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>]

② <opcode2> <Rd>，[<Rn>，<Rm>]

③ LDR <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11.42 LDR（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)

If address[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11.43 LDR（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

If address[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11.44 LDR（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。

② PC

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11.45 LDR（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。

② SP

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)

If address[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11.46 LDRB（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11.47 LDRB（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11.48 LDRH（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)

if address[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11.49 LDRH（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

if address[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11.50 LDRSB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11.51 LDRSH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

if address[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11.52 STR（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)

if address[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11.53 STR（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

if address[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11.54 STR（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。

② SP

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)

if address[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11.55 STRB（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11.56 STRB（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11.57 STRH（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)

if address[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11.58 STRH（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

if address[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。

LDR r4，[r2，＃4] ;将[r2+4]地址单元字数据加载到寄存器r4

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

11.5.1 寄存器装载指令LDR（1）

11.5.2 寄存器装载指令LDR（2）

11.5.3 寄存器装载指令LDR（3）

11.5.4 寄存器装载指令LDR（4）

11.5.5 字节加载指令LDRB（1）

11.5.6 字节加载指令LDRB（2）

11.5.7 半字加载指令LDRH（1）

11.5.8 半字数据加载指令LDRH（2）

11.5.9 有符号字节数据加载指令LDRSB

11.5.10 有符号半字数据加载指令LDRSH

11.5.11 寄存器存储指令STR（1）

11.5.12 寄存器存储指令STR（2）

11.5.13 寄存器存储指令STR（3）

11.5.14 字节存储指令STRB（1）

11.5.15 寄存器存储指令STRB（2）

11.5.16 半字存储指令STRH（1）

11.5.17 寄存器存储指令STRH（2）

11.5.18 数据传送指令举例

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11.5.1 寄存器装载指令LDR（1）

11.5.2 寄存器装载指令LDR（2）

11.5.3 寄存器装载指令LDR（3）

11.5.4 寄存器装载指令LDR（4）

11.5.5 字节加载指令LDRB（1）

11.5.6 字节加载指令LDRB（2）

11.5.7 半字加载指令LDRH（1）

11.5.8 半字数据加载指令LDRH（2）

11.5.9 有符号字节数据加载指令LDRSB

11.5.10 有符号半字数据加载指令LDRSH

11.5.11 寄存器存储指令STR（1）

11.5.12 寄存器存储指令STR（2）

11.5.13 寄存器存储指令STR（3）

11.5.14 字节存储指令STRB（1）

11.5.15 寄存器存储指令STRB（2）

11.5.16 半字存储指令STRH（1）

11.5.17 寄存器存储指令STRH（2）

11.5.18 数据传送指令举例

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