ARM汇编编程基础之六 —— 其它寻址模式与其它指令
现在我们已经掌握了所有知识，可以编写简单的ARM汇编程序，但如果要编写较为复杂的ARM程序，就必须掌握更多的寻址模式和指令，这就是本文的重点所在。
我们在“基本寻址模式与基本指令”一文中学习了最常用的3种寻址方式。下面介绍其它寻址方式。
1、基址寻址
基址寻址就是将基址寄存器的内容与指令中给出的偏移量相加，形成操作数的有效地址。基址寻址用于访问基址附近的存储单元，常用于查表、数组操作、功能部件寄存器访问等。基址寻址指令举例如下：
LDR R1,[R2,#0x0C]
R2的值+0x0C形成内存地址，读取内存中该地址上的内容，放入R1
其它额外需要了解的内容：
§零偏移。 如：LDR R0,[R1]
§前索引偏移。 如：LDR R0,[R1,#0x04]!，表示将R1的值加上4后作为内存地址，并且指令执行结束时，R1本身的值也要加4。这里！表示要回写
§程序相对偏移。 如：LDR R0,labe1，表示将标号label所代表的地址处存放的内容放入R0，相当于LDR R0, [PC, #某个常数]
§后索引偏移。 如：LDR R0,[R1],#0x04，表示将R1的值作为内存地址，并且指令执行结束时，R1本身的值要加4
2、多寄存器寻址
多寄存器寻址一次可传送几个寄存器值，允许一条指令传送16个寄存器的任何子集或所有寄存器。多寄存器寻址指令举例如下：
LDMIA R1!,{R2-R4,R6} ，它是ldr的多寄存版本，将内存中的4个字放入寄存器R2，R3，R4，R6中
指令执行前 指令执行后
两点说明：
1）、R1!中的！号表示在指令执行完成后，要改变（回写）基址寄存器（R1）的值
2）、寄存器列表{R2-R4, R6}中的顺序并不要紧。最终寄存器与内存地址的对应关系是：编号小的寄存器与内存的低地址相对应
两点问题：
1）、为什么内存起地址是0x40000000，而不是0x40000004
2）、为什么内存地址是从0x40000000 ---- 0x4000000C，而不是从0x3FFFFFF4 ---- 0x40000000
要解释上面2个问题，其实也很简单。其实多寄存加载指令ldm总共有4个：ldmia、 ldmib、 ldmda、 ldmdb。ia的意思是increase after，ib的意思是increase before，da的意思是decrease after，db的意思是decrease before。以LDMIA R1!, {R2-R4, R6}为例子，这里的ia是指办事（将内存中的数加载到寄存器）之后增加基址寄存器（R1）的值。这条指令的执行过程从逻辑上看，如下：
1）、先办事：将R1的值（0x40000000）作为内存地址，到该地址处取得数（0x01），加载到寄存器R2中
2）、后增加：将R1的值从0x40000000增加为0x40000004
再重复上面的操作3次，分别将内存中的数0x02、0x03、0x04放到寄存器中R3、R4、R6中，最后R1的值变为0x40000010。
这个例子中，如果将ldmia改为ldmib，则R2、R3、R4、R6中存放的是0x02、0x03、0x04、内存0x40000010处的内容，最后R1的值为0x40000010。
除了4条多寄存器加载指令外，还有4条类似的多寄存器存储指令，分别是stria、 strib、 strda、 strdb
