Rn寄存器中。

（2）指令的語法格式

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位立即數(shù)。用于與<Rn>寄存器中的數(shù)值相加，形成內(nèi)存訪問地址。

（3）指令操作的偽代碼

address?=?Rn?+?immed_5

Rd?=?memory[address,1]

（4）對應的ARM指令

LDRB??<Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>]

11.5.6??字節(jié)加載指令LDRB（2）

（1）編碼格式

字節(jié)加載指令LDRB（2）的編碼格式如圖11.47所示。

圖11.47??LDRB（2）指令的編碼格式

LDRB（2）字節(jié)數(shù)據(jù)加載指令用于從內(nèi)存中將一個8位的字節(jié)數(shù)據(jù)讀取到指令中的目標寄存器中，并將寄存器的高24位清零。此種形式的LDRB（2）指令常用于數(shù)組元素的訪問。

（2）指令的語法格式

LDRB??<Rd>，[<Rn>，<Rm>]

①?<Rd>

目的寄存器。

②?<Rn>

存放形成內(nèi)存訪問地址的第一個寄存器。

③?<Rm>

存放形成內(nèi)存訪問地址的第二個寄存器。

（3）指令操作的偽代碼

address?=?Rn?+?Rm

Rd?=?Memory[address,1]

（4）對應的ARM指令

LDRB??<Rd>，[<Rn>，<Rm>]

?

11.5.7??半字加載指令LDRH（1）

（1）編碼格式

半字數(shù)據(jù)加載指令LDRH（1）的編碼格式如圖11.48所示。

圖11.48??LDRH（1）指令的編碼格式

LDRH（1）半字數(shù)據(jù)加載指令用于從內(nèi)存中將一個16位的半字數(shù)據(jù)讀取到指令中的目標寄存器中，并將寄存器的高16位清零。常用于結(jié)構(gòu)體的數(shù)據(jù)訪問。域的基地址放在Rn寄存器中。

（2）指令的語法格式

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位立即數(shù)。該寄存器數(shù)值的2倍將與<Rn>寄存器中的數(shù)值相加，形成內(nèi)存訪問地址。

（3）指令操作的偽代碼

address?=?Rn?+?(immed_5?*2)

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

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

else

?????data?=?UNPREDICTABLE

Rd?=?data

（4）對應的ARM指令

LDRH??<Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>*2]

11.5.8??半字數(shù)據(jù)加載指令LDRH（2）

（1）編碼格式

半字數(shù)據(jù)加載指令LDRH（2）的編碼格式如圖11.49所示。

LDRH（2）字節(jié)數(shù)據(jù)加載指令用于從內(nèi)存中將一個16位的半字數(shù)據(jù)讀取到指令中的目標寄存器中，并將寄存器的高16位清零。此種形式的LDRH（2）指令常用于數(shù)組元素的訪問。

圖11.49??LDRH（2）指令的編碼格式

（2）指令的語法格式

LDRB??<Rd>，[<Rn>，<Rm>]

①?<Rd>

目的寄存器。

②?<Rn>

此寄存器存放內(nèi)存訪問基地址。

③?<Rm>

此寄存器存放內(nèi)存訪問偏移地址。

（3）指令操作的偽代碼

address?=?Rn?+?Rm

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

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

else

?????data?=?UNPREDICTABLE

Rd?=?data

（4）對應的ARM指令

LDRH??<Rd>，[<Rn>，<Rm>]

?

11.5.9??有符號字節(jié)數(shù)據(jù)加載指令LDRSB

（1）編碼格式

有符號字節(jié)數(shù)據(jù)加載指令LDRSB的編碼格式如圖11.50所示。

圖11.50??LDRSB指令的編碼格式

LDRSB指令用于從內(nèi)存中將一個8位的字節(jié)數(shù)據(jù)讀取到指令中的目標寄存器中，并將寄存器的高24位設置成該字節(jié)數(shù)據(jù)的符號位的值（即將該8位字節(jié)數(shù)據(jù)進行符號位擴展，生成32位字數(shù)據(jù)）。

（2）指令的語法格式

LDRSB??<Rd>，[<Rn>，<Rm>]

①?<Rd>

目的寄存器。

②?<Rn>

此寄存器存放內(nèi)存訪問基地址。

③?<Rm>

此寄存器存放內(nèi)存訪問偏移地址。

（3）指令操作的偽代碼

address?=?Rn?+?Rm

Rd?=?SignExtend(Memory[address,1])

（4）對應的ARM指令

LDRSB??<Rd>，[<Rn>，<Rm>]

