ARM LDR/STR, LDM/STM 指令


這里比較下容易混淆的四條指令,已經在這4條指令的混淆上花費了很多精力,現在做個小結,LDRSTRLDMSTM這四條指令,

關於LDMSTM的說明,見另外一個說明文件,說明了這兩個文件用於棧操作時的注意事項。

1LDRL表示LOADLOAD的含義應該理解為:Load from memory into register。下面這條語句就說明的很清楚:

LDR   R1,     [R2] ; R1<——[R2]

就是把R2所指向的存儲單元的內容的值(一個memory地址內的值),讀取到R1中(一個register) 

2STRS表示STORESTORE的含義應該理解為:Store from a register into memory。下面這條語句表示的很清楚:

STR    R1,     [R2] ; R1——>[R2]

就是把寄存器R1中的內容“保存”到R2所指向的存儲的單元中(一個memory地址)。

顯然,這兩條語句都有個特點,就是寄存器寫在前面(左邊)而內存地址寫在后面(右邊),數據傳送的方向則是恰好相反的。 

下面對LDM和STM介紹,使用sp來介紹,因為實際使用中,和sp一起使用更多。 

3LDML的含義仍然是LOAD,即是Load from memory into register

雖然貌似是LDR的升級,但是,千萬要注意,這個指令運行的方向和LDR是不一樣的,是從左到右運行的。

該指令是將內存中堆棧內的數據,批量的賦值給寄存器,即是出棧操作;

其中堆棧指針一般對應於SP,注意SP是寄存器R13,實際用到的卻是R13中的內存地址,只是該指令沒有寫為[R13]

同時,LDM指令中寄存器和內存地址的位置相對於前面兩條指令改變了,下面的例子:

LDMFD     SP! ,   {R0, R1, R2} ; 實際上可以理解為:    LDMFD     [SP]!,    {R0, R1, R2}

意思為:把sp指向的3個連續地址段(應該是3*4=12字節(因為為r0,r1,r2都是32位))中的數據拷貝到r0,r1,r2這3個寄存器中去

如果這個地方還不懂的話,可以參看我文章開頭提到的鏈接,里面有詳細的圖解) 

4STMS的含義仍然是STORE,與LDM是配對使用的,其指令格式上也相似,即區別於STR,是將堆棧指針寫在左邊,而把寄存器組寫在右邊。

   STMFD      SP!,   {R0} ; 同樣的,該指令也可理解為:  STMFD      [SP]!,   {R0}

意思是:把R0保存到堆棧(sp指向的地址)中。 

顯然,這兩個堆棧操作指令也有個特點,就是寄存器組寫在后面(右邊)而堆棧指針寫在前面(左邊),

而且實際上使用的是堆棧指針中的內存地址,這一點與前面兩條指令是有區別的。

(補充:sp后面的!,作用是指命令執行完后,對應的地址值賦給sp,對於例程的SDM,是說最后sp的值應該是sp+3*4=sp+12)

這四條指令中,前面兩條和后面兩條其實聯系不多,反而是差別很大,因此,可以直接把這兩組指令區分開來,認為它們之間沒有聯系,這樣避免誤解。

STM和LDM的主要用途是現場保護、數據復制、參數傳遞等,其模式有8種,如下:

注:前面4種用於數據塊的傳輸,后面4種用於堆棧操作

(1)IA  每次傳送后地址加4 -- Inc After

(2)IB  每次傳送前地址加4 -- Inc Before

(3)DA  每次傳送后地址減4 -- Dec After

(4)DB  每次傳送前地址減4 -- Dec Before

(5)FD  滿遞減堆棧

(6)FA  滿遞增堆棧

(7)ED  空遞減堆棧

(8)EA  空遞增堆棧

下面的講述對於空遞減堆棧和空遞增堆棧同樣適用.

在堆棧操作時,經常錯誤以為使用STMFD滿遞減將寄存器壓入堆棧后,在彈出數據的時候應該使用LDMFA。

但是FD和FA僅用於指示目前操作的堆棧是何種模式(堆棧共有四種模式),FD指明目前的堆棧是滿遞減堆棧,

則數據入棧時的指令為STMFD,那么數據出棧時的指令對應的為LDMFD,而不是LDMFA。

我們可以這樣認為STMFD等價於STMDB,LDMFD等價於STMIA

那么,數據傳輸的順序和數據入棧的順序又是如何呢

先來看STMFD SP!,{R1-R3}  執行的結果圖(操作之后SP指向SP')

                 SP------->
                           |R3|
                           |R2|
                 SP'------>|R1|

 

那么STMFD SP!,{R3,R2,R1}執行后的堆棧順序是不是剛好和上面的堆棧順序相反,實際情況時這兩個指令執行后的堆棧數據順序一樣,

因為ARM編譯器會自動將STMFD SP!,{R3,R2,R1}轉換為STMFD SP!,{R0-R3}指令,也就是說,ARM編譯器默認高寄存器優先存入堆棧。

即便你在指令STMFD SP!,{R3,R2,R1}中刻意“安排”了寄存器入棧順序,而在編譯時編譯器又重新做了處理,打亂了你期望的數據入棧順序。

同理STMDB R0!,{R1-R3}和STMDB R0!,{R3,R2,R1}指令執行后數據在堆棧中的順序完全一致。

STMFD SP!,{R1-R3}指令對應的出棧指令是LDMFD SP!,{R1-R3}(R1,R2,R3的順序任意)

 


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