Thumb指令集之： 单寄存器数据传送指令

 

11.5  单寄存器数据传送指令

Thumb指令集支持寄存器的装载和存储，即LDR和STR指令。8和类型的Load/Store指令在Thumb指令集中可用。这些指令使用两种寻址模式：寄存器偏移和立即数偏移。指令所能存取的数据包括字、半字和字节，同时半字和字节可以为有符号数或无符号数。

表11.4总结了Thumb状态下可用的数据传送指令。

表11.4 Thumb状态数据传送指令

助  记  符	说    明	操    作
LDR	传送32位字到寄存器	Rd<－ mem32[address]
STR	存储32位寄存器的值	Rd－> mem32[address]
LDRB	传送8位字节到寄存器	Rd<－ mem8[address]
STRB	保存寄存器中的字节	Rd－> mem8[address]
LDRH	传送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	装载有符号字节到寄存器	Rd<－ sighExtend(mem8[address])
STRSB	装载有符号半字到寄存器	Rd<－ sighExtend(mem16[address])

Thumb数据传送指令的基本语法格式分为以下4种。

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

下面详细介绍各数据传送指令的语法和使用。

11.5.1  寄存器装载指令LDR（1）

（1）编码格式

寄存器装载指令LDR（1）的编码格式如图11.42所示。

图11.42  LDR（1）指令的编码格式

这种形式的LDR指令将32位内存数据装载到通用寄存器。常用于结构体的数据访问。域的基地址放在Rn寄存器中。

（2）指令的语法格式

LDR  <Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>*4]

① <Rd>

目的寄存器。用于存放从内存中取出的数据。

② <Rn>

基址寄存器，用于存放所取数据的基地址。

③ <immed_5>

5位立即数。该立即数的4倍加上基址寄存器的值形成目标地址。

（3）指令操作的伪代码

Address = Rn + (immed_5 * 4)

If  address[1:0] = = 0b00

     Data = Memory[address,4]

Else

     Data = UNPREDICTABLE

Rd = data

（4）对应的ARM指令

LDR  <Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>*4]

注意

如果指令访问地址非字对齐，则指令的执行结果不可预知。

11.5.2  寄存器装载指令LDR（2）

（1）编码格式

寄存器装载指令LDR（2）的编码格式如图11.43所示。

图11.43  LDR（2）指令的编码格式

寄存器装载指令LDR（2）允许将一个32位内存数据装载到通用寄存器。此种形式的LDR指令常被用于访问数组中的元素。

（2）指令的语法格式

LDR  <Rd>，[<Rn>，<Rm>]

① <Rd>

目的寄存器。

② <Rn>

寄存器存放内存访问基地址。

③ <Rm>

寄存器存放内存访问偏移地址。

（3）指令操作的伪代码

Address = Rn + Rm

If  address[1:0] = = 0b00

     Data = Memory[address,4]

Else

     Data = UNPREDICTABLE

Rd = data

（4）对应的ARM指令

LDR  <Rd>，[<Rn>，<Rm>]

 

11.5.3  寄存器装载指令LDR（3）

（1）编码格式

寄存器装载指令LDR（3）的编码格式如图11.44所示。

图11.44  LDR（3）指令的编码格式

寄存器装载指令LDR（3）允许将一个32位内存数据装载到通用寄存器。此种形式的LDR指令常被用于访问PC相关（PC-relative）数据。

（2）指令的语法格式

LDR  <Rd>，[PC，＃<immed_8>*4]

① <Rd>

目的寄存器。

② PC

程序指针寄存器，用于计算内存访问的地址。计算地址时，PC值的bit[1]被系统默认为0进行计算，所以产生的内存访问地址必为字对齐。

③ <immed_8>

8位立即数。该立即数的4倍将和PC值相加，形成内存访问地址。

（3）指令操作的伪代码

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

Rd = Memory[address,4]

（4）对应的ARM指令

LDR  <Rd>，[PC，＃<immed_8>*4]

11.5.4  寄存器装载指令LDR（4）

（1）编码格式

寄存器装载指令LDR（4）的编码格式如图11.45所示。

图11.45  LDR（4）指令的编码格式

寄存器装载指令LDR（4）允许将一个32位内存数据装载到通用寄存器。此种形式的LDR指令常被用于访问堆栈数据。

（2）指令的语法格式

LDR  <Rd>，SP，＃<immed_8>*4]

