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  • 汇编--立即数

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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)。

    (1)Opcode   指令助记符,如LDR,STR 等

    (2)Cond       执行条件,如EQ,NE 等

    (3)S           是否影响CPSR 寄存器的值,书写时影响CPSR,否则不影响

    (4)Rd          目标寄存器

    (5)Rn          第一个操作数的寄存器

    (6)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?

        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。

    (1)8位存数据:解释了“该常数必须对应8位位图”。

    (2)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

        关于循环移位,其实arm中只有循环右移(ROR)。0x7f到0x7f00是通过循环右移24次才实现的,这里每次移动2位所以是12次(0xc)

        在 ARM 数据处理指令中, 当参与操作的第二操作数为立即数时, 每个立即数都是采用一个8位的常数循环右移偶数位而间接得到, 其中循环右移的位数有一个4位二进制的2倍表示. 则有效立即数可表示为: <immediate> := immed_8; 循环右移(2×rotate_imm). 其中: <immediate> 代表立即数, immed_8 代表8位常数,  即所谓的"8位图", rotate_imm 代表4位的循环右移值. 这样一来出现了一个问题: 尽管表示的范围变大了, 但是12位所能表现的数字的个数是一定的. 因此, ARM 规定并不是所有的32位常数都是合法的立即数, 只有通过上面的构造方法得到的才是合法的立即数, 编译的时候才不会报错.

        举个例子吧:
    0x3FC(0000 0000 0000 0000 0000 0011 1111 1100) 是由 0xff 循环右移 2 位得到的;
    200(0000 0000 0000 0000 0000 0000 1100 1000) 是由 0xc8 循环右移 2 位得到的, 它们都是合法的.
    而 0x1FE(0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111 1110) 和
    511(0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111 1111) 无法看成是8位的常数循环右移偶数位而得到的, 因此是非法的.

    指令操作数立即数时候,每个立即数由一个8位的常数循环右移偶数位得到。

    <immediate>= immed_8 循环右移( 2*rotate_imm)

         打个比如:
    1.立即数0xF200是由0xCF2间接表示的,即是由8位的0xF2循环右移24(2*12)得到的immed_8 == 0xF2;   rotate_imm == 0xC

    2.立即数0x3F0是由0xE3F间接表示的,即是由8位的0x3F循环右移28(2*14)得到的immed_8 == 0x3F;   rotate_imm == 0xE或者立即数0x3F0是由0xFFC间接表示的,即是由8位的0xFC循环右移30(2*15)得到的immed_8 == 0xFC;   rotate_imm == 0xF

    表示方法有好几种

    PS:其实你没必要一个一个的算,只要利用LDR伪指令就可以了,例如:
    ldr r1, =12345678
    编译器自然会给你做工作,现实的编程中应该也是这个居多吧

    比较下来, 我们可以这样总结:

    1. 判断一个数是否符合8位位图的原则, 首先看这个数的二进制表示中1的个数是否不超过8个. 如果不超过8个, 再看这n个1(n<=8)是否能同时放到8个二进制位中, 如果可以放进去, 再看这八个二进制位是否可以循环右移偶数位得到我们欲使用的数. 如果可以, 则此数符合8位位图原理, 是合法的立即数. 否则, 不符合.
    2. 无法表示的32位数, 只有通过逻辑或算术运算等其它途径获得了. 比如0xffffff00, 可以通过0x000000ff按位取反得到.

    因此以后的编程中, 时刻检查用到的第二操作数是否符合8位位图是一件千万不能疏忽的事. 至于为什么要将这12位 operand2 "八四开", 这个问题就要请教大牛了.

     
    一、概念:
    通常把在 立即寻址方式 指令中给出的数称为立即数

    二、判断步骤:
    1. 把数据转换成二进制,从低到高写成 4 个一组,最高位不够一组的补 0;
    2. 数 1 的个数,如果大于 8 个,肯定不是立即数,如果小于 8 个看步骤 3;
    3. 如果数据当中有连续大于等于 24 个 0,循环左移偶数位,使高位全部是 0;
    4. 找最高位 1,去掉前面的最大的偶数个 0 ;
    5. 找到最低位的 1,去掉后面最大偶数个 0;
    6. 数剩下的位数,如果小于等于 8 位,那么这个数就是立即数,否则不是立即数。

    三、举例
    1、判断 0X20000018 是不是立即数:
    第一步 :把数据转换成二进制
    0010 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1000
    |__________________________|
    共24个0
    第二步:数 1 共 3 个 1 走第三步
    第三步:最大连续 24 个 0,循环左移4位
    0000 0000 0000 0000 0000 0001 1000 0010
    第四步:找最高位 1,去掉前面的最大的偶数个 0
    01 1000 0010
    第五步:找到最低位的 1,去掉后面最大偶数个 0
    01 1000 0010
    第六步:数剩下的位数:共 10 位,不是立即数
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