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

③LDR<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11.42LDR（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)

Ifaddress[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11.43LDR（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

Ifaddress[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11.44LDR（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。

②PC

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11.45LDR（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。

②SP

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)

Ifaddress[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11.46LDRB（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11.47LDRB（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11.48LDRH（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)

ifaddress[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11.49LDRH（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

ifaddress[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11.50LDRSB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11.51LDRSH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

ifaddress[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11.52STR（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)

ifaddress[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11.53STR（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

ifaddress[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11.54STR（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。

②SP

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)

ifaddress[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11.55STRB（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11.56STRB（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11.57STRH（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)

ifaddress[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11.58STRH（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

ifaddress[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。

LDRr4，[r2，＃4] ;将[r2+4]地址单元字数据加载到寄存器r4

LDRr4，[r2，r1] ;将[r2+r4]地址单元字数据加载到寄存器r4

STRr0，[r7，＃0x7c] ;将r0中的字数据存储到[r7+124]的内存地址单元中

STRBr1，[r5，＃31] ;将r1的低8位数据存储到[r5+31]的内存地址单元中

STRHr4，[r2，r3] ;将r4的低16位数据存储到[r2+r3]的内存地址单元中

LDRHr3，[r6，r5] ;将[r6+r5]地址单元低16位数据加载到寄存器r3中

LDRBr2，[r1，＃5] ;将[r1+5]地址单元低8位数据加载到寄存器r2中

LDRr6，[PC，＃0xFC] ;将[PC+0x3FC]地址单元数据加载到寄存器r6中

LDRr5，[SP，＃64] ;将[SP+64]地址单元数据加载到寄存器r5中

STRr4，[SP，＃0x260] ;将寄存器r4中的数据存储到[SP+0x260]内存地址单元中