零基礎(chǔ)學(xué)ARM：程序狀態(tài)寄存器訪問指令解析

一、程序狀態(tài)寄存器訪問指令

ARM微處理器支持程序狀態(tài)寄存器訪問指令，用于在程序狀態(tài)寄存器和通用寄存器之間傳送數(shù)據(jù)。

MRSMRS｛條件｝ 通用寄存器，程序狀態(tài)寄存器（CPSR或SPSR）

MRS指令用于將程序狀態(tài)寄存器的內(nèi)容傳送到通用寄存器中。該指令一般用在以下幾種情況：

當(dāng)需要改變程序狀態(tài)寄存器的內(nèi)容時，可用MRS將程序狀態(tài)寄存器的內(nèi)容讀入通用寄存器，修改后再寫回程序狀態(tài)寄存器。當(dāng)在異常處理或進(jìn)程切換時，需要保存程序狀態(tài)寄存器的值，可先用該指令讀出程序狀態(tài)寄存器的值，然后保存。如：MRS R0，CPSR ；傳送CPSR的內(nèi)容到R0
MRS R0，SPSR ；傳送SPSR的內(nèi)容到R0
MSRMSR｛條件｝ 程序狀態(tài)寄存器（CPSR或SPSR）＿＜域＞，操作數(shù)

MSR指令用于將操作數(shù)的內(nèi)容傳送到程序狀態(tài)寄存器的特定域中。其中，操作數(shù)可以為通用寄存器或立即數(shù)。＜域＞用于設(shè)置程序狀態(tài)寄存器中需要操作的位，32位的程序狀態(tài)寄存器可分為4個域：

位［31：24］為條件標(biāo)志位域，用f表示；

位［23：16］為狀態(tài)位域，用s表示；

位［15：8］為擴(kuò)展位域，用x表示；

位［7：0］為控制位域，用c表示；

該指令通常用于恢復(fù)或改變程序狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，在使用時，一般要在MSR指令中指明將要操作的域。如：

MSR CPSR，R0 ；傳送R0的內(nèi)容到CPSR

MSR SPSR，R0 ；傳送R0的內(nèi)容到SPSR

MSR CPSR＿c，R0 ；傳送R0的內(nèi)容到SPSR，但僅僅修改CPSR中的控制位域
應(yīng)用舉例使能中斷

要是能中斷，必須將寄存器CPSR的bit［7］設(shè)置為0

要將寄存器CPSR的bit［7］設(shè)置為0，但是不能影響其他位，所以必須先用msr讀取出cpsr的值到通用寄存器Rn（n取值0～8），然后修改bit［7］設(shè)置為0，再將該寄存器的值設(shè)置到CPSR中。

代碼如下：

area reset，code
code32
entry
start
bl enale＿irq
enale＿irq
mrs r0，cpsr
bic r0，r0，＃0x80
msr cpsr＿c，r0
mov pc，lr

執(zhí)行結(jié)果：

第8行【其實第8行還沒有執(zhí)行】：

當(dāng)前模式時SVC ，因為開機(jī)商店屬于reset異常，而該異常會自動進(jìn)入svc模式CPSR的值是0X000000D39行

mrs r0，cpsr 將cpsr的內(nèi)容讀取到寄存器r0中R0的值為0X000000D310行

bic r0，r0，＃0x80 將r0的第7個bit位置設(shè)置為0（從低往高數(shù)，0開始計數(shù)）寄存器R0的值變成0x0000005311行

msr cpsr＿c，r0 將構(gòu)造好的值寫回CPSR，此時CPSR的I 位已經(jīng)為0從而實現(xiàn)了中斷使能禁止中斷同理，我們要關(guān)閉中斷，只需要將CPSR的I位設(shè)置為1即可。 area reset，code
code32
entry
start
bl diable＿irq
diable＿irq
mrs r0，cpsr
orr r0，r0，＃0x80
msr cpsr＿c，r0
mov pc，lr
end
設(shè)置各模式的棧地址要想初始化各個模式的棧地址，必須首先切換到對應(yīng)的模式，然后再將棧地址設(shè)置到寄存器sp即可。

