ARM指令集之数据处理指令寻址方式

所谓的寻址方式，是指当一个指令中的操作数涉及内存访问时，那么指令已什么样的方式来确定内存的地址。

ARM的寻址方式分好几类，这篇笔记记录了数据处理类指令的寻址方式。

数据处理指令

常见的数据处理指令如下表所示，它们支持相同的寻址方式。

助记符	说明	实现逻辑
MOV	数据传送	Rd = Rn(Rn可能需要运算)
MVN	数据取反传送	Rd = ~Rn(Rn可能需要运算）
ADD	加	Rd = Rn + op2
ADC	带进位加	Rd = Rn + op2 + C
AND	逻辑加	Rd = Rn && op2
EOR	逻辑异或	Rd = Rn ^ op2
SUB	减	Rd = Rn - op2
SBC	带进位的减	Rd = Rn - op2 + C - 1
RSB	反转减	Rd = op2 - Rn
RSC	带进位的反转减	Rd = op2 - Rn + C - 1
TST	测试	Rn && op2的结果更新标志位
TEQ	测试相等	Rn ^ op2的结果更新标志位
CMP	比较	Rn - op2的结果更新标志位
CMN	符数比较	Rn + op2的结果更新标志位
ORR	逻辑或	Rd = Rn || op2
BIC	位清零	Rd = Rn && ~(op2)

寻址方式

ARM为数据处理指令支持11种寻址方式。

	语法	说明
1	#<immediate>	立即数寻址
2	<Rm>	寄存器寻址
3	<Rm>, LSL #<shift_imm>	寄存器逻辑左移立即数个位
4	<Rm>, LSL <Rs>	寄存器逻辑左移寄存器个位
5	<Rm>, LSR #<shift_imm>	寄存器逻辑右移立即数个位
6	<Rm>, LSR <Rs>	寄存器逻辑右移寄存器个位
7	<Rm>, ASR #<shift_imm>	寄存器算数右移立即数个位
8	<Rm>, ASR <Rs>	寄存器算数右移寄存器个位
9	<Rm>, ROR #<shift_imm>	寄存器循环右移立即数个位
10	<Rm>, ROR <Rs>	寄存器循环右移寄存器个位
11	<Rm>, RRX	寄存器扩展循环右移

1. 逻辑移位指的是移位后，空余位用0补齐；
2. 算数移位指的是移位后，空余位用原Rm[31]的值补齐；
3. 循环移位不涉及补齐；

注：尽量避免用R15来用作上述寻址方式，因为流水线技术的原因，R15的值是当前指令的地址加8（3级流水线），这种变化不利于程序编写，此外某些情况下并不能使用R15。

1. 立即数寻址

立即数寻址时，每个立即数由一个8位的常数循环右移偶数位得到，其中循环右移的位数是由一个4bit数字*2表示。所以，并不是每一个32位的立即数都能通过这种方式指定，只有通过这种方式能够构造得到的立即数才是合法的。

立即数寻址的伪代码如下：

语法：#<immediate>

shifter_operand = immed_8 Rotate_Right (rotate_imm * 2)
if rotate_imm == 0 then
	shifter_carry_out = C flag
else
	shifter_carry_out = shifter_operand[31]

心得：首先，个人理解没有必要去研究到底一个立即数是否合法，编码时可以直接让汇编器帮忙检查；并且如果无法表示该立即数，我们可以通过ldr伪指令来将任意一个立即数传送到寄存器中，然后使用寄存器寻址方式来代替立即数寻址。

2. 寄存器寻址

语法： <Rm>

shifter_operand = Rm
shifter_carry_out = C flag

3. 寄存器逻辑左移立即数寻址

语法：<Rm>, LSL #<shift_imm>

if shift_imm == 0 then
	shifter_operand = Rm
	shifter_carray_out = C flag
else
	shifter_operand = Rm Logical_Shift_Left shift_imm
	shifter_carry_out = Rm[32 - shift_imm]

4. 寄存器逻辑左移寄存器寻址

语法：Rm>, LSL <Rs>

if Rs[7:0] == 0 then
	shifter_operand = Rm
	shifter_carray_out = C flag
elif Rs[7:0] < 32 then
	shifter_operand = Rm Logical_Shift_Left Rs[7:0]
	shifter_carry_out = Rm[32 - Rs[7:0]]
elif Rs[7:0] == 32 then
	shifter_operand = 0
	shifter_carry_out = Rm[0]
else
	shifter_operand = 0
	shifter_carry_out = 0

5. 寄存器逻辑右移立即数寻址

语法：<Rm>, LSR #<shift_imm>

if shift_imm == 0 then
	shifter_operand = 0
	shifter_carray_out = Rm[31]
else
	shifter_operand = Rm Logical_Shift_Right shift_imm
	shifter_carry_out = Rm[shift_imm - 1]

6. 寄存器逻辑右移寄存器寻址

语法：<Rm>, LSR <Rs>

if Rs[7:0] == 0 then
	shifter_operand = Rm
	shifter_carray_out = C flag
elif Rs[7:0] < 32 then
	shifter_operand = Rm Logical_Shift_Right Rs[7:0]
	shifter_carry_out = Rm[Rs[7:0] - 1]
elif Rs[7:0] == 32 then
	shifter_operand = 0
	shifter_carry_out = Rm[31]
else
	shifter_operand = 0
	shifter_carry_out = 0

7. 寄存器算数右移立即数寻址

语法：Rm>, ASR #<shift_imm>

if shift_imm == 0 then
	shifter_carray_out = Rm[31]
	if Rm[31] == 0 then
		shifter_operand = 0
	else
		shifter_operand = 0xFFFF_FFFF
else
	shifter_operand = Rm Arithmetic_Shift_Right shift_imm
	shifter_carry_out = Rm[shift_imm - 1]

8. 寄存器算数右移寄存器寻址

语法：<Rm>, ASR <Rs>

if Rs[7:0] == 0 then
	shifter_operand = Rm
	shifter_carray_out = C flag
elif Rs[7:0] < 32 then
	shifter_operand = Rm Arithmetic_Shift_Right Rs[7:0]
	shifter_carry_out = Rm[Rs[7:0] - 1]
elif Rs[7:0] == 32 then
	shifter_operand = 0
	shifter_carry_out = Rm[31]
else
	shifter_carry_out = Rm[31]
	if Rm[31] == 0 then
		shifter_operand = 0
	else
		shifter_operand = 0xFFFF_FFFF

9. 寄存器循环右移立即数寻址

语法：<Rm>, ROR #<shift_imm>

if shift_imm == 0 then
	见“”介绍
else
	shifter_operand = Rm Rotate_Right shift_imm
	shifter_carry_out = Rm[shift_imm - 1]

10. 寄存器循环右移寄存器寻址

语法：<Rm>, ROR <Rs>

if Rs[7:0] == 0 then
	shifter_operand = Rm
	shifter_carray_out = C flag
elif Rs[4:0] < 32 then
	shifter_operand = Rm
	shifter_carray_out = Rm[31]
else
	shifter_operand = Rm Rotate_Right Rs[4:0]
	shifter_carry_out = Rm[Rs[4:0]- 1]

11. 寄存器扩展循环右移寻址

语法：<Rm>, RRX

shifter_operand = (C Flag Logical_Shift_Left 31) || (Rm Logical_Shift_Right 1)
shifter_carry_out = Rm[0]