数据传送指令之：单寄存器的Load/Store指令
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Load/Store内存访问指令在ARM寄存器和存储器之间传送数据。ARM指令中有3种基本的数据传送指令。
① 单寄存器Load/Store指令（Single Register）
这些指令在ARM寄存器和存储器之间提供更灵活的单数据项传送方式。数据项可以是字节、16位半字或32位字。
② 多寄存器Load/Store内存访问指令
这些指令的灵活性比单寄存器传送指令差，但可以使大量的数据更有效地传送。它们用于进程的进入和退出、保存和恢复工作寄存器以及拷贝存储器中的一块数据。
③ 单寄存器交换指令（Single Register Swap）
这些指令允许寄存器和存储器中的数值进行交换，在一条指令中有效地完成Load/Store操作。它们在用户级编程中很少用到。它的主要用途是在多处理器系统中实现信号量（Semaphores）的操作，以保证不会同时访问公用的数据结构。
5.3.1 字数据传送指令这种指令用于把单一的数据传入或者传出一个寄存器。支持的数据类型有字节（8位）、半字（16位）和字（32位）。
表5.1总结了所有单寄存器的Load/Store指令。
表5.1 单寄存器Load/Store指令
指 令
作 用
操 作
LDR
把一个字装入一个寄存器
Rd←mem32[address]
STR
将存储器中的字保存到寄存器
Rd→mem32[address]
LDRB
把一个字节装入一个寄存器
Rd←mem8[address]
STRB
将寄存器中的低8位字节保存到存储器
Rd→mem8[address]
LDRH
把一个半字装入一个寄存器
Rd←mem16[address]
STRH
将寄存器中的低16位半字保存到存储器
Rd→mem16[address]
LDRBT
用户模式下将一个字节装入寄存器
Rd←mem8[address] under user mode
STRBT
用户模式下将寄存器中的低8位字节保存到存储器
Rd→mem8[address] under user mode
LDRT
用户模式下把一个字装入一个寄存器
Rd←mem32[address]under user mode
STRT
用户模式下将存储器中的字保存到寄存器
Rd→mem32[address] ]under user mode
LDRSB
把一个有符号字节装入一个寄存器
Rd←sign{mem8[address]}
LDRSH
把一个有符号半字装入一个寄存器
Rd←sign{mem16[address]}
1．LDR指令（1）指令编码格式
LDR指令用于从内存中将一个32位的字读取到目标寄存器。
指令的编码格式如图5.3所示。
图5.3 LDR指令编码格式
LDR指令根据<addr_mode>所确定的地址模式将一个32位字读取到指令中的目标寄存器<Rd>。如果指令中的寻址方式确定的地址不是字对齐的，则读出的数值要进行循环右移。所移位数为寻址方式确定的地址bits[1∶0]8的倍，也就是说处理器将取到的数值作为字的最低位处理。
如果设置了L位，则进行装载，否则进行存储。
如果设置了P位，则使用预先变址寻址，否则使用过后变址寻址。
如果设置了U位，则给出的偏移量被加到基址寄存器上，否则从中减去偏移量。
如果设置了B位，传送内存的一个字节，否则传送一个字。这在助记符末尾添加后缀“B”，如MOV r7，r5变为MOVB r7，r5。
W位的解释依赖于使用的地址模式。
· 对于预先变址寻址，设置W位强制把它用做地址转换的最终地址写回基址寄存器中（例如，传送的副作用是Rn:= Rn +/-offset。这在汇编器中表示为给指令加上后缀“!”。)。
· 对于过后变址寻址，地址总是写回，设置 W 位指示在进行传送之前强制地址转换。这在汇编器中表示为给指令加上后缀“T”。
当PC作为LDR的目的寄存器<Rd>时，从存储器取得的数据将被当作目标地址值，程序将跳转到目标地址开始执行。
（2）指令的语法格式
LDR{<cond>} <Rd>，<addr_mode>
① <cond>
为指令编码中的条件域。它指示LDR指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时，指令为无条件执行（cond=AL（Alway））。
② <Rd>
确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
③ <addr_mode>
它确定了指令编码中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的寻址模式中，都会确定一个基址寄存器Rn。
（3）指令操作的伪代码
指令操作的伪代码如下面程序段所示。
If ConditionPassed{cond} then
If address[1:0] == 0b00 then
Value = Memory[address,4]
Else if address[1:0] == 0b01 then
Value = Memory[address,4] Rotate_Right 8
Else if address[1:0] == 0b10 then
Value = Memory[address,4] Rotate_Right 16
Eles /* address[1:0] == 0b11*/
Value = Memory[address,4] Rotate_Right 24
If (Rd is R15) then
If (architecture version 5 or above) then
PC = value AND 0xfffffffe
T Bit = value[0]
Else
PC = value AND 0xfffffffc
Else
Rd = value
（4）指令举例
