第3章 ARM指令集寻址方式

第3章ARM指令集寻址方式ARM指令寻址方式可分为四大类：数据处理指令寻址Load/Store指令的寻址批量Load/Store指令的寻址协处理指令寻址。内容提要3．1ARM指令的编码格式3．2数据处理指令寻址方式3．3Load/Store指令寻址3．4批量Load/Store指令寻址方式3．5协处理器指令寻址方式3．1ARM指令的编码格式一般编码格式指令条件码一般编码格式每条ARM指令占有4个字节，其指令长度为32位cond（bit[31:28]） 指令执行的条件码；type（bit[27:26]） 指令类型码cond（bit[31:28]） 指令执行的条件码；type（bit[27:26]） 指令类型码cond（bit[31:28]） 指令执行的条件码；type（bit[27:26]） 指令类型码cond（bit[31:28]） 指令执行的条件码；type（bit[27:26]） 指令类型码cond（bit[31:28]） 指令执行的条件码；type（bit[27:26]） 指令类型码cond（bit[31:28]） 指令执行的条件码；type（bit[27:26]） 指令类型码cond（bit[31:28]）

指令执行的条件码type（bit[27:26]） 指令类型码I（bit[25]）第二操作数类型标志码。数据处理指令中I=1表示第二操作数是立即数，I=0表示第二操作数是移位寄存器opcode（bit[24:21]） 指令操作码；

S （bit[20]） 决定指令的操作结果是否影响CPSR；

Rn

（bit[19:16]） 包含第一个操作数的寄存器编码；Rd（bit[15:12]） 目标寄存器编码；

Operand2（bit[11:0） 指令第二个操作数。Type描述00数据处理指令及杂类Load/Store指令01Load/Store指令

10批量Load/Store指令及分支指令

11协处理器指令与软中断指令指令条件码1111 NV 从不执行（不要使用） 条件码助记符后缀标志含义0000EQZ置位相等0001NEZ清零不相等0010CSC置位无符号数大于或等于0011CCC清零无符号数小于0100MIN置位负数0101PLN清零正数或零0110VSV置位溢出0111VCV清零未溢出1000HIC置位Z清零无符号数大于1001LSC清零Z置位无符号数小于或等于1010GEN等于V带符号数大于或等于1011LTN不等于V带符号数小于1100GTZ清零且（N等于V）带符号数大于1101LEZ置位或（N不等于V）带符号数小于或等于1110AL忽略无条件执行C代码：if(a>b)a++;elseb++;对应的汇编代码：CMP R0,R1;R0与R1比较ADDHIR0,R0,#1;若R0>R1，则R0=R0+1ADDLSR1,R1,#1;若R0≤R1，则R1=R1+1示例：条件码ARM汇编指令语法格式：<opcode>{<cond>}{S}<Rd>,<Rn>,<operand2>注：在上面的基本格式中，“<>”符号内的项是必需的，“{}”符号内的项是可选的。例如，<opcode>是指令助记符，这是必须书写的；而{<cond>}为指令执行条件，是可选项。若不书写，则使用默认条件AL(无条件执行)。3.2数据处理指令寻址方式数据处理指令第2操作数的构成方式具体寻址类型

数据处理指令第2操作数的构成方式立即数方式每个立即数由一个8位的常数进行32位循环右移偶数位得到，其中循环右移的位数由一个4位二进制的两倍表示。即：<immediate>=immed_8进行32位循环右移（2*rotate_4）位√可以由0x4A循环右移10位得到×2.请列举2个立即数？

思考与练习?1.以下8位立即数是否合法？0x0103C0000x128000000x4000003B（0xED循环右移2位）0x0016C000（0x5B循环右移18位）例题：SUBS R0,R0,#1;R0减1，结果放入R0，并且影响标志位MOV R0,#0xFF000;将立即数0xFF000装入R0寄存器注：立即数要以“#”号为前缀，16进制数值时以“0x”表示寄存器方式 操作数即为寄存器的数值 如： MOVR3,R2ADDR0,R1,R2寄存器移位方式 操作数为寄存器的数值做相应的移位而得到。在ARM指令中移位操作包括逻辑左移、逻辑右移、算术左移、算术右移、循环右移和带扩展的循环右移