① <Rd>

目的寄存器。

② SP

堆栈指针寄存器，用于计算内存访问地址。

③ <immed_8>

8位立即数。该立即数的4倍将和SP值相加，形成内存访问地址。

（3）指令操作的伪代码

Address = SP + (immed_8*4)

If  address[1:0] = = 0b00

     Data = memory[address,4]

Else

     Data = UNPREDICTABLE

Rd = data

（4）对应的ARM指令

LDR  <Rd>，[SP，＃<immed_8>*4]

 

11.5.5  字节加载指令LDRB（1）

（1）编码格式

字节加载指令LDRB（1）的编码格式如图11.46所示。

图11.46  LDRB（1）指令的编码格式

LDRB（1）字节数据加载指令用于从内存中将一个8位的字节数据读取到指令中的目标寄存器中，并将寄存器的高24位清零。常用于结构体的数据访问。域的基地址放在Rn寄存器中。

（2）指令的语法格式

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位立即数。用于与<Rn>寄存器中的数值相加，形成内存访问地址。

（3）指令操作的伪代码

address = Rn + immed_5

Rd = memory[address,1]

（4）对应的ARM指令

LDRB  <Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>]

11.5.6  字节加载指令LDRB（2）

（1）编码格式

字节加载指令LDRB（2）的编码格式如图11.47所示。

图11.47  LDRB（2）指令的编码格式

LDRB（2）字节数据加载指令用于从内存中将一个8位的字节数据读取到指令中的目标寄存器中，并将寄存器的高24位清零。此种形式的LDRB（2）指令常用于数组元素的访问。

（2）指令的语法格式

LDRB  <Rd>，[<Rn>，<Rm>]

① <Rd>

目的寄存器。

② <Rn>

存放形成内存访问地址的第一个寄存器。

③ <Rm>

存放形成内存访问地址的第二个寄存器。

（3）指令操作的伪代码

address = Rn + Rm

Rd = Memory[address,1]

（4）对应的ARM指令

LDRB  <Rd>，[<Rn>，<Rm>]

 

11.5.7  半字加载指令LDRH（1）

（1）编码格式

半字数据加载指令LDRH（1）的编码格式如图11.48所示。

图11.48  LDRH（1）指令的编码格式

LDRH（1）半字数据加载指令用于从内存中将一个16位的半字数据读取到指令中的目标寄存器中，并将寄存器的高16位清零。常用于结构体的数据访问。域的基地址放在Rn寄存器中。

（2）指令的语法格式

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位立即数。该寄存器数值的2倍将与<Rn>寄存器中的数值相加，形成内存访问地址。

（3）指令操作的伪代码

address = Rn + (immed_5 *2)

if  address[0] = = 0

     data = Memory[address,2]

else

     data = UNPREDICTABLE

Rd = data

（4）对应的ARM指令

LDRH  <Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>*2]

11.5.8  半字数据加载指令LDRH（2）

（1）编码格式

半字数据加载指令LDRH（2）的编码格式如图11.49所示。

LDRH（2）字节数据加载指令用于从内存中将一个16位的半字数据读取到指令中的目标寄存器中，并将寄存器的高16位清零。此种形式的LDRH（2）指令常用于数组元素的访问。

图11.49  LDRH（2）指令的编码格式

（2）指令的语法格式

LDRB  <Rd>，[<Rn>，<Rm>]

① <Rd>

目的寄存器。

② <Rn>

此寄存器存放内存访问基地址。

③ <Rm>

此寄存器存放内存访问偏移地址。

（3）指令操作的伪代码

address = Rn + Rm

if  address[0] = = 0

     data = memory[address,2]

else

     data = UNPREDICTABLE

Rd = data

（4）对应的ARM指令

LDRH  <Rd>，[<Rn>，<Rm>]

 

11.5.9  有符号字节数据加载指令LDRSB

（1）编码格式

有符号字节数据加载指令LDRSB的编码格式如图11.50所示。

图11.50  LDRSB指令的编码格式

LDRSB指令用于从内存中将一个8位的字节数据读取到指令中的目标寄存器中，并将寄存器的高24位设置成该字节数据的符号位的值（即将该8位字节数据进行符号位扩展，生成32位字数据）。

（2）指令的语法格式

LDRSB  <Rd>，[<Rn>，<Rm>]