11.5.10??有符號半字數(shù)據(jù)加載指令LDRSH

（1）編碼格式

有符號字節(jié)數(shù)據(jù)加載指令LDRSH的編碼格式如圖11.51所示。

圖11.51??LDRSH指令的編碼格式

LDRSH指令用于從內(nèi)存中將一個16位的半字數(shù)據(jù)讀取到指令中的目標寄存器中，并將寄存器的高16位設置成該半字數(shù)據(jù)的符號位的值（即將該16位半字數(shù)據(jù)進行符號位擴展，生成32位字數(shù)據(jù)）。

（2）指令的語法格式

LDRBH??<Rd>，[<Rn>，<Rm>]

①?<Rd>

目的寄存器。

②?<Rn>

此寄存器存放內(nèi)存訪問基地址。

③?<Rm>

此寄存器存放內(nèi)存訪問偏移地址。

（3）指令操作的偽代碼

address?=?Rn?+?Rm

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

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

else

?????data?=?UNPREDICTABLE

Rd?=?SignExtend[data]

（4）對應的ARM指令

LDRSH??<Rd>，[<Rn>，<Rm>]

?

11.5.11??寄存器存儲指令STR（1）

（1）編碼格式

寄存器存儲指令STR（1）的編碼格式如圖11.52所示。

圖11.52??STR（1）指令的編碼格式

這種形式的STR指令將32位通用寄存器的數(shù)值存儲到內(nèi)存中。該指令常用于結(jié)構(gòu)體的數(shù)據(jù)訪問。域的基地址放在Rn寄存器中。

（2）指令的語法格式

STR??<Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>*4]

①?<Rd>

目的寄存器。用于存放從內(nèi)存中取出的數(shù)據(jù)。

②?<Rn>

基址寄存器，用于存放所取數(shù)據(jù)的基地址。

③?<immed_5>

5位立即數(shù)。該立即數(shù)的4倍加上基址寄存器的值為目標地址。

（3）指令操作的偽代碼

address?=?Rn?+?(immed_5*4)

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

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

Else

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

（4）對應的ARM指令

STR??<Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>*4]

?

11.5.12??寄存器存儲指令STR（2）

（1）編碼格式

寄存器存儲指令STR（2）的編碼格式如圖11.53所示。

圖11.53??STR（2）指令的編碼格式

寄存器裝載指令STR（2）將一個32位通用寄存器數(shù)據(jù)存儲到內(nèi)存單元中。此種形式的STR指令常被用于訪問數(shù)組中的元素。

（2）指令的語法格式

LDR??<Rd>，[<Rn>，<Rm>]

①?<Rd>

目的寄存器。

②?<Rn>

存放形成內(nèi)存訪問地址的第一個寄存器。

③?<Rm>

存放形成內(nèi)存訪問地址的第二個寄存器。

（3）指令操作的偽代碼

address?=?Rn?+?Rm

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

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

Else

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

（4）對應的ARM指令

STR??<Rd>，[<Rn>，<Rm>]

11.5.13??寄存器存儲指令STR（3）

（1）編碼格式

寄存器存儲指令STR（3）的編碼格式如圖11.54所示。

圖11.54??STR（3）指令的編碼格式

寄存器存儲指令STR（3）允許將一個32位通用寄存器的值存儲到內(nèi)存。此種形式的STR指令常被用于訪問堆棧數(shù)據(jù)。

（2）指令的語法格式

STR??<Rd>，[SP，＃<immed_8>*4]

①?<Rd>

目的寄存器。

②?SP

堆棧指針寄存器，用于計算內(nèi)存訪問的地址。

③?<immed_8>

8位立即數(shù)。該立即數(shù)的4倍將和堆棧指針寄存器SP的值相加，形成內(nèi)存訪問地址。

（3）指令操作的偽代碼

address?=?SP?+?(immed_8?*?4)

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

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

Else

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

（4）對應的ARM指令

STR??<Rd>，[SP，＃<immed_8>*4]

?