代碼：

area reset，code
code32
entry
start
bl stack＿init
stack＿init ； 棧指針初始化函數(shù)
； ＠undefine＿stack
msr cpsr＿c，＃0xdb ； 切換到未定義異常
ldr sp，＝0x34000000 ； 棧指針為內(nèi)存最高地址，棧為倒生的棧
； ?？臻g的最后1M 0x34000000～0x33f00000
； ＠abort＿stack
msr cpsr＿c，＃0xd7 ； 切換到終止異常模式
ldr sp，＝0x33f00000 ； ?？臻g為1M，0x33f00000～0x33e00000
； ＠irq＿stack
msr cpsr＿c，＃0xd2 ； 切換到中斷模式
ldr sp，＝0x33e00000 ； ?？臻g為1M，0x33e00000～0x33d00000
； ＠ sys＿stack
msr cpsr＿c，＃0xdf ； 切換到系統(tǒng)模式
ldr sp，＝0x33d00000 ； ?？臻g為1M，0x33d00000～0x33c00000
msr cpsr＿c，＃0xd3 ； 切換回管理模式
mov pc，lr
end

「結(jié)果分析：」我們只分析undef棧的初始化。

8行

模式切換前，當(dāng)前模式時svc模式，CPSR的值是0x000000D3注意看下SVC和undef模式的SP值都是09行

msr cpsr＿c ，＃ 0xdb 直接對CPSR進(jìn)行賦值，將當(dāng)前模式設(shè)置為undef模式Current模式看到的LR寄存器值變成了0，因為模式切換成了undef模式，該模式下有自己的LR、SP寄存器SVC模式的私有寄存器SP和LR沒有改變12行

12行l(wèi)dr sp，＝0x34000000 將常數(shù)裝載到寄存器sp中，（＝表示這是一條偽指令）注意觀察，SVC模式的sp沒有變化，undef模式的SP被設(shè)置為 0x34000000

其他模式的棧初始化以此類推。

二、尋址方式

處理器根據(jù)指令中給出的地址信息來尋找物理地址的方式。

在講解尋址方式之前，我們首先來看下LDR、STR指令。

1． 加載存儲指令

ARM微處理器支持加載／存儲指令用于在寄存器和存儲器之間傳送數(shù)據(jù)，加載指令用于將存儲器中的數(shù)據(jù)傳送到寄存器，存儲指令則完成相反的操作。

我們之前講的尋址方式都是直接對立即數(shù)或者寄存器尋址，如果我們想訪問外部存儲器的某個內(nèi)存地址或者一些外設(shè)的控制器寄存器該如何操作呢？

那就需要進(jìn)行寄存器間接尋址。如下圖所示，訪問外存需要通過AHB、APB總線，所以往往需要幾個指令周期才能實現(xiàn)1個數(shù)據(jù)的讀寫。

訪問外存LDR指令

LDR指令的格式為：

LDR｛條件｝ 目的寄存器，＜存儲器地址＞
LDR指令用于從存儲器中將一個32位的字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到目的寄存器中。

1） 用于從存儲器中讀取32位的字?jǐn)?shù)據(jù)到通用寄存器，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。2） 當(dāng)程序計數(shù)器PC作為目的寄存器時，指令從存儲器中讀取的字?jǐn)?shù)據(jù)被當(dāng)作目的地址，從而可以實現(xiàn)程序流程的跳轉(zhuǎn)。如：

LDR R0，［R1］ ；將存儲器地址為R1的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器R0。
LDR R0，［R1，R2］ ；將存儲器地址為R1＋R2的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器R0。
LDR R0，［R1，＃8］ ；將存儲器地址為R1＋8的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器R0。
LDR R0，［R1，R2］ ！ ；將存儲器地址為R1＋R2的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器R0，并將
；新地址R1＋R2寫入R1。
LDR R0，［R1，＃8］ ！ ；將存儲器地址為R1＋8的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器R0，并將新
；地址R1＋8寫入R1。
LDR R0，［R1］，R2 ；將存儲器地址為R1的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器R0，并將新地
；址R1＋R2寫入R1。
LDR R0，［R1，R2，LSL＃2］！ ；將存儲器地址為R1＋R2×4的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器R0，
；并將新地址R1＋R2×4寫入R1。
LDR R0，［R1］，R2，LSL＃2 ；將存儲器地址為R1的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器R0，并將新地
；址R1＋R2×4寫入R1。
STR指令

STR指令的格式為：STR｛條件｝ 源寄存器，＜存儲器地址＞STR指令用于從源寄存器中將一個32位的字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到存儲器中。該指令在程序設(shè)計中比較常用，且尋址方式靈活多樣，使用方式可參考指令LDR。如：

