數(shù)據(jù)傳送指令之：多寄存器Load/Store內(nèi)存訪問(wèn)指令

5.4 多寄存器Load/Store內(nèi)存訪問(wèn)指令

多寄存器Load/Store內(nèi)存訪問(wèn)指令也叫批量加載/存儲(chǔ)指令，它可以實(shí)現(xiàn)在一組寄存器和一塊連續(xù)的內(nèi)存單元之間傳送數(shù)據(jù)。LDM用于加載多個(gè)寄存器，STM用于存儲(chǔ)多個(gè)寄存器。多寄存器Load/Store內(nèi)存訪問(wèn)指令允許一條指令傳送16個(gè)寄存器的任何子集或所有寄存器。

多寄存器Load/Store內(nèi)存訪問(wèn)指令主要用于現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)、數(shù)據(jù)復(fù)制和參數(shù)傳遞等。

注意

多寄存器Load/Store內(nèi)存訪問(wèn)指令會(huì)增加中斷延時(shí)，因?yàn)锳RM通常不會(huì)打斷正在執(zhí)行的指令去響應(yīng)中斷，而必須等到指令執(zhí)行完。也就是說(shuō)，如果一個(gè)中斷在多寄存器Load/Store內(nèi)存訪問(wèn)指令執(zhí)行期間產(chǎn)生，那么處理器在多寄存器Load/Store內(nèi)存訪問(wèn)指令執(zhí)行完后才對(duì)中斷響應(yīng)。

表5.2總結(jié)了多寄存器Load/Store內(nèi)存訪問(wèn)指令

表5.2 多寄存器Load/Store內(nèi)存訪問(wèn)指令

指 令

作 用

操 作

LDM

裝載多個(gè)寄存器

{Rd}*^N←mem32[start address+4*N]

STM

保存多個(gè)寄存器

{Rd}*^N→mem32[start address+4*N]

5.4.1 多寄存器內(nèi)存字?jǐn)?shù)據(jù)傳送指令1．LDM（1）指令

（1）指令編碼格式

LDM（1）指令將數(shù)據(jù)從連續(xù)的內(nèi)存單元中讀取到指令中指定的寄存器列表中的各寄存器中。

當(dāng)PC包含在LDM指令的寄存器列表中時(shí)，指令從內(nèi)存中讀取的字?jǐn)?shù)據(jù)將被作為目標(biāo)地址值，指令執(zhí)行后程序?qū)哪繕?biāo)地址處開(kāi)始執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)了指令的跳轉(zhuǎn)。

指令的編碼格式如圖5.15所示。

圖5.15 LDM（1）指令編碼格式

（2）指令的語(yǔ)法格式

LDM{<cond>}<addressing_mode> <Rn>{!}, <registers>

① <cond>

為指令編碼中的條件域。它指示LDM（1）指令在什么條件下執(zhí)行。當(dāng)<cond>忽略時(shí)，指令為無(wú)條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））。

② <address_mode>

指令的尋址方式。確定編碼格式中的P、U和W位。

③ <Rn>

確定尋址模式所使用的基址寄存器。

如果r15作為指令的基址寄存器，指令的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。

④ ！

設(shè)置指令編碼格式中的W位。它使指令執(zhí)行后將操作數(shù)的內(nèi)存地址寫入基址寄存器<Rn>中；如果！被忽略，W位為0，指令執(zhí)行完后，不修改基址寄存器的值。

注意

如果基址寄存器包含在指令列表中，當(dāng)指令執(zhí)行完后，基址寄存器的值是新加載進(jìn)的特定內(nèi)存地址的值。也就是說(shuō)，即使指令沒(méi)有出現(xiàn)在指令列表中，基址寄存器的值也可能被修改。

⑤ <registers>

被加載的寄存器列表。不同的寄存器之間用“，”隔開(kāi)。完整的寄存器列表包含在“{}”中。編號(hào)低的寄存器對(duì)應(yīng)于內(nèi)存中低地址單元，編號(hào)高的寄存器對(duì)應(yīng)于內(nèi)存中高地址單元。

注意

無(wú)論寄存器在寄存器列表“{}”中如何排列，都將遵循上述規(guī)則。

寄存器r0～r15分別對(duì)應(yīng)于指令編碼中bit[0]～bit[15]位。如果Ri存在于寄存器列表中，則相應(yīng)的位等于1，否則為0。

（3）指令操作的偽代碼

指令操作偽代碼如下面程序段所示。

If ConditionPass{cond} then

Address=start_address

For i=0 to 14

If register_list[i]==1 then

Ri=Memory[address,4]

Address=address+4

If register_list[15]==1 then

Value = Memory[address,4]