例 MOV R0,R2,LSL#3

;R2的值左移3位，结

;果放入R0，;即是R0=R2×8 ANDS R1,R1,R2,LSLR3

;R2的值左移R3位，

;然后和R1相，“与”操作，结果放入R1具体寻址类型

1．第二操作数为立即数汇编语法格式：#<immediate>例：MOVR0,#0xFC02．第二操作数为寄存器汇编语法格式：<Rm>例：ADDR0,R1,R23．第二操作数为寄存器移位方式，且移位的位数为一个5位的立即数汇编语法格式：<Rm>,<shift>#<shift_imm>例：MOVR0,R0,LSL#nshift表示移位类型编码SH描述00LSL01LSR10ASR11ROR4．第二操作数为寄存器移位方式，且移位数值放在寄存器中汇编语法格式：<Rm>，<shift><Rs>例：

ANDSR1，R1，R2，LSLR3；R2的值左移R3位，与R1相“与”，结果放入R15．第二操作数为寄存器进行RRX移位得到汇编语法格式：<Rm>，RRX指令中operand2为寄存器Rm中的数值进行带扩展的循环右移一位，C位填补空位，C位用移出的位代替3.3Load/Store指令寻址Load/Store指令是对内存进行存储/加载数据操作的指令，根据访问的数据格式的不同，将这类指令的寻址分为字、无符号字节的Load/Store指令寻址和半字、有符号字节Load/Store指令寻址两大类。

ARM微处理器内部没有RAM，而ARM除了寄存器（即R0~R15）外没有别的存储单元；在以ARM为核的嵌入式系统中，所有的外围模块都和存储单元一样，是ARM微处理器的不同的地址单元。不管这些模块的功能如何（如输入/输出、定时器、存储器等），也不管这些模块的位置如何（如片内或片外），ARM微处理器都把它们看作是外部存储器。其操作过程和对存储器的操作是相同的。因此，在ARM微处理器的数据传送中，数据的源和数据的目标只有两种：一种是ARM的寄存器R0~R15；另一种就是外部存储器（它们可能是外围模块的寄存器、外部数据存储器或可访问的程序存储器等）。我们把数据从存储器到寄存器的传送叫加载，数据从寄存器到存储器的传送叫存储。存储器寄存器（R0-R15）ARM微处理器外围模块或芯片存储加载3.3.1地址计算方法

1．寄存器间接寻址

寄存器间接寻址就是以寄存器中的值作为操作数的地址，而操作数本身存放在存储器中。例如以下指令：

LDR R0，[R1] ；R0←[R1]

STR R0，[R1] ；[R1]←R0

0x55R0R20x400000000xAA0x40000000LDRR0,[R2]0xAA2.基址加变址寻址 前变址法：基地址寄存器中的值和地址偏移量先作加减运算，生成的操作数作为内存访问的地址。 后变址法：将基地址寄存器中的值直接作为内存访问的地址进行操作，内存访问完毕后基地址寄存器中的值和地址偏移量作加减运算，并更新基地址寄存器。前变址寻址：

LDR R2,[R3,#0x0C] ;读取R3+0x0C地址上的存储单元

;的内容，放入R2STR R1,[R0,#-4]! ;先R0=R0-4，然后把R0的值寄存

;到保存到R1指定的存储单元0x55R2R30x400000000xAA0x4000000CLDRR2,[R3,#0x0C]0xAA将R3+0x0C作为地址装载数据后变址寻址：