① <Rd>

目的寄存器。

② <Rn>

此寄存器存放内存访问基地址。

③ <Rm>

此寄存器存放内存访问偏移地址。

（3）指令操作的伪代码

address = Rn + Rm

Rd = SignExtend(Memory[address,1])

（4）对应的ARM指令

LDRSB  <Rd>，[<Rn>，<Rm>]

11.5.10  有符号半字数据加载指令LDRSH

（1）编码格式

有符号字节数据加载指令LDRSH的编码格式如图11.51所示。

图11.51  LDRSH指令的编码格式

LDRSH指令用于从内存中将一个16位的半字数据读取到指令中的目标寄存器中，并将寄存器的高16位设置成该半字数据的符号位的值（即将该16位半字数据进行符号位扩展，生成32位字数据）。

（2）指令的语法格式

LDRBH  <Rd>，[<Rn>，<Rm>]

① <Rd>

目的寄存器。

② <Rn>

此寄存器存放内存访问基地址。

③ <Rm>

此寄存器存放内存访问偏移地址。

（3）指令操作的伪代码

address = Rn + Rm

if  address[0] = = 0

     data = memory[address,2]

else

     data = UNPREDICTABLE

Rd = SignExtend[data]

（4）对应的ARM指令

LDRSH  <Rd>，[<Rn>，<Rm>]

 

11.5.11  寄存器存储指令STR（1）

（1）编码格式

寄存器存储指令STR（1）的编码格式如图11.52所示。

图11.52  STR（1）指令的编码格式

这种形式的STR指令将32位通用寄存器的数值存储到内存中。该指令常用于结构体的数据访问。域的基地址放在Rn寄存器中。

（2）指令的语法格式

STR  <Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>*4]

① <Rd>

目的寄存器。用于存放从内存中取出的数据。

② <Rn>

基址寄存器，用于存放所取数据的基地址。

③ <immed_5>

5位立即数。该立即数的4倍加上基址寄存器的值为目标地址。

（3）指令操作的伪代码

address = Rn + (immed_5*4)

if  address[1:0] = = 0b00

      Memory[address,4] = Rd

Else

      Memory[address,4] = UNPREDICTABLE

（4）对应的ARM指令

STR  <Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>*4]

 

11.5.12  寄存器存储指令STR（2）

（1）编码格式

寄存器存储指令STR（2）的编码格式如图11.53所示。

图11.53  STR（2）指令的编码格式

寄存器装载指令STR（2）将一个32位通用寄存器数据存储到内存单元中。此种形式的STR指令常被用于访问数组中的元素。

（2）指令的语法格式

LDR  <Rd>，[<Rn>，<Rm>]

① <Rd>

目的寄存器。

② <Rn>

存放形成内存访问地址的第一个寄存器。

③ <Rm>

存放形成内存访问地址的第二个寄存器。

（3）指令操作的伪代码

address = Rn + Rm

if  address[1:0] = = 0b00

      Memory[address,4] = = Rd

Else

      Memory[address,4] = = UNPREDICTABLE

（4）对应的ARM指令

STR  <Rd>，[<Rn>，<Rm>]

11.5.13  寄存器存储指令STR（3）

（1）编码格式

寄存器存储指令STR（3）的编码格式如图11.54所示。

图11.54  STR（3）指令的编码格式

寄存器存储指令STR（3）允许将一个32位通用寄存器的值存储到内存。此种形式的STR指令常被用于访问堆栈数据。

（2）指令的语法格式

STR  <Rd>，[SP，＃<immed_8>*4]

① <Rd>

目的寄存器。

② SP

堆栈指针寄存器，用于计算内存访问的地址。

③ <immed_8>

8位立即数。该立即数的4倍将和堆栈指针寄存器SP的值相加，形成内存访问地址。

（3）指令操作的伪代码

address = SP + (immed_8 * 4)

if  address[1:0] = = 0b00

      Memory[address,4] = Rd

Else

      Memory[address,4] = UNPREDICTABLE

（4）对应的ARM指令

STR  <Rd>，[SP，＃<immed_8>*4]

 

11.5.14  字节存储指令STRB（1）

（1）编码格式

字节存储加载指令STRB（1）的编码格式如图11.55所示。

图11.55  STRB（1）指令的编码格式

STRB（1）字节数据存储指令用于将一个8位的字节数据写入到指令中指定的内存单元，该字节数据为指令中存放源操作数寄存器的低8位。常用于结构体的数据访问。域的基地址放在Rn寄存器中。

