ARM匯編之合法立即數(shù)的快速判斷方法

* 寄存器移位

ARM指令里有兩個(gè)操作數(shù)Rn，opcode2和一個(gè)目的寄存器Rd（用于存放操作結(jié)果），Rn為包含第一個(gè)操作數(shù)的寄存器地址，opcode2有三種形式：立即數(shù)方式、寄存器方式、寄存器移位方式，其中寄存器和寄存器位移方式也都是存儲(chǔ)的寄存器地址所以要通過寄存器間接獲得數(shù)據(jù)對(duì)象，也就是非立即，而立即數(shù)形式不同，指令中opcode2數(shù)據(jù)域不是地址而是數(shù)據(jù)本身，所以叫立即數(shù)。也就是說其它尋值方式最終操作的數(shù)據(jù)對(duì)象是放在Rn或opcode2所指向的寄存器地址中的數(shù)據(jù)，顯然立即數(shù)操作對(duì)象也需要根據(jù)地址尋找，但它所在的地址比較特殊，或者說它存儲(chǔ)的位置比較特殊，因?yàn)樗苯哟鎯?chǔ)在指令opcode2中。

而opcode2只有12位，也就是說opcode2所表示的立即數(shù)有一定限制0-4095，為了進(jìn)一步擴(kuò)大12bit數(shù)據(jù)所能表示數(shù)的范圍，ARM規(guī)定了數(shù)據(jù)的格式:也即

立即數(shù)是由一個(gè)8位的常數(shù)循環(huán)右移偶數(shù)位得到的，其中循環(huán)右移 的位數(shù)由一個(gè)4位2進(jìn)制的兩倍表示，公式如下:

immediate=immed_8<<(2*rotate_imm4) “<<”表示循環(huán)右移 簡(jiǎn)單的說一個(gè)常數(shù)如果可以由一個(gè)8位的常數(shù)循環(huán)移位偶數(shù)位得到，那么就是立即數(shù)。

為什么會(huì)有立即數(shù)這樣的規(guī)定呢？這是由于所有的ARM指令是精簡(jiǎn)指令集，指令長(zhǎng)度固定都是32位，對(duì)于ARM數(shù)據(jù)處理指令自然也是一樣。數(shù)據(jù)處理指令大致可包含3類，數(shù)據(jù)傳送指令、數(shù)據(jù)算術(shù)邏輯運(yùn)算指令和數(shù)據(jù)比較指令。在一條ARM數(shù)據(jù)處理指令中，除了要包含處理的數(shù)據(jù)值外，還要標(biāo)識(shí)ARM命令名稱，控制位，寄存器等其他信息。這樣在一條ARM數(shù)據(jù)處理指令中，能用于表示要處理的數(shù)據(jù)值的位數(shù)只能小于32位。

ARM在指令格式中設(shè)定，只能用指令機(jī)器碼32位中的低12位來表示要操作的常數(shù)。ARM處理器是按32位來處理數(shù)據(jù)的，ARM處理器處理的數(shù)據(jù)是32位，如果簡(jiǎn)單的用這12位來表示，顯然范圍太小了，為了擴(kuò)展到32位，因此使用了構(gòu)造的方法，在12位中用8位表示基本數(shù)據(jù)值，用4位表示位移值，通過用8位基本數(shù)據(jù)值往右循環(huán)移動(dòng)4位位移值*2次，來表示要操作的常數(shù)。這里要強(qiáng)調(diào)最終的循環(huán)次數(shù)是4位位移值乘以2得到的，所以得到的最終循環(huán)次數(shù)肯定是一個(gè)偶數(shù)，為什么要乘以2呢，實(shí)質(zhì)還是因?yàn)榉秶粔颍?位表示位移次數(shù)，最大才15次，加上8位數(shù)據(jù)還是不夠32位，這樣只能通過ALU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將4位位移次數(shù)乘以2，這樣就能用12位表示32位常數(shù)了。

通過循環(huán)偶數(shù)位得的到操作數(shù)，擴(kuò)大了操作數(shù)的范圍，但也帶來了問題，并不是每個(gè)數(shù)據(jù)都能通過8位基本數(shù)據(jù)循環(huán)移動(dòng)偶數(shù)為得到，如果你在ARM數(shù)據(jù)處理指令中使用的操作數(shù)，不是立即數(shù)，比如MOV R1,#0x12345678,編譯器就會(huì)報(bào)錯(cuò)，所以我們?cè)谑褂们氨仨氝M(jìn)行判斷，這也是很多ARM相關(guān)求職筆試中?？嫉囊坏李}目。