STR R0，［R1］，＃8 ；將R0中的字?jǐn)?shù)據(jù)寫入以R1為地址的存儲器中，并將新地址R1＋8寫入R1。
STR R0，［R1，＃8］ ；將R0中的字?jǐn)?shù)據(jù)寫入以R1＋8為地址的存儲器中。

LDR／STR指令都可以加B、H、SB、SH的后綴，分別表示加載／存儲字節(jié)、半字、帶符號的字節(jié)、帶符號的半字。如LDRB指令表示從存儲器加載一個字節(jié)進(jìn)寄存器。當(dāng)使用這些后綴時，要注意所使用的存儲器要支持訪問的數(shù)據(jù)寬度。

LDRB指令

LDRB指令的格式為：

LDR｛條件｝B 目的寄存器，＜存儲器地址＞

LDRB指令用于從存儲器中將一個8位的字節(jié)數(shù)據(jù)傳送到目的寄存器中，同時將寄存器的高24位清零。該指令通常用于從存儲器中讀取8位的字節(jié)數(shù)據(jù)到通用寄存器，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

「指令示例：」

LDRB R0，［R1］ ；將存儲器地址為R1的字節(jié)數(shù)據(jù)讀入寄存器R0，并將R0的高24位清零。
LDRB R0，［R1，＃8］；將存儲器地址為R1＋8的字節(jié)數(shù)據(jù)讀入寄存器R0，并將R0的高24位清零。
LDRH指令

LDRH指令的格式為：

LDR｛條件｝H 目的寄存器，＜存儲器地址＞

LDRH指令用于從存儲器中將一個16位的半字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到目的寄存器中，同時將寄存器的高16位清零。該指令通常用于從存儲器中讀取16位的半字?jǐn)?shù)據(jù)到通用寄存器，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

「指令示例：」

LDRH R0，［R1］ ；將存儲器地址為R1的半字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器R0，并將R0的高16位清零。
LDRH R0，［R1，R2］；將存儲器地址為R1＋R2的半字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器R0，并將R0的高16位清零。
舉例1） STR r0，［r1，＃12］

如上圖所示：

寄存器r0中的值是0x5，r1中的值是0x200將r1的值加上＃12，得到地址0x20c將r0寄存器里的值發(fā)送給該地址對應(yīng)的內(nèi)存，即向地址0x20c中賦值0x52） STR r0，［r1］，＃12

如上圖所示：

寄存器r0的值是0x5，r1中的值是0x200將r0寄存器里的值發(fā)送給該r1中的值對應(yīng)的內(nèi)存，即向地址0x200中賦值0x5將r1的值加上＃12并賦值給r1，r1的值就變成了0x20c

「擴(kuò)展：」比如有以下c代碼

int ＊ptr；
x ＝ ＊ptr＋＋；

經(jīng)過編譯器編譯，可以將這兩行代碼編譯為一條單指令：

LDR r0， ［r1］， ＃4
2． 立即尋址

立即尋址也叫立即數(shù)尋址，這是一種特殊的尋址方式，操作數(shù)本身就在指令中給出，只要取出指令也就取到了操作數(shù)。這個操作數(shù)被稱為立即數(shù)，對應(yīng)的尋址方式也就叫做立即尋址。例如以下指令：

Add r0，r0，＃1 ；R0＝R0＋1

在以上兩條指令中，第二個源操作數(shù)即為立即數(shù)，要求以“?！睘榍熬Y，對于以十六進(jìn)制表示的立即數(shù)，還要求在“＃”后加上“0x”或“＆”。

3． 寄存器尋址

利用寄存器中的數(shù)值作為操作數(shù)，這種尋址方式是各類微處理器經(jīng)常采用的一種方式，也是一種執(zhí)行效率較高的尋址方式。

Add R0 ， R1，R2 ；R0＝R1＋R2

該指令的執(zhí)行效果是將寄存器R1和R2的內(nèi)容相加，其結(jié)果存放在寄存器R0中。

4． 寄存器間接尋址

以寄存器中的值作為操作數(shù)的地址，而操作數(shù)本身存放在存儲器中。例如以下指令：

Add R0，R1，［R2］ ； R0＝R1＋［R2］
LDR R0，［R1］ ； R0＝［R1］

在第一條指令中，以寄存器R2的值作為操作數(shù)的地址，在存儲器中取得一個操作數(shù)后與R1相加，結(jié)果存入寄存器R0中。第二條指令將以R1的值為地址的存儲器中的數(shù)據(jù)傳送到R0中。