3、堆栈寻址
由于ARM指令集没有专门的出栈和入栈指令，所以ARM汇编程序是采用SP作为栈指针，以stm指令完成入栈操作，以ldm指令完成出栈操作。
以入栈后SP的值是增加还是减少为依据，可将堆栈类型划分为递增堆栈（向上生长）和递减堆栈（向下生长）；
以SP所指向的内存处存放的是栈顶元素还是下一次要入栈的元素，可将堆栈类型划分为满堆栈和空堆栈
那么当堆栈类型为空递减堆栈时候，入栈操作应该使用什么指令？出栈操作应该使用什么指令？进一步，如果堆栈类型为空递增、满递增、满递减堆栈，又将如何呢？如果你不看下面的答案，我相信你一定会让这几个问题折磨得做很多的脑力体操，然后感叹ARM指令集的设计者太不为你这样的程序员考虑了，给了你本不应该由你承担的负荷。但事实上正相反，ARM指令集的设计者充分理解了你作为程序员的苦恼，请看下面的答案。
| 数据块传送 | 堆栈操作 | 说明 |
| 存储 | 压栈 | |
| STMDA | STMED | 空递减 |
| STMIA | STMEA | 空递增 |
| STMDB | STMFD | 满递减 |
| STMIB | STMFA | 满递增 |
| 数据块传送 | 堆栈操作 | 说明 |
| 加载 | 出栈 | |
| LDMDA | LDMFA | 满递增 |
| LDMIA | LDMFD | 满递减 |
| LDMDB | LDMEA | 空递增 |
| LDMIB | LDMED | 空递减 |
这2张表的第一、三列回答了前面你绞尽脑汁回答的问题。而第二列则体现了ARM指令集的设计者对作为程序员的你的充分体贴。第二列中的ED、EA、FD、FA分别表示empty descend（空递减）、 empty ascend（空递增）、 full descend（满递减）、 full ascend（满递增），其含义是说，如果你采用的是空递减（空递增、满递减、满递增）堆栈的话，入栈操作则使用指令STMED（STMEA、STMFD、STMFA），出栈操作则使用指令LDMED（LDMEA、LDMFD、LDMFA）。从此你再也不会为你应该使用ia、ib、da还是db来实现出、入栈操作而苦恼了。
STMED、STMEA、STMFD、STMFA和LDMED、LDMEA、LDMFD、LDMFA就是所谓的堆栈寻址指令。由此可见：为了对程序员体贴入微，ARM指令集的设计者设计了堆栈寻址指令，其实质就是多寄存寻址指令的快捷方式。
4、寄存器移位寻址
寄存器移位寻址是ARM指令集特有的寻址方式。当第2个操作数是寄存器移位方式时，第2个寄存器操作数在与第1个操作数结合之前，选择进行移位操作。例如：
MOV R0,R2,LSL #3 表示将R2的值逻辑左移3位，结果放入R0，即是R0=R2×8。
移位的方式有以下几种：
LSL（logic shift left）：逻辑左移
LSR（logic shift right）：逻辑右移
ASR（arithmetic shift right）：算术右移
ROR（rotate shift right）：循环右移
RRX（rotate shift right with extend）：带扩展的循环右移。其中的C指的是CPSR的C位
5、相对寻址
相对寻址是基址寻址的一种变通。由程序计数器PC提供基准地址，指令中的地址码字段作为偏移量，两者相加后得到的地址即为操作数的有效地址。例如：
B LOOP
...