LDR r1，[r0，#0x12] ;将r0+12地址处的数据读出，保存到r1中（r0的值不变）
LDR r1，[r0] ;将r0地址处的数据读出，保存到r1中（零偏移）
LDR r1，[r0，r2] ;将r0+r2地址的数据读出，保存到r1中（r0的值不变）
LDR r1，[r0，r2，LSL #2] ;将r0+r2×4地址处的数据读出，保存到r1中（r0，r2的值不变）
LDR Rd，label ;label为程序标号，label必须是当前指令的±4KB范围内
LDR Rd，[Rn]，＃0x04 ;Rn的值用作传输数据的存储地址。在数据传送后，将偏移量0x04与
Rn相加，结果写回到Rn中。Rn不允许是r15
注意
地址对齐问题：大多数情况下，必须保证用于32位传送的地址是32位对齐的。
2．STR指令（1）指令编码格式
STR指令用于将一个32位的字数据写入到指令中指定的内存单元。
指令的编码格式如图5.4所示。
图5.4 STR指令编码格式
（2）指令的语法格式
STR{<cond>} <Rd>，<addr_mode>
① <cond>
为指令编码中的条件域。它指示STR指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时，指令为无条件执行（cond=AL（Alway））。
② <Rd>
确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
③ <addr_mode>
它确定了指令编码中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的寻址模式中，都会确定一个基址寄存器Rn。
（3）指令操作的伪代码
指令操作的伪代码如下面程序段所示。
If ConditionPassed{cond} then
Memory[address，4]=Rd
（4）指令举例
LDR/STR指令用于对内存变量的访问、内存缓冲区数据的访问、查表、外围部件的控制操作等等，若使用LDR指令加载数据到PC寄存器，则实现程序跳转功能，这样也就实现了程序散转。
① 变量访问
NumCount EQU 0x40003000 ;定义变量NumCount
LDR R0，=NumCount ;使用LDR伪指令装载NumCount的地址到R0
LDR R1，[R0] ;取出变量值
ADD R1，R1，＃1 ;NumCount=NumCount+1
STR R1，[R0] ;保存变量
② GPIO设置
GPIO—BASE EQU 0xe0028000 ;定义GPIO寄存器的基地址
……
LDR R0,=GPIO—BASE
LDR R1,=0x00ffff00 ;将设置值放入寄存器
STR R1,[R0,#0x0C] ;IODIR=0x00ffff00，IOSET的地址为0xE0028004
③ 程序散转
…
MOV r2,r2,LSL #2 ;功能号乘以4，以便查表
LDR PC,[PC,r2] ;查表取得对应功能子程序地址，并跳转
NOP
FUN—TAB DCD FUN—SUB0
DCD FUN—SUB1
DCD FUN—SUB2
…
5.3.2 字节数据传送指令（LDRB/STRB）1．LDRB指令（1）指令编码格式
LDRB指令根据<addr_mode>所确定的地址模式将一个8位字节读取到指令中的目标寄存器<Rd>。
指令的编码格式如图5.5所示。
图5.5 LDRB指令编码格式
注意
LDRB指令加载一个内存地址的8位字节到一个通用寄存器中。寄存器的高位数据补0。
（2）指令的语法格式
LDR{<cond>}B <Rd>，<addr_mode>
① <cond>
为指令编码中的条件域。它指示LDRB指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时，指令为无条件执行（cond=AL（Alway））。
② <Rd>
确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
③ <addr_mode>
它确定了指令编码中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的寻址模式中，都会确定一个基址寄存器Rn。
（3）指令操作的伪代码
if ConditionPassed{cond} then
Rd = Memory[address,1]
注意
当PC作为位基地址出现在指令中时，指令中将会使用PC相关地址，使用这种方法可以编写自己的位置无关（position-independ）指令。
2．STRB指令（1）指令编码格式
STRB指令从寄存器中取出指定的8位字节放入寄存器的低8位，并将寄存器的高位补0。
指令的编码格式如图5.6所示。
图5.6 STRB指令编码格式
（2）指令的语法格式
STR{<cond>}B <Rd>，<addr_mode>
① <cond>
为指令编码中的条件域。它指示STRB指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时，指令为无条件执行（cond=AL（Alway））。
② <Rd>
确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
注意
当PC作为目标寄存器<Rd>出现在指令中时，指令的执行结果不可预知。
③ <addr_mode>
它确定了指令编码中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的寻址模式中，都会确定一个基址寄存器Rn。
（3）指令操作的伪代码
if ConditionPassed{cond} then
Memory[address,1] = Rd[7:0]
5.3.3 半字数据传送指令（LDRH/STRH）1．LDRH指令（1）指令编码格式
