Thumb指令集之： 多寄存器数据传送指令

Thumb指令集的多寄存器Load/Store指令是ARM指令集的多寄存器Load/Store指令的简化形式。同ARM指令一样，Thumb多寄存器数据传送指令可以用于过程调用与返回以及存储器块拷贝。但为了编码的紧凑性，这两种用法由分开的指令实现，并且这些指令也只使用单一的寻址方式。在其他方面，这些指令的性质与等价的ARM指令相同。

Thumb多寄存器数据传送指令的基本语法格式分为以下两种，一种用于实现块拷贝，另一种用于实现堆栈操作。

①<opcode1><Rn>!，<registers>

<opcode1>：=LDMIA|STMIA

②PUSH{<registers>}

POP{<registers>}

下面详细介绍多寄存器数据传送指令的语法格式及用法。

（1）编码格式

多寄存器加载指令LDMIA的编码格式如图11.59所示。

多寄存器数据装载指令LDMIA（LoadMultipleIncrementAfter）装载连续的内存单元到多个通用寄存器。

图11.59LDMIA指令的编码格式

（2）指令的语法格式

LDMIA<Rn>！，<registers>

①<Rn>

基址寄存器。指定被装载的内存单元基地址。

②！

采用回写（writeback）的寻址方式。Thumb指令集中多寄存器数据传送指令采用固定的后增量IA（IncrementAfter）寻址方式，并且采用寄存器回写方式。

③<registers>

被加载的寄存器列表。不同的寄存器之间用“，”隔开。完整的寄存器列表包含在“{}”中。编号低的寄存器对应于内存中低地址单元，编号高的寄存器对应于内存中高地址单元。寄存器r0～r7分别对应于指令编码中bit[0]～bit[7]位。如果Ri存在于寄存器列表中，则相应的bit[i]指1，否则为0。

注意

如果基址寄存器Rn出现在寄存器列表<registers>中，则Rn的值为对于的内存单元数据，而非地址回写值。

（3）指令操作的伪代码

Start_address=Rn

End_address=Rn+(Number_of_Set_Bits_In(register_list)*4)–4

Address=start_address

Fori=0to7

Ifregister_list[i]==1

Ri=Memory[address,4]

Address=address+4

Assertend_address==address–4

Rn=Rn+(Number_of_Set_Bits_In(register_list)*4)

（4）对应的ARM指令

①如果基址寄存器在寄存器列表<registers>中，对应的ARM指令为：

LDMIA<Rn>！，<registers>。

②如果基址寄存器不存在于寄存器列表<registers>中，对应的ARM指令为：

LDMIA<Rn>，<registers>

（1）编码格式

多寄存器数据存储指令STMIA的编码格式如图11.60所示。

图11.60STMIA指令的编码格式

多寄存器数据存储指令STMIA（StoreMultipleIncrementAfter）存储多个通用寄存器的内容到连续的内存单元。

（2）指令的语法格式

STMIA<Rn>！，<registers>

①<Rn>

基址寄存器。指定用于存储的内存单元基地址。

②！

采用回写（writeback）的寻址方式。Thumb指令集中多寄存器数据传送指令采用固定的后增量IA（IncrementAfter）寻址方式，并且采用寄存器回写方式。

③<registers>

被存储的寄存器列表。不同的寄存器之间用“，”隔开。完整的寄存器列表包含在“{}”中。编号低的寄存器对应于内存中低地址单元，编号高的寄存器对应于内存中高地址单元。寄存器r0～r7分别对应于指令编码中bit[0]～bit[7]位。如果Ri存在于寄存器列表中，则相应的bit[i]置1，否则为0。如果寄存器列表为空，即指令的编码格式中bit[7：0]=0，则指令的执行结果不可预知。