5． 基址變址尋址

將寄存器（該寄存器一般稱作基址寄存器）的內(nèi)容與指令中給出的地址偏移量相加，從而得到一個操作數(shù)的有效地址：

LDR R0，［R1，＃4］ ；R0＝［R1＋4］
LDR R0，［R1，＃4］ ！ ；R0＝［R1＋4］、R1＝R1＋4
LDR R0，［R1］，＃4 ；R0＝［R1］ 、R1＝R1＋4
LDR R0，［R1，R2］ ；R0＝［R1＋R2］
6． 多寄存器尋址

采用多寄存器尋址方式，一條指令可以完成多個寄存器值的傳送。這尋址方式可以用一條指令完成傳送最多16個通用寄存器的值。以下指令：

LDMIA R0，｛R1，R2，R3，R4｝ ；R1＝［R0］ R2＝［R0＋4］ R3＝［R0＋8］ R4＝［R0＋12］

該指令的后綴IA表示在每次執(zhí)行完加載／存儲操作后，R0按字長度增加，因此，指令可將連續(xù)存儲單元的值傳送到R1～R4。

7． 相對尋址

與基址變址尋址方式相類似，相對尋址以程序計數(shù)器PC的當(dāng)前值為基地址，指令中的地址標(biāo)號作為偏移量，將兩者相加之后得到操作數(shù)的有效地址。以下程序段完成子程序的調(diào)用和返回，跳轉(zhuǎn)指令BL采用了相對尋址方式：

BL NEXT ；跳轉(zhuǎn)到子程序NEXT處執(zhí)行
……
NEXT
……
MOV PC，LR ；從子程序返回
8． 堆棧尋址、批量加載／存儲指令

堆棧是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，按先進(jìn)后出（First In Last Out，F(xiàn)ILO）的方式工作，使用一個稱作堆棧指針的專用寄存器指示當(dāng)前的操作位置，堆棧指針總是指向棧頂。

批量數(shù)據(jù)加載／存儲指令可以一次在一片連續(xù)的存儲器單元和多個寄存器之間傳送數(shù)據(jù)。常用的加載存儲指令如下：

LDM批量數(shù)據(jù)加載指令
STM批量數(shù)據(jù)存儲指令

LDM（或STM）指令的格式為：

LDM（或STM）｛條件｝｛類型｝ 基址寄存器｛！｝，寄存器列表｛∧｝

LDM（或STM）指令用于從由基址寄存器所指示的一片連續(xù)存儲器到寄存器列表所指示的多個寄存器之間傳送數(shù)據(jù)，該指令的常見用途是將多個寄存器的內(nèi)容入?；虺鰲?。其中，｛類型｝為以下幾種情況：

IA 每次傳送后地址加1；
IB 每次傳送前地址加1；
DA 每次傳送后地址減1；
DB 每次傳送前地址減1；
FD 滿遞減堆棧； 向低地址方向生長
ED 空遞減堆棧；
FA 滿遞增堆棧； 向高地址方向生長
EA 空遞增堆棧；
【滿堆?！浚憾褩Ｖ羔楽P指向最后壓入堆棧的有效數(shù)據(jù)項
【空堆棧】：堆棧指針指向下一個要放入數(shù)據(jù)的空位置

「【特別注意】」

｛?。秊榭蛇x后綴，若選用該后綴，則當(dāng)數(shù)據(jù)傳送完畢之后，將最后的地址寫入基址寄存器，否則基址寄存器的內(nèi)容不改變。
基址寄存器不允許為R15，寄存器列表可以為R0～R15的任意組合。
｛∧｝為可選后綴，當(dāng)指令為LDM且寄存器列表中包含R15，選用該后綴時表示：除了正常的數(shù)據(jù)傳送之外，還將SPSR復(fù)制到CPSR。同時，該后綴還表示傳入或傳出的是用戶模式下的寄存器，而不是當(dāng)前模式下的寄存器。

