ARM指令尋址方式之： 數(shù)據(jù)處理指令的尋址方式
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(shù)右移
8
<Rm>, ASR <Rs>
寄存器算術(shù)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(shù)指令。
4.1.3 移位操作數(shù)據(jù)處理指令是在算術(shù)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(jié)果保存在r9中
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(jié)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(nèi)，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(shù)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(gòu)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(jié)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(jié)果保存到r0
MOV r0,#0xff00 ; 0xff00 → r0 ;將立即數(shù)0xff00放入r0保存
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(jié)果放到r0寄存器
MOV r0，r2，LSL #3 ;r2的值左移3bit，結(jié)果放入r0，即r0 = r2×8
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
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(jié)果不可預知。
（5）舉例
MOV r0，r2，LSL r3 ;r2的值左移r3位，結(jié)果放入r0
ANDS r1，r1，r2，LSL r3 ;r2的值左移r3位，然后和r1相與，結(jié)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。
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(jié)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(shù)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(shù)右移操作標識；
· <shift_imm>為算術(shù)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(shù)右移尋址編碼格式
此操作將寄存器Rm的數(shù)值算術(shù)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(shù)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(shù)右移操作標識；
· <Rs>為包含算術(shù)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(jié)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(jié)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(jié)果不可預知。
③ 可以實現(xiàn)ADC指令的功能。
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