11.5.14??字節(jié)存儲指令STRB（1）

（1）編碼格式

字節(jié)存儲加載指令STRB（1）的編碼格式如圖11.55所示。

圖11.55??STRB（1）指令的編碼格式

STRB（1）字節(jié)數(shù)據(jù)存儲指令用于將一個8位的字節(jié)數(shù)據(jù)寫入到指令中指定的內(nèi)存單元，該字節(jié)數(shù)據(jù)為指令中存放源操作數(shù)寄存器的低8位。常用于結(jié)構(gòu)體的數(shù)據(jù)訪問。域的基地址放在Rn寄存器中。

（2）指令的語法格式

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位立即數(shù)。用于與<Rn>寄存器中的數(shù)值相加，形成內(nèi)存訪問地址。

（3）指令操作的偽代碼

address?=?Rn?+?immed_5

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

（4）對應的ARM指令

STRB??<Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>]

11.5.15??寄存器存儲指令STRB（2）

（1）編碼格式

寄存器存儲指令STRB（2）的編碼格式如圖11.56所示。

圖11.56??STRB（2）指令的編碼格式

寄存器存儲指令STRB（2）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。此種形式的LDRB指令常被用于訪問數(shù)組中的元素。

（2）指令的語法格式

STRB??<Rd>，[<Rn>，<Rm>]

①?<Rd>

目的寄存器。

②?<Rn>

此寄存器存放內(nèi)存訪問基地址。

③?<Rm>

此寄存器存放內(nèi)存訪問偏移地址。

（3）指令操作的偽代碼

address?=?Rn?+?Rm

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

（4）對應的ARM指令

STRB??<Rd>，[<Rn>，<Rm>]

?

11.5.16??半字存儲指令STRH（1）

（1）編碼格式

半字存儲加載指令STRH（1）的編碼格式如圖11.57所示。

圖11.57??STRH（1）指令的編碼格式

STRH（1）半字數(shù)據(jù)存儲指令用于將一個16位的半字數(shù)據(jù)寫入到指令中指定的內(nèi)存單元，該半字數(shù)據(jù)為指令中存放源操作數(shù)寄存器的低16位。常用于結(jié)構(gòu)體的數(shù)據(jù)訪問。域的基地址放在Rn寄存器中。

（2）指令的語法格式

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位立即數(shù)。該立即數(shù)的2倍與<Rn>寄存器中的數(shù)值相加，形成內(nèi)存訪問地址。

（3）指令操作的偽代碼

address?=?Rn?+?(immed_5*2)

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

??????Memory[address,2]?=?Rd[15:0]

Else

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

（4）對應的ARM指令

STRH??<Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>*2]

11.5.17??寄存器存儲指令STRH（2）

（1）編碼格式

寄存器存儲指令STRH（2）的編碼格式如圖11.58所示。

圖11.58??STRH（2）指令的編碼格式

寄存器存儲指令STRH（2）用于將一個8位的半字數(shù)據(jù)寫入到指令中指定的內(nèi)存單元。此種形式的STRH指令常被用于訪問數(shù)組中的元素。

（2）指令的語法格式

STRH??<Rd>，[<Rn>，<Rm>]

①?<Rd>

目的寄存器。

②?<Rn>

存放形成內(nèi)存訪問地址的第一個寄存器。

③?<Rm>

存放形成內(nèi)存訪問地址的第二個寄存器。

（3）指令操作的偽代碼

address?=?Rn?+?Rm

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

??????Memory[address,2]?=?Rd[15:0]

Else

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

（4）對應的ARM指令

STRH??<Rd>，[<Rn>，<Rm>]

?

11.5.18??數(shù)據(jù)傳送指令舉例

下面的例子程序綜合使用了各種數(shù)據(jù)傳送指令，通過該例可以對Thumb狀態(tài)下數(shù)據(jù)傳送指令有更深入的了解。

LDR??r4，[r2，＃4] ;將[r2+4]地址單元字數(shù)據(jù)加載到寄存器r4

LDR??r4，[r2，r1] ;將[r2+r4]地址單元字數(shù)據(jù)加載到寄存器r4

STR??r0，[r7，＃0x7c] ;將r0中的字數(shù)據(jù)存儲到[r7+124]的內(nèi)存地址單元中

STRB??r1，[r5，＃31] ;將r1的低8位數(shù)據(jù)存儲到[r5+31]的內(nèi)存地址單元中

STRH??r4，[r2，r3] ;將r4的低16位數(shù)據(jù)存儲到[r2+r3]的內(nèi)存地址單元中

LDRH??r3，[r6，r5] ;將[r6+r5]地址單元低16位數(shù)據(jù)加載到寄存器r3中

LDRB??r2，[r1，＃5] ;將[r1+5]地址單元低8位數(shù)據(jù)加載到寄存器r2中

LDR??r6，[PC，＃0xFC] ;將[PC+0x3FC]地址單元數(shù)據(jù)加載到寄存器r6中

LDR??r5，[SP，＃64] ;將[SP+64]地址單元數(shù)據(jù)加載到寄存器r5中

STR??r4，[SP，＃0x260] ;將寄存器r4中的數(shù)據(jù)存儲到[SP+0x260]內(nèi)存地址單元中