如：

STMFD R13！，｛R0，R4－R12，LR｝ ；將寄存器列表中的寄存器（R0，R4到R12，LR）存入堆棧，向低地址方向生長。
LDMFD R13！，｛R0，R4－R12，PC｝ ；將堆棧內(nèi)容恢復(fù)到寄存器（R0，R4到R12，LR）。

【注意】要壓棧的寄存器順序可以亂序，但是實際壓棧和出棧仍然會將寄存器順序調(diào)整后再操作。

9． 舉例例1 數(shù)組求和

編寫一個ARM匯編程序，累加一個“數(shù)組”的所有元素，碰上0時停止。結(jié)果放入 r4。

「實在步驟如下：」1） 在源文件末尾按如下方式聲明“數(shù)組”：

array：
．word 0x11
．word 0x22
．word 0

2） 用r0指向“數(shù)組”的入口

LDR r0，＝array

3） 使用LDR r1，［r0］，＃4從“數(shù)組”中裝載數(shù)據(jù)4） 累加并放入r45） 循環(huán)，直到r1為06） 停止，進(jìn)入死循環(huán)

代碼：

area first， code， readonly
code32
entry
start
ldr r0，＝array
； adr r0，array ；ADR為小范圍的地址讀取偽指令
loop
ldr r1，［r0］，＃4
cmp r1，＃0
addne r4，r4，r1
bne loop
stop
b stop
； DCD 偽操作 數(shù)據(jù)緩沖池技術(shù)
； dcd 機(jī)器碼
array
dcd 0x11
dcd 0x22
dcd 0

我們看一下最終執(zhí)行代碼在內(nèi)存中的機(jī)器碼對比圖

由上圖可知：

ldr r0，＝array，編譯器會計算出array標(biāo)號的地址0x0018，注意該值是偏移當(dāng)前指令所在內(nèi)存位置的偏移量，所以該指令最終被翻譯成ldr r0，［pc，＃0x001c］

為什么是0x001c而不是0x0018呢？剛上電時此時pc的值是－4，因為下一條要執(zhí)行的指令的0x0000這個地址的指令

數(shù)組元素的3個值依次存放在0x0018、0x001c、0x001c這3個地址中l(wèi)dr r1，［r0］，＃4每次取出r0指向的內(nèi)存的值并寫入到r1，同時將r0值自加4bne loop 的loop被編譯器計算為地址0x0004例2 內(nèi)存數(shù)據(jù)讀寫

將某個整型值寫入到內(nèi)存0x40000000 中然后再將其讀出。

代碼：

area first， code， readonly
code32
entry
start
mov r0， ＃0x10000003
mov r1， ＃0x40000000 ； SAMSUNG 2410 ， 2410 ＝ ＞ sram 0x40000000 0x3fffff00
str r0， ［r1］ ；內(nèi)存單元的地址r1寄存器的內(nèi)容指示
ldr r2，［r1］
stop
b stop
end

做這個實驗之前需要做以下設(shè)置。IRAM地址為0x40000000，size設(shè)置0x1000，就是我們測試用的IRAM地址范圍是0x40000000－0x40001000

注意，該內(nèi)存地址不是隨意設(shè)置的，查看S3C2440A用戶手冊【因為我們模擬的是S3C2440A這個soc】，從下圖可以清楚看到ram地址空間。

「數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存：」

「從內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)：」

例3 數(shù)據(jù)壓棧退棧

先將棧地址設(shè)置為將要壓棧的數(shù)據(jù)存入寄存器r1－r5中，然后

area first， code， readonly
code32
entry
Start
；mov r0， ＃0x40000000
ldr sp， ＝0x40001000 ；注意地址
mov r1， ＃0x11
mov r2， ＃0x22
mov r3， ＃0x33
mov r5， ＃0x55
； 壓棧
stmfd sp！， ｛r1－r3， r5｝
；stmia r0！， ｛r1－r3， r5｝ ； 加感嘆號是自動修改基地址
mov r1， ＃0
mov r2， ＃0
mov r3， ＃0
mov r5， ＃0
ldmfd sp！， ｛r1－r3， r5｝
；ldmdb r0！， ｛r2，r1，r3， r5｝ ； 寄存列表書寫順序無所謂， 低地址內(nèi)容對應(yīng)低編號寄存器
stop
b stop
end

