ARM指令A(yù)DR和LDR淺析

LDR R0, _START ；指將_START標(biāo)記的內(nèi)存位置的值載入到R0。

但是，ARM匯編器又為L(zhǎng)DR賦予另一個(gè)偽指令含義：用于地址讀取。這完全是兩種不同的應(yīng)用，但都是用LDR表示，所以很容易混淆。“用于地址讀取”是指將用于表示“地址”的值寫入到寄存器中，該寄存器中存儲(chǔ)的就是地址，這非常類似于指針。LDR作為偽指令的用法是：在標(biāo)號(hào)或立即數(shù)前面加上等號(hào)表示地址。例如：

LDR R0, =_START ；表示將_START標(biāo)號(hào)所在的地址寫入R0

LDR R0, =0x12345678 ；表示將0x12345678這個(gè)地址值寫入R0

因?yàn)長(zhǎng)DR本身既是指令又是偽指令，而比較難于理解的是偽指令LDR，所以在此先聲明，本文以下只討論LDR偽指令，所稱的LDR也只是作為偽指令使用的LDR，不要與LDR指令混淆。

當(dāng)LDR作為偽指令使用時(shí)，就又引出了另一個(gè)近親，ADR偽指令。

ADR和LDR都是用于讀取地址的偽指令，都是把一個(gè)地址寫入到一個(gè)寄存器中，都是類似于指針的作用，被寫入的寄存器中的值將被用于尋址內(nèi)存。

但ADR只能使用標(biāo)號(hào)，不能使用立即數(shù)，也沒有等號(hào)，它的典型用法是：

ADR R0, _START ；表示將_START標(biāo)號(hào)所在的地址寫入R0

但它們還有更本質(zhì)的區(qū)別，ADR是讀取相對(duì)地址，LDR是讀取絕對(duì)地址。有人會(huì)覺得這又有什么關(guān)系呢，反正就是地址的不同表示方法唄。雖然是這樣說，但是這里面關(guān)系可大了。代碼的存儲(chǔ)位置都是在連接的時(shí)候由連接文件指定的，而且在運(yùn)行時(shí)還可能會(huì)被到不同的位置。如果把一段代碼里每個(gè)涉及存儲(chǔ)地址的地方都用相對(duì)首地址的偏移量來表示，例如_START+0x800，那么這段代碼無論將來被到哪里，都能運(yùn)行無誤。但是如果每個(gè)地址都是寫死的絕對(duì)地址，例如 0x30008000，那么必須將這段代碼到內(nèi)存的該地址位置才能正確運(yùn)行。所以，看起來相對(duì)地址比絕對(duì)地址更靈活。事實(shí)也確實(shí)如此，ADR因?yàn)楦鼘Ｒ?，所以編譯出來的代碼比LDR常常更有效率。

但是，好用是要有代價(jià)的，ADR的地址讀取范圍有限且很小，LDR則可以實(shí)現(xiàn)任意地址值的讀取。為什么會(huì)這樣？還要從ADR和LDR之所以被稱為偽指令談起。偽指令就是因?yàn)樗鼈儾⒉皇菍?shí)際執(zhí)行的指令，而是匯編器要在匯編階段將它們替換成可執(zhí)行的ARM指令。那么實(shí)際執(zhí)行的是什么指令呢？

LDR后面的地址范圍如果未超出MOV的范圍，會(huì)被匯編器替換成MOV指令，如果超出了MOV范圍，則匯編器要為它再開個(gè)內(nèi)存位置，叫內(nèi)存池，專門存儲(chǔ)這個(gè)值，因?yàn)閮?nèi)存能存儲(chǔ)32位的值，從內(nèi)存池中把這個(gè)值取出來給寄存器，就實(shí)現(xiàn)了任意地址值的加載。內(nèi)存池中的數(shù)在運(yùn)行中不能變，寫的是幾就是幾，所以內(nèi)存池是LDR的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也是它的劣勢(shì)。再說一下為什么MOV會(huì)有范圍限制，因?yàn)锳RM指令是定長(zhǎng)的，只能是32位，MOV指令字本身要占去幾位，剩余的位數(shù)才能給有效數(shù)據(jù)使用，所以能存儲(chǔ)在MOV指令碼里的數(shù)據(jù)肯定達(dá)不到32位，要想取32位數(shù)就只能用內(nèi)存池。ARM指令說明里面有MOV詳細(xì)的換算過程，不詳述。

ADR偽指令可以在運(yùn)行時(shí)讀取相對(duì)位置。但是有范圍限制，因?yàn)锳DR要使用相對(duì)地址就要在運(yùn)行中找出當(dāng)前地址位置，對(duì)ADR偽指令，匯編器是通過使用加減法指令來替換的。遇到ADR，編譯器會(huì)用一條ADD或SUB當(dāng)前PC寄存器和一個(gè)常數(shù)來實(shí)現(xiàn)ADR偽指令的功能，這樣就實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行時(shí)相對(duì)當(dāng)前地址的讀取。若不能用一條指令替換，則產(chǎn)生錯(cuò)誤，編譯失敗。而這里因?yàn)锳DD和SUB又遇到了與MOV同樣的范圍問題，所以ADR不可能像LDR從內(nèi)存池取數(shù)那樣實(shí)現(xiàn)任意32位地址的讀取。確切的說，ADR的地址讀取范圍是：

當(dāng)?shù)刂分凳亲止?jié)對(duì)齊時(shí)，其取指范圍為: -255 ～ 255B；
當(dāng)?shù)刂分凳亲謱?duì)齊時(shí)，其取指范圍為: -1020 ～ 1020B；

本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201611/318739.htm

如果要實(shí)現(xiàn)大一點(diǎn)的跳轉(zhuǎn)，可以使用ADRL偽指令，在匯編器編譯源程序時(shí)，ADRL偽指令被替換成兩條合適的指令。若不能用兩條指令實(shí)現(xiàn)，則產(chǎn)生錯(cuò)誤，編譯失敗。

當(dāng)?shù)刂分凳亲止?jié)對(duì)齊時(shí)，其取指范圍為: -64K～64K；
當(dāng)?shù)刂分凳亲謱?duì)齊時(shí)，其取指范圍為: -256K～256K；

以此類推，雖然ARM匯編器并沒有提供能編譯成三條合適指令的ADR偽指令，但是想象一下，如果能編譯成三條，ADR讀取的地址范圍就會(huì)更大了。但那樣效率又降低了，所以還是不劃算，ARM果斷放棄，真有那種需要，那就自己換算地址去寫吧。匯編雖然很低層，還不足夠低層。