LDR R0,[R1],#4;R0=[R1]，R1＝R1＋4 LDRR0，[R1,R2];R0=[R1+R2]3.3.2字、无符号字节寻址汇编指令语法格式为：LDR{<cond>}{B}{T}<Rd>,<addressing_mode>STR{<cond>}{B}{T}<Rd>,<addressing_mode>1．Addressing_mode中的偏移量为立即数前变址不回写形式：[<Rn>，#+/-<immed_offset>]前变址回写形式： [<Rn>，#+/-<immed_offset>]！后变址回写形式： [<Rn>]，#+/-<immed_offset>偏移量为立即数的指令编码类型WP 汇编语法格式01 [<Rn>，#+/-<immed_offset>]10 [<Rn>]，#+/-<immed_offset>11 [<Rn>，#+/-<immed_offset>]！例：LDRR0,[R1,#4];R0[R1+4]LDRR0,[R1,#—4];R0[R1-4]LDRR0,[R1,#4]!;R0[R1+4]同时R1R1+4LDRR0,[R1],#4;R0[R1]同时R1R1+42．Addressing_mode中的偏移量为寄存器的值前变址不回写形式：[<Rn>，+/-<Rm>]前变址回写形式： [<Rn>，+/-<Rm>]！后变址回写形式： [<Rn>]，+/-<Rm>偏移量为寄存器的指令编码类型对应关系WP 汇编语法格式01 [<Rn>，+/-<Rm>]10 [<Rn>]，+/-<Rm>11 [<Rn>，+/-<Rm>]！例：LDRR0,[R1,R2];R0[R1+R2]LDRR0,[R1,#—R2];R0[R1-R2]LDRR0,[R1,R2]!;R0[R1+R2]同时R1R1+R2LDRR0,[R1],R2;R0[R1]同时R1R1+R23．Addressing_mode中的偏移量通过寄存器移位得到前变址不回写形式：[<Rn>，+/-<Rm>，<shift>#shift_amount]前变址回写形式： [<Rn>，+/-<Rm>，<shift>#shift_amount]！后变址回写形式：[<Rn>]，+/-<Rm>，<shift>#shift_amount偏移量为移位寄存器的指令编码类型对应关系WP 汇编语法格式01 [<Rn>，+/-<Rm>，<shift>#shift_amount]10 [<Rn>]，+/-<Rm>，<shift>#shift_amount11 [<Rn>，+/-<Rm>，<shift>#shift_amount]！例：LDRR0,[R1,R2,LSL#2];R0[R1+R2*4]LDRR0,[R1,R2,LSL#2]!;R0[R1+R2*4]同时R1R1+

；R2*4LDRR0,[R1],R2LSL#2;R0[R1]同时R1R1+R2*43.3.3半字、有符号字节寻址这类指令可用来加载有符号字节、加载有符号半字、加载/存储无符号半字。又称为杂类Load/Store指令Load/Store指令对半字、有符号字节操作指令编码格式如下：加载有符号字节到寄存器：LDR{<cond>}SB<Rd>,<addressing_mode>加载有符号半字到寄存器：LDR{<cond>}SH<Rd>,<addressing_mode>加载无符号半字到寄存器：LDR{<cond>}H<Rd>,<addressing_mode>存储无符号半字到内存： STR{<cond>}H<Rd>,<addressing_mode>1．Addressing_mode中的偏移量为立即数 前变址不回写形式：[<Rn>，#+/-<immed_offset8>]前变址回写形式：[<Rn>，#+/-<immed_offset8>]！后变址回写形式： [<Rn>]，#+/-<immed_offset8>偏移量为立即数的指令编码类型WP 汇编语法格式01 [<Rn>，#+/-<immed_offset8>]10 [<Rn>]，#+/-<immed_offset8>11 [<Rn>，#+/-<immed_offset8>]！例：LDRSBR0,[R1,#4];[R1+4]单元字节送R0,R0有符号扩展为32位LDRHR2,[R1,#-4]；[R1-4]单元半字送R2,R2的高16位清零STRHR0,[R1,#4]!;R0低16位送[R1+4],同时R1=R1+4LDRSHR0,[R1],#4;[R1]半字送R0且R0有符号扩展为32位，;R1=R1+42．Addressing_mode中的偏移量为寄存器的值 前变址不回写形式： [<Rn>，+/-<Rm>]前变址回写形式： [<Rn>，+/-<Rm>]！后变址回写形式：

[<Rn>]，+/-<Rm>偏移量为寄存器值的指令编码类型对应关系WP 汇编语法格式01 [<Rn>，+/-<Rm>]10 [<Rn>]，+/-<Rm>11 [<Rn>，+/-<Rm>]！例：LDRSBR0,[R1,R5];[R1+R5]单元字节送R0,R0有符号扩展为32位LDRHR2,[R1,-R5]；[R1-R5]单元半字送R2,R2的高16位清零STRHR0,[R1,R5]!;R0低16位送[R1+R5],同时R1=R1+R5LDRSHR0,[R1],R5;[R1]半字送R0且R0有符号扩展为32位，;R1=R1+R53.4批量Load/Store指令寻址方式ARM指令系统提供了批量Load/Store指令寻址方式，即通常所说的多寄存器寻址，也就是一次可以传送几个寄存器的值，允许一条指令最多传送16个寄存器。编码格式批量加载：LDM{<cond>}<addr_mode><Rn>{!},<register>{^}批量存储：STM{<cond>}<addr_mode><Rn>{!},<register>{^}register_list表示要加载或存储的寄存器列表，bit[15:0]可以表示16个寄存器，如果某位为1，则该位的位置作为寄存器的编号，此寄存器参预加载或存储。S用于恢复CPSR和强制用户位。当程序计数器PC包含在LDM指令的register_list中，且S为1时，则当前模式的SPSR被拷贝到CPSR中，使处理器的程序返回和状态的恢复成为一个原子操作。如果register_list中不包含程序计数器PC，S为1则加载或存储的是用户模式下的寄存器组。注意事项：*指令中寄存器和连续内存地址单元的对应关系：编号低的寄存器对应内存低地址单元，编号高的寄存器对应内存高地址单元。内存操作

