立即數方式(ARM)——徹底解析

有問題找狗找度娘------站在巨人的肩膀上,深深體會到了。全文轉載自:找到原作者,但是作者所有博文裏好像沒有這篇文章,也就不指出鏈接了偷笑

爲什麼會有這個疑問呢,還是在看U-BOOT第一階段啓動代碼裏發現的:

        mrc	p15, 0, r0, c1, c0, 0
	bic	r0, r0, #0x00002300	@ clear bits 13, 9:8 (--V- --RS)
	bic	r0, r0, #0x00000087	@ clear bits 7, 2:0 (B--- -CAM)
	orr	r0, r0, #0x00000002	@ set bit 2 (A) Align
	orr	r0, r0, #0x00001000	@ set bit 12 (I) I-Cache
	mcr	p15, 0, r0, c1, c0, 0
問自己幾個問題:1、第一次看的時候爲什麼好像沒看到過這段;2、這次看的時候爲什麼還是沒有注意到;


    立即數方式:每個立即數由一個8位的常數循環右移偶數位得到其中循環右移的位數由一個4位二進制的兩倍表示。如果立即數記作<immediate>,8位常數記作immed_8,4位的循環右移值記作rotate_imm,則有:

<immediate>=immed_8循環右移(2*rotate_imm)

這樣並不是每一個32位的常數都是合法的立即數,只有能夠通過上面構造方法得到的纔是合法的立即數。

下面的常數是合法的立即數:

0xff,0x104,0xff0,oxff00

下面的數不能通過上述構造方法得到,則不是合法的立即數:

0x101,0x102,0xFF1

同時按照上面的構造方法,一個合法的立即數可能有多種編碼方式。如0x3f0是一個合法的立即數,它可以採用下面兩種的編碼方式:

immed_8=0x3f,rotate_imm=oxe或者

immed_8=oxfc,rotate_imm=0xf

轉換爲二進制形式如下:

ox3f=0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 1111

oxe=14(十進制)     2*14=28

∴,ox3f循環右移28位得到如下:

0000 0000 0000 0000 0000 0011 1111 0000=ox3f0

immed_8=oxfc,rotate_imm=0xf 的轉換如下:

oxfc=0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1100

rotate_imm=oxf=15(十進制) 15*2=30

所以oxfc循環右移30位得到如下結果:

0000 0000 0000 0000 0000 0011 1111 0000=ox3f0

可以看出,結果是一樣的!!!

但是,由於這種立即數的構造方法中包含循環移位操作,而循環移位操作會影響CPSR的條件標誌位C。因此,痛一個合法的立即數由於採用了不同的編碼方式,將使得某些質量的執行產生不同的結果,這是不能允許的。ARM彙編編譯器按照下面的規則生成立即數的編碼。

1.當立即數數值在0和0xFF範圍時,零immmed_8=<immediate>,rotate_imm=0.、

2.其他情況下,彙編編譯器選擇使rotate_imm數值最小的編碼方式。所以ox3f0的正確表示法是第一種。

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解釋二:

一條典型的ARM指令語法格式分爲如下幾個部分:
  <opcode> {<cond>} {S}    <Rd> ,<Rn>{,<operand2>}
其中,<>內的項是必須的,{}內的項是可選的,如<opcode>是指令助記符,是必須的,而{<cond>}爲指令執行條件,是可選的,如果不寫則使用默認條件AL(無條件執行)。
   opcode      指令助記符,如LDR,STR 等
   cond        執行條件,如EQ,NE 等
   S           是否影響CPSR 寄存器的值,書寫時影響CPSR,否則不影響
   Rd          目標寄存器
   Rn          第一個操作數的寄存器
operand2    第二個操作數

  其指令編碼格式如下:
31-28 cond
27-25 001
24-21 opcode
20   S
19-16 Rn
15-12 Rd
11-0 (12位) operand2

對其中的operand2的常數表達式有這樣的規定:“該常數必須對應8位位圖,即常數是由一個8位的常數循環右移偶數位得到的。”這句話的意思是說,當用12位第二操作數來表示一個32位立即數時,採用的是將8位數通過移位的方式來實現的,其中12位第二操作數的低八位存放被移位的“基本”數(取值範圍爲0到255),而高四位存放的是循環右移的位數,因爲是四位二進制數,所以取值範圍位爲0到15,而對應的移位位數則爲0到30位(因爲移動的可能只有31種),也就是說若“移位”數爲0,則表示“基本”數不變,若“移位”數爲1,則表示將“基本”數在32位數字空間中循環右移2位,若“移位”數爲5,則表示將“基本”數在32位數字空間中循環右移10位,若“移位”數爲10,則表示將“基本”數在32位數字空間中循環右移20位,依次類推。舉例表示:
     AND R1,R2,#0xff
     當處理器處理這條指令的第二操作數0xff時,因爲0xff爲8位二進制數,所以處理器就將其直接放進8位“基本”數中,而4位“移位”數則爲0.
     AND R1,R2,#0x104
     當處理器處理這條指令的第二操作數0x104時,因爲此時0x104已經超過了8位二進制數,所以處理器就要將其“改造”一下,我們先把0x104轉換成二進制0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000 0100,我們可以看到,這個數是0000 0000 0000 0000 0000 0000 0100 0001通過循環右移30位得到的,因此改造後的結果是8位“基本”數中存放0100 0001,而“移位”數爲15。
     AND R1,R2,#0xff000000
     當處理器處理這條指令的第二操作數0xff000000時,處理器同樣要對其“改造”,我們先把0xff000000轉換成二進制1111 1111 0000 0000 0000 0000 0000 0000,我們可以看到,這個數是0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111通過循環右移8位得到的,因此改造後的結果是8位“基本”數中存放1111 1111,而“移位”數爲4。
我想,通過以上的三個例子,就應該明白了8位位圖的原理了。但是,有些數並不符合8位位圖的原理,這樣的數在進行程序編譯時,系統將會提示出錯,下面再舉幾個違反8位位圖的例子:比如0x101,轉換成二進制後位0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000 0001,像這個數,無論向右循環幾位,都無法將兩個1同時放到低8位中,因此不符合8位位圖;再比如0x102,轉換成二進制後位0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000 0010,如果將兩個1同時放到低8位中,即轉換成二進制後爲0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0001,需要將此二進制數向右移31位,這也不符合循環右移偶數位的條件,因此0x012也不符合8位位圖;再舉一個0xff1,轉換成二進制後將會有9個1,不可能將其同時放入8位中,因此當然也不符合啦。
通過正反例的比較,可以總結如下:第一,判斷一個數是否符合8位位圖的原則,首先看這個數轉換成二進制後1的個數是否不超過8個,如果不超過8個,再看這n個1(n<=8)是否能同時放到8個二進制位中,如果可以放進去,再看這八個二進制位是否可以循環右移偶數位得到起初被判斷的那個數值,如果可以,則此數值即爲符合8位位圖原理,否則,不符合。第二,用12位的編碼來表示一個任意的32位數是不可能的,只能通過循環右移八位二進制數偶數位來得到一部分32位數,其餘的無法表示的32位數,只有通過其它途徑獲得了,比如0xffffff00,可以通過0x000000ff按位取反得到,因此在以後的編程中,一定要注意用到的第二操作數是否符合8位位圖。


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