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

2013/09/13
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5.4? 多寄存器Load/Store內(nèi)存訪問指令

多寄存器Load/Store內(nèi)存訪問指令也叫批量加載/存儲指令，它可以實現(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用于加載多個寄存器，STM用于存儲多個寄存器。多寄存器Load/Store內(nèi)存訪問指令允許一條指令傳送16個寄存器的任何子集或所有寄存器。

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

注意

多寄存器Load/Store內(nèi)存訪問指令會增加中斷延時，因為ARM通常不會打斷正在執(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，如果一個中斷在多寄存器Load/Store內(nèi)存訪問指令執(zhí)行期間產(chǎn)生，那么處理器在多寄存器Load/Store內(nèi)存訪問指令執(zhí)行完后才對中斷響應(yīng)。

表5.2總結(jié)了多寄存器Load/Store內(nèi)存訪問指令

表5.2???? 多寄存器Load/Store內(nèi)存訪問指令

指??? 令

作??? 用

操??? 作

LDM

裝載多個寄存器

{Rd}*N←mem32[start address+4*N]

STM

保存多個寄存器

{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，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)地址處開始執(zhí)行，從而實現(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，指令為無條件執(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的特定內(nèi)存地址的值。也就是說，即使指令沒有出現(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。完整的寄存器列表包含在“{}”中。編號低的寄存器對應(yīng)于內(nèi)存中低地址單元，編號高的寄存器對應(yīng)于內(nèi)存中高地址單元。

注意

無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)棧操作以及進入子程序時保存相關(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，指令為無條件執(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。完整的寄存器列表包含在“{}”中。編號低的寄存器對應(yīng)于內(nèi)存中低地址單元，編號高的寄存器對應(yīng)于內(nèi)存中高地址單元。

寄存器r0～r15分別對應(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）指令的語法格式

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

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，指令為無條件執(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>?

被加載的寄存器列表。不同的寄存器之間用“，”隔開。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)棧操作以及進入子程序時保存相關(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）指令的語法格式

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

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，指令為無條件執(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 >?

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。它同時將當(dāng)前處理器模式對應(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，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)地址處開始執(zhí)行，從而實現(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）指令的語法格式

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

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，指令為無條件執(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的特定內(nèi)存地址的值。也就是說，即使指令沒有出現(xiàn)在指令列表中，基址寄存器的值也可能被修改。

⑤ <registers_and_pc>?

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。完整的寄存器列表包含在“{}”中。編號低的寄存器對應(yīng)于內(nèi)存中的低地址單元，編號高的寄存器對應(yīng)于內(nèi)存中的高地址單元。

寄存器r0～r15分別對應(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/存儲指令可以實現(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為加載多個寄存器，STM為存儲多個寄存器。允許一條指令傳送16個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{?}

STM{cond}<模式>? Rn{!}，regist{?}

LDM/STM的主要用途有現(xiàn)場保護、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可包含多于一個寄存器或寄存器范圍，使用“，”分開，如{R1，R2，R6～R9}，寄存器排列由小到大排列；“?”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“?”后綴進行數(shù)據(jù)傳送且寄存器列表不包含PC時，加載/存儲的是用戶模式寄存器，而不是當(dāng)前模式寄存器。

注意

地址對齊問題，在這些指令中，忽略地址位[1:0]。

批量加載/存儲指令舉例如下。

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)存儲到r1指向的地址上，r1值更新

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

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

在進行數(shù)據(jù)復(fù)制時，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進行讀取和存儲。而進行堆棧操作時，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)是存儲在基址寄存器的地址之上還是之下，地址是存儲第一個值之前還是之后、增加還是減少，如表5.3所示。

表5.3 多寄存器Load/Store內(nèi)存訪問指令映射

向 上 生 長

向 下 生 長

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}??????? ;存儲寄存器r2～r9到目標(biāo)地址

【例5.5】使用LDM/STM進行現(xiàn)場寄存器保護，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

?? …….

????? BL??????? DELAY????????????????? ;調(diào)用DELAY子程序

?? …….

????? LDMFD???? SP!，{r0～r7，PC}??????? ;恢復(fù)寄存器，并返回

Arm

Arm

ARM公司是一家知識產(chǎn)權(quán)（IP）供應(yīng)商，主要為國際上其他的電子公司提供高性能RISC處理器、外設(shè)和系統(tǒng)芯片技術(shù)授權(quán)。目前，ARM公司的處理器內(nèi)核已經(jīng)成為便攜通訊、手持計算設(shè)備、多媒體數(shù)字消費品等方案的RISC標(biāo)準(zhǔn)。公司1990年11月由Acorn、Apple和VLSI合并而成。

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