If(architecture version 5 or above) then

Pc= value AND 0xfffffffe

T bit=value[0]

Else

Pc= value AND 0xfffffffc

Address=address+4

Assert end_address=address+4

2．STM（1）指令

（1）指令編碼格式

STM（1）指令將指令中寄存器列表中的各寄存器數(shù)值寫入到連續(xù)的內(nèi)存單元中。主要用于塊數(shù)據(jù)的寫入、數(shù)據(jù)棧操作以及進(jìn)入子程序時(shí)保存相關(guān)寄存器的操作。

指令編碼格式如圖5.16所示。

圖5.16 STM（1）指令編碼格式

（2）指令的語(yǔ)法格式

STM{<cond>}<addressing_mode> <Rn>{!}, <registers>

① <cond>

為指令編碼中的條件域。它指示STM（1）指令在什么條件下執(zhí)行。當(dāng)<cond>忽略時(shí)，指令為無(wú)條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））。

② <address_mode>

指令的尋址方式。確定編碼格式中的P、U和W位。

③ <Rn>

確定尋址模式所使用的基址寄存器。

如果r15作為指令的基址寄存器，指令的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。

④ ！

設(shè)置指令編碼格式中的W位。它使指令執(zhí)行后將操作數(shù)的內(nèi)存地址寫入基址寄存器<Rn>中；如果！被忽略，W位為0，指令執(zhí)行完后，不修改基址寄存器的值。

⑤ <registers>

被加載的寄存器列表。不同的寄存器之間用“，”隔開(kāi)。完整的寄存器列表包含在“{}”中。編號(hào)低的寄存器對(duì)應(yīng)于內(nèi)存中低地址單元，編號(hào)高的寄存器對(duì)應(yīng)于內(nèi)存中高地址單元。

寄存器r0～r15分別對(duì)應(yīng)于指令編碼中bit[0]～bit[15]位。如果Ri存在于寄存器列表中，則相應(yīng)的位等于1，否則為0。

（3）指令操作的偽代碼

指令操作偽代碼如下面程序段所示。

If ConditionPassed{cond} then

Address=Start_address

For i=0 to 15

If register_list[i]==1

Memory[address,4]=Ri

Address=address+4

Assert end_address==address-4

5.4.2 用戶模式多寄存器內(nèi)存字?jǐn)?shù)據(jù)傳送指令1．LDM（2）指令

（1）指令編碼格式

LDM（2）指令將數(shù)據(jù)從連續(xù)的內(nèi)存單元中讀取到指令中指定的寄存器列表中的各寄存器中。

注意

與LDM（1）指令不同，PC不能包含在寄存器列表中。

指令的編碼格式如圖5.17所示。

圖5.17 LDM（2）指令編碼格式

（2）指令的語(yǔ)法格式

LDM{<cond>}<addressing_mode> <Rn>, <registers_without_pc>ˆˆ

① <cond>

為指令編碼中的條件域。它指示LDM（2）指令在什么條件下執(zhí)行。當(dāng)<cond>忽略時(shí)，指令為無(wú)條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））。

② <address_mode>

指令的尋址方式。確定編碼格式中的P位和U位。此指令中W位指定為0。

③ <Rn>

確定尋址模式所使用的基址寄存器。

如果r15作為指令的基址寄存器，指令的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。

④ <registers_without_pc>ˆ

被加載的寄存器列表。不同的寄存器之間用“，”隔開(kāi)。完整的寄存器列表包含在“{}”中。此寄存器列表中不能包含PC寄存器。

如果PC包含在寄存器列表中，指令的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。

其他細(xì)節(jié)可參考LDM（1）指令。

（3）指令操作的偽代碼

指令操作偽代碼如下面程序段所示。

If ConditionPassed{cond} then

Address=start_address

For i=0 to 14

If register_list[i]==1

Ri_usr=Memory[address,4]

Address=address+4

Assert end_address == address-4

2．STM（2）指令

（1）指令編碼格式

STM（2）指令將指令中寄存器列表中的各寄存器數(shù)值寫入到連續(xù)的內(nèi)存單元中。主要用于塊數(shù)據(jù)的寫入、數(shù)據(jù)棧操作以及進(jìn)入子程序時(shí)保存相關(guān)寄存器等操作。

指令編碼格式如圖5.18所示。

圖5.18 STM（2）指令編碼格式

（2）指令的語(yǔ)法格式

STM{<cond>}<addressing_mode> <Rn>, <registers >ˆ

① <cond>

為指令編碼中的條件域。它指示LDM（2）指令在什么條件下執(zhí)行。當(dāng)<cond>忽略時(shí)，指令為無(wú)條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））。