注意

当基址寄存器Rn出现在寄存器列表<registers>中时，只能是列表中序号最低的寄存器，否则指令的执行结果不可预知。

（3）指令操作的伪代码

Start_address=Rn

End_address=Rn+(Number_of_Set_Bits_In(register_list)*4)–4

Address=start_address

Fori=0to7

Ifregister_list[i]==1

Memory[address,4]=Ri

Address=address+4

Assertend_address==address–4

Rn=Rn+(Number_of_Set_Bits_In(register_list)*4)

（4）对应的ARM指令

STMIA<Rn>!，<registers>

（1）编码格式

多寄存器压栈指令PUSH的编码格式如图11.61所示。

图11.61PUSH指令的编码格式

多寄存器数据压栈指令PUSH（PushMultipleRegisters）将r0～r7和LR中的一个或多个寄存器内容加载到数据堆栈中。

（2）指令的语法格式

PUSH<registers>

<registers>

被存储的寄存器列表。不同的寄存器之间用“，”隔开。完整的寄存器列表包含在“{}”中。寄存器r0～r7分别对应于指令编码中bit[0]～bit[7]位；返回连接寄存器LR对应于bit[8]。如果ri存在于寄存器列表中，则相应的bit[i]置1，否则为0。如果寄存器列表为空，即bit[8：0]=0，则指令的执行结果不可预知。

注意

该指令的基址寄存器为堆栈寄存器SP。该基址寄存器为PUSH指令默认寄存器，不必在指令中指定。

（3）指令操作的伪代码

Start_address=SP–Number_of_Set_Bits_In(register_list)*4

End_address=SP–4

Address=start_address

Fori=0to7

Ifregister_list[i]==1

Memory[address,4]=Ri

Address=address+4

IfR==1

Memory[address,4]=LR

Address=address+4

Assertend_address==address–4

SP=SP-(Number_of_Set_Bits_In(register_list)+R)*4

（4）对应的ARM指令

STMDBSP!，<registers>

（1）编码格式

多寄存器出栈指令POP的编码格式如图11.62所示。

多寄存器数据出栈指令POP（PopMultipleRegisters）将堆栈中的内容恢复到r0～r7和PC寄存器中（r0～r7和PC的子集或全集）。

图11.62POS指令的编码格式

（2）指令的语法格式

POP<registers>

①<registers>

被存储的寄存器列表。不同的寄存器之间用“，”隔开。完整的寄存器列表包含在“{}”中。寄存器r0～r7分别对应于指令编码中bit[0]～bit[7]位；程序计数器PC对应于bit[8]。如果ri存在于寄存器列表中，则相应的bit[i]置1，否则为0。如果寄存器列表为空，即bit[8∶0]=0，则指令的执行结果不可预知。

注意

如果程序计数器PC存在于寄存器列表中，将产生程序的分支跳转，但程序状态寄存器CPSR不会改变。

（3）指令操作的伪代码

Start_address=SP

End_address=SP+4*(R+Number_of_Set_Bits_In(register_list))

Address=start_address

Fori=0to7

Ifregister_list[i]==1then

Ri=Memory[address,4]

Address=address+4

IfR==1then

value=Memory[address,4]

PC=valueAND0xfffffffe

If(architectureversion5orabove)then

TBit=Value[0]

Address=address+4

Assertend_address=address

SP=end_address

（4）对应的ARM指令

LDMIASP！，<registers>

下面的例子程序综合使用了多寄存器数据传送指令，通过该例可以对Thumb状态下多寄存器数据传送指令有更深入的了解。

LDMIAr7！，{r0－r3，r5} ;从r7为基地址的内存单元中加载5个连续字单元到r0～r3

;和r5，并回写r7，使r7=r7+20

STMIAr0！，{r3，r4，r5} ;将r3、r4和r5寄存器的内容存储到以r0为基地址的内存单

;元中，并回写r0的值，使r0=r0+12

Function

PUSH{r0-r7，LR} ;将寄存器r0～r7和程序返回寄存器LR的内容压栈

…

… ;程序体

POP{r0-r7，PC} ;保存的寄存器内容出栈，子程序返回