LOOP MOV R6,#1
该条B指令的意思是要跳转到标号LOOP所代表的指令处，其含义相当明显，但你要明白CPU根本不明白标号是个什么东西（事实上在指令的机器码中根本就没有标号这种东西），那么b loop这条指令的机器码会是什么呢？答案是：高8bit是操作码相关内容，低24bit是一个常数，表示从b指令到mov指令之间的内存地址的差值（如果不考虑流水线的影响的话）。由此可见，b loop这条指令相当于add pc, pc, #偏移量常数，典型的相对于PC（当前指令地址）的相对寻址。由于是相对于当前指令地址进行相对寻址，所以无论程序最终运行在内存的何处（即使运行的地址不是它预期的位置），这条B指令都能正确运行。关于相对寻址、程序期望的运行地址等等，我将在“ARM汇编伪指令”一文中详细描述。
随便说一下，前面学到b指令的跳转范围是当前指令的先后32M，为什么是这个范围呢？因为24bit常数用1个比特区别正负，还剩23bit，同时由于ARM指令在内存中的地址其最低2bit一定是0（为什么？请自行思考一下），因此23bit中可以不必表示这2个0，所以23bit可以表示的范围是0 ---- 2^25，即：0 ---- 32M。
我们在“基本寻址模式与基本指令”一文中学习了最常用的指令。下面介绍其它较为常用的指令。
1、访存指令
LDRH（半字加载）；LDRSH （有符号半字加载）；STRH（半字存储）
交换指令
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助记符 |
说明 |
操作 |
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SWP Rd,Rm,[Rn] |
寄存器和存储器字数据交换 |
Rd←[Rn]，[Rn]←Rm (Rn≠Rd或Rm) |
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SWPB Rd,Rm,[Rn] |
寄存器和存储器字节数据交换 |
Rd←[Rn]，[Rn]←Rm (Rn≠Rd或Rm) |
2、数据处理指令
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助记符 |
说明 |
操作 |
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MVN Rd,operand2 |
数据非传送 |
Rd←(~operand2) |
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助记符 |
说明 |
操作 |
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RSB Rd, Rn, operand2 |
逆向减法指令 |
Rd←operand2-Rn |
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ADC Rd, Rn, operand2 |
带进位加法 |
Rd←Rn+operand2+Carry |
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SBC Rd, Rn, operand2 |
带进位减法指令 |
Rd←Rn-operand2-(NOT)Carry |
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RSC Rd, Rn, operand2 |
带进位逆向减法指令 |
Rd←operand2-Rn-(NOT)Carry |
这里要特别提到，ADC指令结合CPSR，可以实现64位整数加法，详情参见“杂项解释”一文
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助记符 |
说明 |
操作 |
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BIC Rd, Rn, operand2 |
按位清除指令 |
Rd←Rn & (~operand2) |
其实现功能是：将Rn中对应于operand2中为1的bit位全部清0，然后将结果保存到Rd中
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助记符 |
说明 |
操作 |
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CMN Rn, operand2 |
负数比较指令 |
标志N、Z、C、V←Rn+operand2 |
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TST Rn, operand2 |
位测试指令 |
标志N、Z、C←Rn & operand2 |
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TEQ Rn, operand2 |
相等测试指令 |
标志N、Z、C←Rn ^ operand2 |
TST指令测试的是：Rn中所有指定bit位是否全为0（指定的bit位是operand2中为1的所有位）；
TEQ指令测试的是：Rn和operand2是否相等。这点上与CMP指令一样，区别在于CMP指令除了可以比较2个数是否相等外，也可以比较2个数谁大谁小，但TEQ不行。
3、乘法指令
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助记符 |
说明 |
操作 |
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MUL Rd,Rm,Rs |
32位乘法指令 |
Rd←Rm*Rs (Rd≠Rm) |
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MLA Rd,Rm,Rs,Rn |
32位乘加指令 |
Rd←Rm*Rs+Rn (Rd≠Rm) |
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UMULL RdLo,RdHi,Rm,Rs |
64位无符号乘法指令 |
(RdLo,RdHi) ←Rm*Rs |
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UMLAL RdLo,RdHi,Rm,Rs |
64位无符号乘加指令 |
(RdLo,RdHi) ←Rm*Rs+(RdLo,RdHi) |
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SMULL RdLo,RdHi,Rm,Rs |
64位有符号乘法指令 |
(RdLo,RdHi) ←Rm*Rs |
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SMLAL RdLo,RdHi,Rm,Rs |
64位有符号乘加指令 |
(RdLo,RdHi) ←Rm*Rs+(RdLo,RdHi) |
4、协处理器指令
参见“MMU与内存保护的实现”一文
5、杂项指令
SWI：软中断指令，参见“swi与system call的实现”一文
MRS、MSR：程序状态寄存器操作指令，参见“ARM异常处理”一文