② <address_mode>

指令的尋址方式。確定編碼格式中的P位和U位。此指令中W位指定為0。

③ <Rn>

確定尋址模式所使用的基址寄存器。

如果r15作為指令的基址寄存器，指令的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。

④ <registers >ˆ

寄存器列表。只能使用用戶模式下的寄存器。

（3）指令操作的偽代碼

指令操作偽代碼如下面程序段所示。

If ConditionPassed{cond} then

Address=start_address

For i=0 to 15

If register_list[i] == 1

Memory[address,4]=Ri_usr

Address = address +4

Assert end_address == address-4

5.4.3 帶狀態(tài)寄存器的多寄存器內(nèi)存字?jǐn)?shù)據(jù)裝載指令（LDM（3））

（1）指令編碼格式

LDM（3）指令將數(shù)據(jù)從連續(xù)的內(nèi)存單元中讀取數(shù)據(jù)到寄存器列表中的各寄存器中。它同時(shí)將當(dāng)前處理器模式對(duì)應(yīng)的SPSR寄存器的內(nèi)容復(fù)制到CPSR寄存器中。

當(dāng)PC包含在LDM指令的寄存器列表中時(shí)，指令從內(nèi)存中讀取的數(shù)據(jù)將被作為目標(biāo)地址值，指令執(zhí)行后程序?qū)哪繕?biāo)地址處開(kāi)始執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)了指令的跳轉(zhuǎn)。

在ARM v5及以上的版本和T系列的ARM v4版本中，SPSR寄存器的T位將復(fù)制到CPSR寄存器的T位，該位決定目標(biāo)地址處的程序狀態(tài)。在以前的版本中程序繼續(xù)執(zhí)行在ARM狀態(tài)。

指令的編碼格式如圖5.19所示。

圖5.19 LDM（3）指令編碼格式

（2）指令的語(yǔ)法格式

LDM{<cond>}<addressing_mode> <Rn>{!}, <registers_and_pc>ˆ

① <cond>

為指令編碼中的條件域。它指示LDM（1）指令在什么條件下執(zhí)行。當(dāng)<cond>忽略時(shí)，指令為無(wú)條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））。

② <address_mode>

指令的尋址方式。確定編碼格式中的P、U和W位。

③ <Rn>

確定尋址模式所使用的基址寄存器。

如果r15作為指令的基址寄存器，指令的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。

④ ！

設(shè)置指令編碼格式中的W位。它使指令執(zhí)行后將操作數(shù)的內(nèi)存地址寫入基址寄存器<Rn>中；如果！被忽略，W位為0，指令執(zhí)行完后，不修改基址寄存器的值。

注意

如果基址寄存器包含在指令列表中，當(dāng)指令執(zhí)行完后，基址寄存器的值是新加載進(jìn)的特定內(nèi)存地址的值。也就是說(shuō)，即使指令沒(méi)有出現(xiàn)在指令列表中，基址寄存器的值也可能被修改。

⑤ <registers_and_pc>ˆ

寄存器列表。

注意

在本格式的指令中寄存器列表中必須包含PC寄存器。

被加載的寄存器列表。不同的寄存器之間用“，”隔開(kāi)。完整的寄存器列表包含在“{}”中。編號(hào)低的寄存器對(duì)應(yīng)于內(nèi)存中的低地址單元，編號(hào)高的寄存器對(duì)應(yīng)于內(nèi)存中的高地址單元。

寄存器r0～r15分別對(duì)應(yīng)于指令編碼中bit[0]～bit[15]位。如果Ri存在于寄存器列表中，則相應(yīng)的位等于1，否則為0。

該指令執(zhí)行時(shí)將當(dāng)前處理器模式下的SPSR值復(fù)制到CPSR中。指令的其他參數(shù)可參見(jiàn)LDM（1）指令格式。

（3）指令操作的偽代碼

指令操作偽代碼如下面程序段所示。

If ConditionPass{<cond>} then

Address=start_address

For i=0 to 14

If register_list[i]==1 then

Ri=Memory[address,4]

Address=address+4

CPSR=SPSR

Value=memory[address,4]

If {architecture version 4T, 5 or above} and {T bit ==1} then

Else

Pc=value AND oxfffffffc

Address=address + 4

Assert end_address=address-4

5.4.4 數(shù)據(jù)傳送指令應(yīng)用

LDM/STM批量加載/存儲(chǔ)指令可以實(shí)現(xiàn)在一組寄存器和一塊連續(xù)的內(nèi)存單元之間傳輸數(shù)據(jù)。LDM為加載多個(gè)寄存器，STM為存儲(chǔ)多個(gè)寄存器。允許一條指令傳送16個(gè)寄存器的任何子集或所有寄存器。指令格式如下：