那怎樣怎么快速判斷一個(gè)數(shù)是否是立即數(shù)？對(duì)于簡(jiǎn)單的數(shù)字我們可以直接判斷，比如小于255的數(shù)字肯定是立即數(shù)。對(duì)相對(duì)復(fù)雜的數(shù)字進(jìn)行判斷就需要先把它轉(zhuǎn)換為2進(jìn)制形式,然后根據(jù)定義進(jìn)行判斷了。我這里總結(jié)了個(gè)比較快速的方法：(簡(jiǎn)而言之，就是利用立即數(shù)的生成方法，迅速逆推到合法的8位常熟)

1、把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制形式，從低位到高位寫成4位1組的形式，最高位一組不夠四位的，在最高位前面補(bǔ)0。

2、數(shù)1的個(gè)數(shù)，如果大于8個(gè)肯定不是立即數(shù)，如果小于等于8進(jìn)行下面步驟。

3、如果數(shù)據(jù)中間有連續(xù)的大于等于24個(gè)0,循環(huán)左移4的倍數(shù)，使高位全為0。

4、找到最高位的1，去掉前面最大偶數(shù)個(gè)0。

5、找到最低位的1，去掉后面最大偶數(shù)個(gè)0。

6、數(shù)剩下的位數(shù)，如果小于等于8位，那么這個(gè)數(shù)就是立即數(shù)，反之就不是立即數(shù)。

針對(duì)可能現(xiàn)的情況，舉5個(gè)典型例子：

（1）0x4FF （2）0x122 （3）0x234 （4）0xF000000F （5）0x8000007F

例1: 0x4FF

第一步：0100 1111 1111

第二步：其中1的個(gè)數(shù)是9個(gè)，大于8個(gè)，判定不是立即數(shù)

例2： 0x122

第一步： 0001 0010 0010

第二步： 其中1的個(gè)數(shù)4個(gè)，小于8，繼續(xù)

第三步： 其中沒有連續(xù)大于等于24個(gè)0，繼續(xù)

第四部： xx01 0010 0010 （最高位前面有3個(gè)0，最大偶數(shù)2，去掉2個(gè)0）

第五步： xx10 0011 0010 （最低位后面只有1個(gè)0，最大偶數(shù)0）

第六部： 剩下10 0011 0010 共10位，大于8，判定0x122不是立即數(shù)

例3： 0x234

第一步： 0010 0011 0100

第二步： 其中1的個(gè)數(shù)4個(gè)，小于8，繼續(xù)

第三步： 其中沒有連續(xù)大于等于24個(gè)0，繼續(xù)

第四部： xx10 0011 0100

第五步： xx10 0011 01xx

第六部： 剩下10 0011 01 共8位，等于8，判定0x234是立即數(shù)

例4： 0xF000000F

第一步： 1111 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111

第二步： 其中1的個(gè)數(shù)8個(gè)，沒有大于8，繼續(xù)

第三步： 其中有連續(xù)24個(gè)0，循環(huán)左移4位，使高位全為0

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111

第四部： xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx 1111 1111

第五步： xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx 1111 1111

第六部： 剩下1111 1111共8位，等于8，判定0xF000000F是立即數(shù)

例5： 0x8000007F

第一步： 1000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1111

第二步： 其中1的個(gè)數(shù)8個(gè)，沒有大于8，繼續(xù)

第三步： 其中有連續(xù)24個(gè)0，循環(huán)左移4位，使高位全為0

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1111 1000

第四部： xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx 0111 1111 10xx

第五步： xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx 0111 1111 10xx

第六部： 剩下0111 1111 10共10位，等于8，判定0x7000008F是立即數(shù)

問題還沒有結(jié)束，我們?cè)贏RM匯編中如何規(guī)避立即數(shù)這個(gè)問題呢，其實(shí)可以使用ARM匯編LDR偽指令，例如直接把MOV指令變?yōu)椋?LDR R1，=0x12345678這樣編譯器就不會(huì)報(bào)錯(cuò)了。但這種方法也有弊端會(huì)增加開銷和影響執(zhí)行效率。同時(shí)ARM匯編中還有有效數(shù)的概念，比如 MOV R1,#0xFFFFFFFF 指令中 0xFFFFFFFF 不是立即數(shù)，但是是有效數(shù)，編譯器最自動(dòng)把原指令變換為 MVN R1,#0，也不會(huì)報(bào)錯(cuò)。有效數(shù)判定：原數(shù)是立即數(shù)或者原數(shù)反碼是立即數(shù)。

希望對(duì)大家有幫助。