在壓棧前，內(nèi)存0x40001000地址全為0。sp的值為0x40001000。

執(zhí)行命令ldmfd sp！， ｛r1－r3， r5｝壓棧后，因為我們是滿遞減堆棧，并且SP后又！，所以內(nèi)存0x40000ff0地址開始的數(shù)據(jù)是0x11、0x22、0x33、0x44，sp的值修改為為0x40000ff0。以下是壓棧后內(nèi)存的數(shù)據(jù)：

例4 函數(shù)嵌套調(diào)用

當(dāng)有多級函數(shù)嵌套，函數(shù)返回值我們不可能都存儲在通用寄存器中，必須利用ldm將程序跳轉(zhuǎn)前的寄存器值以及函數(shù)的返回地址壓棧。

area first， code， readonly
code32
entry
start
ldr sp， ＝0x40002000
mov r1， ＃0x11
mov r2， ＃0x22
mov r3， ＃0x33
mov r5， ＃0x55
bl child＿func1 ； 【先寫跳轉(zhuǎn)到 child＿func1，再寫跳轉(zhuǎn)到child＿func】
add r0， r1，r2
stop
b stop
； 非葉子函數(shù)
child＿func
stmfd sp！， ｛r1－r3，r5，lr｝ ；；；在子函數(shù)里首先將所有寄存器值壓棧保存，
；；防止在子函數(shù)里篡改原本在主函數(shù)里運(yùn)算需要的值，
；；通常需要把r0－r12全都保存，為了安全和程序通用性應(yīng)該這么做
mov r1， ＃10 ；；在這里子函數(shù)想怎么做自己的事情就可以做自己的事情
bl child＿func1
ldmfd sp！， ｛r1－r3，r5，lr｝；；；；； 放在主函數(shù)bl之后的第一句行嗎？
mov pc， lr
child＿func1
stmfd sp！， ｛r1－r3，r5｝；；；不論嵌套多少層子函數(shù)，都是先壓棧，
mov r1， ＃11
ldmfd sp！， ｛r1－r3，r5｝；；對應(yīng)的，在返回到自己的父函數(shù)之前將自己出棧
mov pc， lr
end

讀者可以自己debug，查看內(nèi)存的內(nèi)容變化

四、ldrex 和 strex1． LDREX

LDREX可從內(nèi)存加載數(shù)據(jù)。

如果物理地址有共享TLB屬性，則「LDREX會將該物理地址標(biāo)記為由當(dāng)前處理器獨(dú)占訪問」，并且會「清除該處理器對其他任何物理地址的任何獨(dú)占訪問標(biāo)記」。

否則，會標(biāo)記：執(zhí)行處理器已經(jīng)標(biāo)記了一個物理地址，但訪問尚未完畢。

2． STREX

STREX可在一定條件下向內(nèi)存存儲數(shù)據(jù)。

條件具體如下：

如果物理地址沒有共享TLB屬性，且執(zhí)行處理器有一個已標(biāo)記但尚未訪問完畢的物理地址，那么將會進(jìn)行存儲，清除該標(biāo)記，并在Rd中返回值0。

如果物理地址沒有共享TLB屬性，且執(zhí)行處理器也沒有已標(biāo)記但尚未訪問完畢的物理地址，那么將不會進(jìn)行存儲，而會在Rd中返回值1。

如果物理地址有共享TLB屬性，且已被標(biāo)記為由執(zhí)行處理器獨(dú)占訪問，那么將進(jìn)行存儲，清除該標(biāo)記，并在Rd中返回值0。

如果物理地址有共享TLB屬性，但沒有標(biāo)記為由執(zhí)行處理器獨(dú)占訪問，那么不會進(jìn)行存儲，且會在Rd中返回值1。

3． 語法LDREX｛cond｝ Rt， ［Rn ｛， ＃offset｝］
STREX｛cond｝ Rd， Rt， ［Rn ｛， ＃offset｝］
LDREXB｛cond｝ Rt， ［Rn］ 字節(jié)加載
STREXB｛cond｝ Rd， Rt， ［Rn］ 字節(jié)存儲
LDREXH｛cond｝ Rt， ［Rn］ 半字加載
STREXH｛cond｝ Rd， Rt， ［Rn］ 半字存儲
LDREXD｛cond｝ Rt， Rt2， ［Rn］ 雙字加載
STREXD｛cond｝ Rd， Rt， Rt2， ［Rn］ 雙字存儲