LDM{cond}<模式> Rn{!}，regist{ˆ}

STM{cond}<模式> Rn{!}，regist{ˆ}

LDM/STM的主要用途有現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)、數(shù)據(jù)復(fù)制和參數(shù)傳遞等。其模式有8種，如下所示。

前面4種用于數(shù)據(jù)塊的傳輸，后面4種是堆棧操作。

（1）IA：每次傳送后地址加4。

（2）IB：每次傳送前地址加4。

（3）DA：每次傳送后地址減4。

（4）DB：每次傳送前地址減4。

（5）FD：滿遞減堆棧。

（6）ED：空遞增堆棧。

（7）FA：滿遞增堆棧。

（8）EA：空遞增堆棧。

其中，寄存器Rn為基址寄存器，裝有傳送數(shù)據(jù)的初始地址，Rn不允許為R15；后綴“！”表示最后的地址寫回到Rn中；寄存器列表reglist可包含多于一個(gè)寄存器或寄存器范圍，使用“，”分開(kāi)，如{R1，R2，R6～R9}，寄存器排列由小到大排列；“ˆ”后綴不允許在用戶模式下，只能在系統(tǒng)模式下使用。若在LDM指令用寄存器列表中包含有PC時(shí)使用，那么除了正常的多寄存器傳送外，將SPSR拷貝到CPSR中，這可用于異常處理返回；使用“ˆ”后綴進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送且寄存器列表不包含PC時(shí)，加載/存儲(chǔ)的是用戶模式寄存器，而不是當(dāng)前模式寄存器。

注意

地址對(duì)齊問(wèn)題，在這些指令中，忽略地址位[1:0]。

批量加載/存儲(chǔ)指令舉例如下。

LDMIA r0！，{r3~r9} ;加載r0指向的地址上的多字?jǐn)?shù)據(jù)，保存到r3～r9中，r0值更新

STMIA r1！，{r3～r9} ;將r3～r9的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到r1指向的地址上，r1值更新

STMFD SP!，{r0～r7，LR} ;現(xiàn)場(chǎng)保存，將r0～r7、LR入棧

LDMFD SP!，{r0～r7，PC}ˆ ;恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，異常處理返回

在進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)制時(shí)，先設(shè)置好源數(shù)據(jù)指針，然后使用塊拷貝尋址指令LDMIA/STMIA、LDMIB/STMIB、LDMDA/STMDA、LDMDB/STMDB進(jìn)行讀取和存儲(chǔ)。而進(jìn)行堆棧操作時(shí)，則要先設(shè)置堆棧指針，一般使用SP然后使用堆棧尋址指令STMFD/LDMFD、STMED/LDMED、STMEA/LDMEA實(shí)現(xiàn)堆棧操作。

多寄存器傳送指令如例5.3所示。其中r1為指令執(zhí)行前的基址寄存器，r1’則為指令執(zhí)行后的基址寄存器。

【例5.3】多寄存器傳送指令示意。

（1）STMIA r1，{r5～r7}

（2）STMIB r1!，{r5～r7}

（3）STMDA r1!，{r5～r7}

（4）STMDB r1!，{r5～r7}

數(shù)據(jù)是存儲(chǔ)在基址寄存器的地址之上還是之下，地址是存儲(chǔ)第一個(gè)值之前還是之后、增加還是減少，如表5.3所示。

表5.3 多寄存器Load/Store內(nèi)存訪問(wèn)指令映射

向 上 生 長(zhǎng)

向 下 生 長(zhǎng)

滿

空

滿

空

增加

之前

STMIB

LDMIB

STMFA

LDMED

之后

STMIA

LDMIA

STMEA

LDMFD

增加

之前

LDMDB

STMDB

LDMEA

STMFD

之后

LDMDA

STMDA

LDMFA

STMED

【例5.4】使用LDM/STM進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)制。

LDR r0，=SrcData ;設(shè)置源數(shù)據(jù)地址

LDR r1，=DstData ;設(shè)置目標(biāo)地址

LDMIA r0，{r2～r9} ;加載8字?jǐn)?shù)據(jù)到寄存器r2～r9

STMIA r1，{r2～r9} ;存儲(chǔ)寄存器r2～r9到目標(biāo)地址

【例5.5】使用LDM/STM進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)寄存器保護(hù)，常在子程序或異常處理使用。

SENDBYTE

STMFD SP!，{r0～r7，LR} ;寄存器壓棧保護(hù)

…….

BL DELAY ;調(diào)用DELAY子程序

…….

LDMFD SP!，{r0～r7，PC} ;恢復(fù)寄存器，并返回