（2）指令的语法格式

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位立即数。用于与<Rn>寄存器中的数值相加，形成内存访问地址。

（3）指令操作的伪代码

address = Rn + immed_5

Memory[address,1] = Rd[7:0]

（4）对应的ARM指令

STRB  <Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>]

11.5.15  寄存器存储指令STRB（2）

（1）编码格式

寄存器存储指令STRB（2）的编码格式如图11.56所示。

图11.56  STRB（2）指令的编码格式

寄存器存储指令STRB（2）用于将一个8位的字节数据写入到指令中指定的内存单元。此种形式的LDRB指令常被用于访问数组中的元素。

（2）指令的语法格式

STRB  <Rd>，[<Rn>，<Rm>]

① <Rd>

目的寄存器。

② <Rn>

此寄存器存放内存访问基地址。

③ <Rm>

此寄存器存放内存访问偏移地址。

（3）指令操作的伪代码

address = Rn + Rm

Memory[address,1] = Rd[7:0]

（4）对应的ARM指令

STRB  <Rd>，[<Rn>，<Rm>]

 

11.5.16  半字存储指令STRH（1）

（1）编码格式

半字存储加载指令STRH（1）的编码格式如图11.57所示。

图11.57  STRH（1）指令的编码格式

STRH（1）半字数据存储指令用于将一个16位的半字数据写入到指令中指定的内存单元，该半字数据为指令中存放源操作数寄存器的低16位。常用于结构体的数据访问。域的基地址放在Rn寄存器中。

（2）指令的语法格式

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位立即数。该立即数的2倍与<Rn>寄存器中的数值相加，形成内存访问地址。

（3）指令操作的伪代码

address = Rn + (immed_5*2)

if  address[1:0] = = 0

      Memory[address,2] = Rd[15:0]

Else

      Memory[address,2] = UNPREDICTABLE

（4）对应的ARM指令

STRH  <Rd>，[<Rn>，＃<immed_5>*2]

11.5.17  寄存器存储指令STRH（2）

（1）编码格式

寄存器存储指令STRH（2）的编码格式如图11.58所示。

图11.58  STRH（2）指令的编码格式

寄存器存储指令STRH（2）用于将一个8位的半字数据写入到指令中指定的内存单元。此种形式的STRH指令常被用于访问数组中的元素。

（2）指令的语法格式

STRH  <Rd>，[<Rn>，<Rm>]

① <Rd>

目的寄存器。

② <Rn>

存放形成内存访问地址的第一个寄存器。

③ <Rm>

存放形成内存访问地址的第二个寄存器。

（3）指令操作的伪代码

address = Rn + Rm

if  address[1:0] = = 0

      Memory[address,2] = Rd[15:0]

Else

      Memory[address,2] = UNPREDICTABLE

（4）对应的ARM指令

STRH  <Rd>，[<Rn>，<Rm>]

 

11.5.18  数据传送指令举例

下面的例子程序综合使用了各种数据传送指令，通过该例可以对Thumb状态下数据传送指令有更深入的了解。

LDR  r4，[r2，＃4] ;将[r2+4]地址单元字数据加载到寄存器r4

LDR  r4，[r2，r1] ;将[r2+r4]地址单元字数据加载到寄存器r4

STR  r0，[r7，＃0x7c] ;将r0中的字数据存储到[r7+124]的内存地址单元中

STRB  r1，[r5，＃31] ;将r1的低8位数据存储到[r5+31]的内存地址单元中

STRH  r4，[r2，r3] ;将r4的低16位数据存储到[r2+r3]的内存地址单元中

LDRH  r3，[r6，r5] ;将[r6+r5]地址单元低16位数据加载到寄存器r3中

LDRB  r2，[r1，＃5] ;将[r1+5]地址单元低8位数据加载到寄存器r2中

LDR  r6，[PC，＃0xFC] ;将[PC+0x3FC]地址单元数据加载到寄存器r6中

LDR  r5，[SP，＃64] ;将[SP+64]地址单元数据加载到寄存器r5中

STR  r4，[SP，＃0x260] ;将寄存器r4中的数据存储到[SP+0x260]内存地址单元中