LDRH指令用于从内存中将一个16位的半字读取到目标寄存器。
如果指令的内存地址不是半字节对齐的，指令的执行结果不可预知。
指令的编码格式如图5.7所示。
图5.7 LDRH指令的编码格式
（2）指令的语法格式
LDR{<cond>}H <Rd>，<addr_mode>
① <cond>
为指令编码中的条件域。它指示LDRH指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时，指令为无条件执行（cond=AL（Alway））。
② <Rd>
确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
注意
如果PC作为目标寄存器，指令的执行结果不可预知。
③ <addr_mode>
它确定了指令编码中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的寻址模式中，都会确定一个基址寄存器Rn。
（3）指令操作的伪代码
if ConditionPassed{cond} then
if address[0]==0
data=Memory[address,2]
else /*address[0]==1*/
data=unpredictable
Rd=data
注意
在包含系统控制协处理器的芯片应用中，如果定义了地址对齐检测，当bit[0]!=0时，将发生地址对齐异常。
2．STRH指令（1）指令编码格式
STRH指令从寄存器中取出指定的16位半字放入寄存器的低16位，并将寄存器的高位补0。
指令的编码格式如图5.8所示。
图5.8 STRH指令的编码格式
（2）指令的语法格式
STR{<cond>}H <Rd>，<addr_mode>
① <cond>
指令编码中的条件域。它指示STRH指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时，指令为无条件执行（cond=AL（Alway））。
② <Rd>
确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
注意
如果PC作为目标寄存器，指令的执行结果不可预知。
③ <addr_mode>
它确定了指令编码中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的寻址模式中，都会确定一个基址寄存器Rn。
（3）指令操作的伪代码
if ConditionPassed{cond} then
if address[0]==0
data=Rd[15:0]
else /*address[0]==1*/
data=unpredictable
Memory[address,2]=data
5.3.4 用户模式字数据传送指令（LDRT/STRT）1．LDRT指令（1）指令编码格式
LDRT指令用于从内存中将一个32位的字读取到目标寄存器。
指令的编码格式如图5.9所示。
LDRT指令根据<addr_mode>所确定的地址模式将一个32位字读取到指令中的目标寄存器<Rd>。如果指令中的寻址方式确定的地址不是字对齐的，则读出的数值要进行循环右移。所移位数为寻址方式确定的地址bits[1∶0]的8倍。也就是说处理器将取到的数值作为字的最低位处理。
图5.9 LDRT指令编码格式
当处理器在特权模式下使用此指令时，内存系统将该操作当作一般用户模式下得内存访问指令。
注意
指令的编码格式中，P位指定位“0”，也就是说LDRT指令的寻址方式为固定寻址方式，即后索引编码寻址（post_indexed_addressing_mode）。
（2）指令的语法格式
LDR{<cond>}T <Rd>，<post_indexed_addressing_mode>
① <cond>
为指令编码中的条件域。它指示LDRT指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时，指令为无条件执行（cond=AL（Alway））。
② <Rd>
确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
③ <post_indexex_address_mode>
使用后索引地址模式寻址。
注意
后索引地址模式中P=0并且W=0（即bit[21]=0、bit[24]=0）。但此指令P=0并且W=1（即bit[21]=1、bit[24]=0）。但实际的寻址操作是一样的。
（3）指令操作的伪代码
指令操作的伪代码如下面程序段所示。
If ConditionPassed{cond} then
If address[1:0]==0b00
Rd=Memory[address,4]
Else if address[1:0]==0b01
Rd=Memory[address,4] Rotate_Right 8
Else if address[1:0]==0b10
Rd=Memory[address,4] Rotate_Right 16
Else address[1:0]==0b11
Rd=Memory[address,4] Rotate_Right 24
2．STRT指令（1）指令编码格式
STRT指令用于将一个32位的字数据写入到指令中指定的内存单元。
当处理器在特权模式下执行此指令时，内存系统将该操作当作一般用户模式下的内存访问操作。
指令的编码格式如图5.10所示。
图5.10 STR指令编码格式
（2）指令的语法格式
STR{<cond>}T <Rd>，<post_indexed_addressing_mode>
① <cond>
为指令编码中的条件域。它指示STRT指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时，指令为无条件执行（cond=AL（Alway））。
② <Rd>
确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