后增IA(IncrementAfter)：每次数据传送后地址加4；先增IB(IncrementBefore)：每次数据传送前地址加4；后减DA(DecrementAfter)：每次数据传送后地址减4；先减DB(DecrementBefore)：每次数据传送前地址减4；

它们与指令编码中P、U的对应关如下表所示LDM/STM的地址变化方式addr_mode P U D A 0 0I A 0 1D B 1 0 I B 1 1堆栈操作堆栈是一种数据结构，按先进后出（FirstInLastOut，FILO）的方式工作，使用一个称作堆栈指针的专用寄存器指示当前的操作位置，堆栈指针总是指向栈顶。当堆栈指针指向最后压入堆栈的数据时，称为满堆栈（FullStack）;而当堆栈指针指向下一个将要放入数据的空位置时，称为空堆栈（EmptyStack）。同时，根据堆栈的生成方式，又可以分为递增堆栈（AscendingStack）和递减堆栈（DecendingStack），当堆栈由低地址向高地址生成时，称为递增堆栈，当堆栈由高地址向低地址生成时，称为递减堆栈。栈顶SP

栈顶SP

栈底空堆栈栈底满堆栈0x123456780x12345678栈顶SP

0x12345678栈顶SP

压栈压栈四种类型的堆栈工作方式ARM微处理器支持这四种类型的堆栈工作方式，即：满递增方式FA（FullAscending）：堆栈指针指向最后入栈的数据位置，且由低地址向高地址生成。满递减方式FD（FullDecending）：堆栈指针指向最后入栈的数据位置，且由高地址向低地址生成。空递增方式EA（EmptyAscending）：堆栈指针指向下一个入栈数据的空位置，且由低地址向高地址生成。空递减方式ED（EmptyDecending）：堆栈指针指向下一个入栈数据的空位置，且由高地址向低地址生成。堆栈寻址指令举例：STMFDSP!，{R1-R7，LR}；将R1～R7、LR入栈。满递减堆栈LDMFDSP!，{R1-R7，LR}；数据出栈，放人R1～R7、LR寄存器。满递减堆栈块拷贝与栈操作的对应关系

例：LDMIAR0,{R5-R8}功能：将内存[R0]~[R15]以字为单位读取到R5~R8中，低地址对应低编号寄存器3.5协处理器指令寻址方式协处理器加载/存储指令的寻址方式

协处理器数据处理指令的寻址方式<opcode>{<cond>}{L}<coproc>，<CRd>，<addressing_mode>其中：opcode为指令操作码；coproc为协处理器名称；addressing_mode为指令寻址模式。1.内存地址索引格式前变址不回写形式： [<Rn>，#+/-<imm_offset8>*4]前变址回写形式： [<Rn>，#+/-<imm_offset8>*4]！后变址回写形式： [<Rn>]，#+/-<imm_offset8>*4cond为执行条件Cp_num为协处理器的编号P=1:前变址=0：后变址U=1:内存地址address为基址寄存器Rn值加上地址偏移量

=0：内存地址address为基址寄存器Rn值减去地址偏移量W=1:基地址寄存器回写=0:基地址寄存器不回写L=1：Load操作

=0：Store操作N：依赖于具体的协处理器，一般表示传输数据的大小CRd作为目标寄存器的协处理器寄存器（1） [<Rn>，#+/-<imm_offset8>*4]第一个内存地址编号为基地址寄存器Rn值加上/减去imm_offset8*4

,后续每一个地址是前一个内存地址加4，直到协处理器发出信号，结束本次数据传输为止。操作伪代码:Ifconditionpassed

（cond）thenIfU==1

adress=Rn+imm_offset8*4Else

adress=Rn-imm_offset8*4

start_address=addre