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        關于對ARM處理器中“8位位圖”的理解

        作者:龔平   來源:本站原創   點擊數:  更新時間:2014年03月14日   【字體:

           在ARM處理器的匯編語言中,對指令語法格式中的<shifter_operand>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位的常數循環移位偶數位得到的。對于這句話,我一開始學ARM時不理解,到了后來為了做設計,去看BootLoader源碼時,才認真地在網上查找相關資料,理解了這句話。

          
           首先從ARM指令系統的語法格式說起。
           一條典型的ARM指令語法格式分為如下幾個部分:
           <opcode>{<cond>}{S} <Rd>,<Rn>{,<shifter_operand>}
           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>}為指令執行條件,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
           shifter_operand    第二個操作數
         
          其指令編碼格式如下:
         
         31-28  27-25  24-21  20    19-16  15-12  11-0 (12位)
         cond  001  opcode  S  Rn  Rd  shifter_operand
         

        當第2 個操作數的形式為:#immed_8r常數表達式時該常數必須對應8位位圖,即常數是由一個8位的常數循環移位偶數位得到的。

        其意思是這樣:#immed_8r在芯片處理時表示一個32位數,但是它是由一個8位數(比如:01011010,即0x5A)通過循環移位偶數位得到(1000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0110,就是0x5A通過循環右移2位偶數位)的到的)。

              而1010 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0110,就不符合這樣的規定,編譯時一定出錯。因為你可能通過將1011 0101循環右移位得到它,但是不可能通過循環移位偶數位得到。

              1011 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0110,也不符合這樣的規定,很明顯:1 0110 1011 有9位。

        為什么要有這樣的規定?

        本人的理解是:

            要從指令編碼格式來解釋(這就是我為什么一開始講的是指令編碼格式),仔細看表格中的shifter_operand所占的位數:12位。要用一個12位的編碼來表示任意的32位數是絕對不可能的(12位數有2^12種可能,而32位數有2^32種)。

            但是又要用12位的編碼來表示32位數,怎么辦?

            只有在表示數的數量上做限制。通過編碼來實現用12位的編碼來表示32位數。

            在12位shifter_operand中:8位存數據,4位存移位的次數。

            8位存數據:解釋了“該常數必須對應8位位圖”。

             4位存移位的次數:解釋了為什么只能移偶數位。4位只有16種可能值,而32位數可以循環移位32次(32種可能),那就只好限制:只能移偶數位(兩位兩位地移,好像一個16位數在移位,16種移位可能)。這樣就解決了能表示的情況是實際情況一半的矛盾。

            所以對#immed_8r常數表達式的限制是解決指令編碼的第二個操作數位數不足以表示32位操作數的無奈之舉,但在我看來:這個可以說是聰明的做法。因為如果直接用12位數來表示32位操作數,只能表示0 到(2^12-1)。大于(2^12-1)的數就沒辦法表示了。而且細細想來“8位存數據,4位存移位的次數”,應該是最好的組合了(我并未想過所有的組合,只是順便試了幾個)。

        以上是本人對ARM處理器中“8位位圖”的個人理解,如有異議,歡迎批評指正。。。。!

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