ARM的常數(shù)表達(dá)式
加入技術(shù)交流群
Intel指令屬于CISC指令集，指令是不定長(zhǎng)的，因此可以將任意32位立即數(shù)編碼到指令內(nèi)。
Arm指令屬于RISC指令集，指令是定長(zhǎng)的32字節(jié)。眾所周知，指令中操作碼是必須的字段，如果把32位立即數(shù)直接編碼到指令內(nèi)部，操作碼就無“容身之地”了……
因此，Arm指令中“立即數(shù)”的位數(shù)必小于32位。那么如何在Arm指令中正常表示立即數(shù)呢？我們看看Arm的通用指令格式。
Arm指令中，操作碼（opcode）、目的操作數(shù)（Rd）、源操作數(shù)1（Rn）是必須的字段。條件碼（cond）、符號(hào)位標(biāo)記（s）源操作數(shù)2（oprand2）是可選的。其中Rd和Rn必須是寄存器，因此Arm的“立即數(shù)”只能存儲(chǔ)在oprand2。
在Arm的指令編碼內(nèi)，使用“立即數(shù)”的指令為“立即數(shù)”提供了12bit的存儲(chǔ)空間，也就是說Arm的“立即數(shù)”只能表示212=4096個(gè)數(shù)字。這顯然無法表示所有的32位立即數(shù)，如果使用這12bit表示0~4095的數(shù)字，那么從4096~（232-1）的數(shù)組都不能表示了?？紤]到這種“后果”，Arm指令集的設(shè)計(jì)者們使用了一個(gè)技巧，即使用常數(shù)表達(dá)式代替立即數(shù)的概念。
常數(shù)表達(dá)式表示一個(gè)常數(shù)，且該常數(shù)對(duì)應(yīng)8位的位圖，即可以由一個(gè)8位的常數(shù)通過循環(huán)移位偶數(shù)位得到。
比如0x3fc可以由8位常數(shù)0xff循環(huán)左移2位或循環(huán)右移30位得到，是常數(shù)表達(dá)式。再比如0x1fe,雖然可以有0xff循環(huán)左移1位或循環(huán)右移31位得到，但是移動(dòng)的位數(shù)不是偶數(shù)，因此不是常數(shù)表達(dá)式。
根據(jù)常數(shù)表達(dá)式的定義，常數(shù)表達(dá)式只需要12bit的存儲(chǔ)空間。
12bit空間中，低8字節(jié)存儲(chǔ)8位位圖，高4字節(jié)存儲(chǔ)循環(huán)右移的次數(shù)。4字節(jié)只能表示24=16種移動(dòng)次數(shù)，但是由于常數(shù)表達(dá)式定義中，移位限定為偶數(shù)次，因此這4個(gè)字節(jié)剛好能表示0、2、4、6、8…32位16個(gè)數(shù)字！
比如0x3fc的二進(jìn)制表示為0xfff，即使用8位數(shù)字0xff循環(huán)右移0xf*2=30次得到。
明確了常數(shù)表達(dá)式的含義后，可以通過簡(jiǎn)單的編程識(shí)別一個(gè)數(shù)字是否是常數(shù)表達(dá)式。
/*
循環(huán)左移兩位
*/
void roundLeftShiftTwoBit(unsigned int& num)
{
unsigned int overFlow=num & 0xc0;//取左移即將溢出的兩位
num=(num<<2) (overFlow>>30);//將溢出部分追加到尾部
}
/*
判斷num是否是常數(shù)表達(dá)式，8位數(shù)字循環(huán)右移偶數(shù)位得到
*/
bool constExpr(unsigned int num)
{
for(int i=0;i<16;i++){
if(num<=0xff)
return true;//有效位圖
else
roundLeftShiftTwoBit(num);//循環(huán)左移2位
}
}
roundLeftShiftTwoBit函數(shù)將一個(gè)無符號(hào)32位整數(shù)循環(huán)左移2位，constExpr反復(fù)將一個(gè)無符號(hào)32位整數(shù)循環(huán)左移2位，直到發(fā)現(xiàn)該數(shù)字在0到0xff之間為止，否則表示該數(shù)字不是常數(shù)表達(dá)式。循環(huán)左移兩位
*/
void roundLeftShiftTwoBit(unsigned int& num)
{
unsigned int overFlow=num & 0xc0;//取左移即將溢出的兩位
num=(num<<2) (overFlow>>30);//將溢出部分追加到尾部
}
/*
判斷num是否是常數(shù)表達(dá)式，8位數(shù)字循環(huán)右移偶數(shù)位得到
*/
bool constExpr(unsigned int num)
{
for(int i=0;i<16;i++){
if(num<=0xff)
return true;//有效位圖
else
roundLeftShiftTwoBit(num);//循環(huán)左移2位
}
}
通過常數(shù)表達(dá)式，Arm指令便避免了“立即數(shù)”僅僅局限于0~4095的數(shù)字范圍的問題了。但是常數(shù)表達(dá)式仍不能表示全部的32位整數(shù)，比如0x1fe。對(duì)于非常數(shù)表達(dá)式的數(shù)字，只能通過拆分來解決。
比如Arm指令mov r0,#0x1fe不是合法的指令，因?yàn)?x1fe不是常數(shù)表達(dá)式。那么只能將0x1fe拆分，表示為兩條指令，比如：
mov r0,#0xfe
add r0,r0,#0x100
除了拆分?jǐn)?shù)字的方法，Arm的LDR宏使用臨時(shí)變量的方式實(shí)現(xiàn)非常數(shù)表達(dá)式的數(shù)據(jù)傳送，即：add r0,r0,#0x100
LDR r0,=0x1fe
ldr宏指令不是Arm的真正指令，它由如下兩條指令實(shí)現(xiàn)：.tmp .word 0x1fe
ldr r0,.tmp
ldr r0,[r0]
Arm的ldr指令用于將內(nèi)存的數(shù)據(jù)加載到寄存器。這里數(shù)字0x1fe被存儲(chǔ)在ldr指令附近的位置.tmp處，ldr r0,.tmp被編譯為ldr r0,[pc+offset]的形式，其中offset為符號(hào).tmp相對(duì)ldr指令的偏移。這樣ldr r0,.tmp獲取了符號(hào).tmp的地址，然后再次使用ldr r0,[r0]將.tmp地址處的數(shù)據(jù)取出，即0x1fe。ldr r0,.tmp
ldr r0,[r0]
通過以上的描述，我們明確了Arm指令中常數(shù)表達(dá)式的真正含義，并基于此編寫了一個(gè)驗(yàn)證常數(shù)表達(dá)式的函數(shù)。最后，我們解析了如何在Arm中實(shí)現(xiàn)非常數(shù)表達(dá)式數(shù)據(jù)的傳送，并討論了它的實(shí)現(xiàn)。希望對(duì)你理解Arm的常數(shù)表達(dá)式有所幫助。
評(píng)論