③ <post_indexed_address_mode>
使用后索引地址模式寻址，参见LDRT指令。
（3）指令操作的伪代码
指令操作的伪代码如下面程序段所示。
If ConditionPassed{cond} then
Memory[address,4]=Rd
5.3.5 用户模式字节数据传送指令（LDRBT/STRBT）1．LDRBT指令（1）指令编码格式
LDRBT指令根据<post_indexed_addressing_mode>地址模式将一个8位字节读取到指令中的目标寄存器<Rd>。
当处理器在特权模式下执行此指令时，内存系统将该操作当作一般用户模式下的内存访问操作。
指令的编码格式如图5.11所示。
图5.11 LDRBT指令编码格式
注意
LDRBT指令加载一个内存地址的8位字节到一个通用寄存器中。寄存器的高位数据补0。
（2）指令的语法格式
LDR{<cond>}BT <Rd>，<post_indexed_addressing_mode>
① <cond>
为指令编码中的条件域。它指示LDRBT指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时，指令为无条件执行（cond=AL（Alway））
。
② <Rd>
确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
③ <post_indexed_addressing_mode>
使用后索引地址模式寻址，参见LDRT指令。
（3）指令操作的伪代码
指令操作的伪代码如下面程序段所示。
If ConditionPassed{cond} then
Rd=Memory[address,1]
2．STRBT指令（1）指令编码格式
STRBT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。
当处理器在特权模式下执行此指令时，内存系统将该操作当作一般用户模式下的内存访问操作。
指令的编码格式如图5.12所示。
图5.12 STRBT指令编码格式
（2）指令的语法格式
STR{<cond>}BT <Rd>，<addr_mode>
① <cond>
为指令编码中的条件域。它指示LDRBT指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时，指令为无条件执行（cond=AL（Alway））。
② <Rd>
确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
③ <post_indexed_addressing_mode>
使用后索引地址模式寻址，参见LDRT指令。
（3）指令操作的伪代码
指令操作的伪代码如下面程序段所示。
If ConditionPassed{cond} then
Memory[address，1]=Rd[7:0]
5.3.6 有符号的字节/半字数据传送指令（LDRBT/STRBT）1．LDRSB指令（1）指令编码格式
LDRSB指令根据<addr_mode>所确定的地址模式将一个8位字节读取到指令中的目标寄存器<Rd>。
注意
LDRSB与LDRB指令的不同之处在于它将寄存器的高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）。
指令的编码格式如图5.13所示。
图5.13 LDRSB指令编码格式
（2）指令的语法格式
LDR{<cond>}SB <Rd>，<addr_mode>
① <cond>
为指令编码中的条件域。它指示LDRSB指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时，指令为无条件执行（cond=AL（Alway））。
② <Rd>
确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
③ <addr_mode>
它确定了指令编码中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的寻址模式中，都会确定一个基址寄存器Rn。
（3）指令操作的伪代码
If ConditionPassed{cond} then
data=Memory[address,1]
Rd=SignExtend{data}
2．LDRSH指令（1）指令编码格式
LDRSH指令根据<addr_mode>所确定的地址模式将一个16位半字读取到指令中的目标寄存器<Rd>。
注意
LDRSH与LDRH指令的不同之处在于它将寄存器的高16位设置成该字节数据的符号位的值（即将该16位字节数据进行符号位扩展，生成32位字数据）。
指令的编码格式如图5.14所示。
图5.14 LDRSH指令编码格式
（2）指令的语法格式
LDR{<cond>}SH <Rd>，<addr_mode>
① <cond>
为指令编码中的条件域。它指示LDRSH指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时，指令为无条件执行（cond=AL（Alway））。
② <Rd>
确定使用哪个通用寄存器作为目标寄存器。
③ <addr_mode>
它确定了指令编码中的I、P、U、W、Rn和<addr_mode>位。所有的寻址模式中，都会确定一个基址寄存器Rn。
（3）指令操作的伪代码
If ConditionPassed{cond} then
if address[0]==0
data=Memory[address,2]
else /*address[0] ==1*/
data=UNPREDICTABLE
Rd=SignExtend{data}
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