关于ARM处理器中“8位位图”的理解分析

最新推荐文章于 2022-03-24 22:15:35 发布

嵌入式程序匠人

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分类专栏：嵌入式文章标签：汇编语言 c

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在 ARM 处理器的汇编语言中，对指令语法格式中的 <shifter_operand> 的常数表达式有这样的规定： “ 该常数必须对应 8 位位图，即常数是由一个 8 位的常数循环移位偶数位得到的。 ”

首先从 ARM 指令系统的语法格式说起。

一条 ARM 指令语法格式分为如下几个部分：

<opcode>{<cond>}{S} <Rd>,<Rn>{,<shifter_operand>}

其中， <> 内的项是必须的， {} 内的项是可选的，如 <opcode> 是指令助记符，是必须的，而 {<cond>} 为指令执行条件，是可选的，如果不写则使用默认条件 AL( 无条件执行 ) 。

Opcode 指令助记符，如 LDR ， STR 等

Cond 执行条件，如 EQ ， NE 等

S 是否影响 CPSR 寄存器的值，书写时影响 CPSR ，否则不影响

Rd 目标寄存器

Rn 第一个操作数的寄存器

shifter_operand 第二个操作数

其指令编码格式如下：

31-28	27-25	24-21	20	19-16	15-12	11-0 （ 12 位）
cond	001	opcode	S	Rn	Rd	shifter_operand

当第 2 个操作数的形式为：＃ immed_8r 常数表达式时 “ 该常数必须对应 8 位位图，即常数是由一个 8 位的常数循环移位偶数位得到的。 ”

其意思是这样：＃ immed_8r 在芯片处理时表示一个 32 位数，但是它是由一个 8 位数（比如： 01011010 ，即 0x5A ）通过循环移位偶数位得到（ 1000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0110 ，就是 0x5A 通过循环右移 2 位（偶数位）的到的）。

而 1010 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0110 ，就不符合这样的规定，编译时一定出错。因为你可能通过将 1011 0101 循环右移位得到它，但是不可能通过循环移位偶数位得到。

1011 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0110 ，也不符合这样的规定，很明显： 1 0110 1011 有 9 位。

为什么要有这样的规定？

那位大哥的理解是（小呆：这个的确是很有道理）：

要从指令编码格式来解释（这就是我为什么一开始讲的是指令编码格式），仔细看表格中的 shifter_operand 所占的位数： 12 位。要用一个 12 位的编码来表示任意的 32 位数是绝对不可能的（ 12 位数有 2^12 种可能，而 32 位数有 2^32 种）。

但是又要用 12 位的编码来表示 32 位数，怎么办？

只有在表示数的数量上做限制。通过编码来实现用 12 位的编码来表示 32 位数。

在 12 位的 shifter_operand 中： 8 位存数据， 4 位存移位的次数。

8 位存数据：解释了 “ 该常数必须对应 8 位位图 ” 。

4 位存移位的次数：解释了为什么只能移偶数位。 4 位只有 16 种可能值，而 32 位数可以循环移位 32 次（ 32 种可能），那就只好限制：只能移偶数位（两位两位地移，好像一个 16 位数在移位， 16 种移位可能）。这样就解决了能表示的情况是实际情况一半的矛盾。

所以对＃ immed_8r 常数表达式的限制是解决指令编码的第二个操作数位数不足以表示 32 位操作数的无奈之举，但在我看来：这个可以说是聪明的做法。因为如果直接用 12 位数来表示 32 位操作数，只能表示 0 到（ 2^12-1 ）。大于 (2^12-1) 的数就没办法表示了。而且细细想来 “8 位存数据， 4 位存移位的次数 ” ，应该是最好的组合了（我并未想过所有的组合，只是顺便试了几个）。

ARM 指令第二操作数 #immed_8r 详解

大多数 ARM 通用数据处理指令有一个灵活的第 2 操作数 (flexible second operand), 这里这解释一下其中的一种格式， #immed_8r 常量的表达式。常量必须对应于 8 位位图 (pattern) 。该位图在 32 位字中，被循环移位偶数位 (0,2,4,...28,30) 。合法常量 0xff,0xff000,0xf000000f 。非法常量： 0x101,0xff04

ARM 在 32 位模式下，一条指令长度为 32 位，在上述数据处理指令中，操作数 2 为 12 位。所以像 0x7f02 这样的数，要两条指令才能完成。

MOV R3, #0x7F00 ； E3 A0 3C 7F 该指令自己完成 0x7f 移位

ORR R1, R3, #2

所以直接是找不到 0x7f02 的

#immed_8r 那个看明白了，但是请问图片里的那个 8~11 位的循环移位数， 0000 是不移位； 0001 是移动 2 位； 0010 是移动 4 位； 0011 是移动 6 位这样子吗？那么 0x7F00 是 7F 左移 8 位指令中变成 4 7F 请问为什么老大你给出的是 C 7F 呢？