其中：

cond
是一個可選的條件代碼（請參閱條件執(zhí)行）。
Rd
是存放返回狀態(tài)的目標(biāo)寄存器。
Rt
是要加載或存儲的寄存器。
Rt2
為進(jìn)行雙字加載或存儲時要用到的第二個寄存器。
Rn
是內(nèi)存地址所基于的寄存器。
offset
為應(yīng)用于 Rn 中的值的可選偏移量。offset 只可用于 Thumb－2 指令中。如果省略 offset，則認(rèn)為偏移量為 0。
實現(xiàn)原子操作

利用 LDREX 和 STREX 可在多個處理器和共享內(nèi)存系統(tǒng)之前實現(xiàn)進(jìn)程間通信。

原理

將對一個內(nèi)存地址的原子操作拆分成兩個步驟，一起完成對內(nèi)存的原子操作?？梢岳斫鉃閳?zhí)行LDREX Rd ［Rs］指令會標(biāo)記對［Rs］這個內(nèi)存地址的訪問是獨(dú)占狀態(tài)（exclusive state）。而執(zhí)行STREX R0 Rd ［Rs］指令會讓先前處于獨(dú)占狀態(tài)的內(nèi)存地址［Rs］轉(zhuǎn)變?yōu)檎顟B(tài)，并且設(shè)置R0為0。若執(zhí)行STREX R0 Rd ［Rs］指令時，內(nèi)存地址［Rs］是正常狀態(tài)，則指令的存儲動作會失敗，并且R0置為1。

在 linux 中原子操作對應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為 atomic＿t，定義如下：

typedef struct ｛
int counter；
｝ atomic＿t；

本質(zhì)上就是一個整型變量。

比如我們要對原子變量實行加操作，使用獨(dú)占指令完成累加操作。

＃if ＿＿LINUX＿ARM＿ARCH＿＿ ＞＝ 6 －－－－（1）
static inline void atomic＿add（int i， atomic＿t ＊v）
｛
unsigned long tmp；
int result；
／／ 使用獨(dú)占指令讀取，然后執(zhí)行加操作，獨(dú)占寫失敗時就重新執(zhí)行
prefetchw（＆v－＞counter）； －－－－（2）
＿＿asm＿＿ ＿＿volatile＿＿（
＂＠ atomic＿add＂ －－－－（3）
＂1： ldrex ％0， ［％3］＂ －－－－（4）
＂ add ％0， ％0， ％4＂ －－－－（5）
＂ strex ％1， ％0， ［％3］＂ －－－－（6）
＂ teq ％1， ＃0＂ －－－－（7）
＂ bne 1b＂
： ＂＝＆r＂ （result）， ＂＝＆r＂ （tmp）， ＂＋Qo＂ （v－＞counter） －－－對應(yīng)％0，％1，％2
： ＂r＂ （＆v－＞counter）， ＂Ir＂ （i） －－－－對應(yīng)％3，％4
： ＂cc＂）；
｝
＃else
＃ifdef CONFIG＿SMP

原理：

（1）ARMv6之前的CPU并不支持SMP，之后的ARM架構(gòu)都是支持SMP的（例如我們熟悉的ARMv7－A）。因此，對于ARM處理，其原子操作分成了兩個陣營，一個是支持SMP的ARMv6之后的CPU，另外一個就是ARMv6之前的，只有單核架構(gòu)的CPU。對于UP，原子操作就是通過關(guān)閉CPU中斷來完成的。

（2）這里的代碼和preloading cache相關(guān)。在strex指令之前將要操作的memory內(nèi)容加載到cache中可以顯著提高性能。

（3）其中％3就是input operand list中的”r” （＆v－＞counter），r是限制符（constraint），用來告訴編譯器gcc，你看著辦吧，你幫我選擇一個通用寄存器保存該操作數(shù)吧。

％0 對應(yīng)output openrand list中的”＝＆r” （result），＝ 表示該操作數(shù)是write only的，＆ 表示該操作數(shù)是一個earlyclobber operand，

編譯器在處理嵌入式匯編的時候，傾向使用盡可能少的寄存器，如果output operand沒有＆修飾的話，匯編指令中的input和output操作數(shù)會使用同樣一個寄存器。因此，＆確保了％3和％0使用不同的寄存器。

（5）完成步驟（4）后，％0這個output操作數(shù)已經(jīng)被賦值為atomic＿t變量的old value，這里的操作是要給old value加上i。

這里％4對應(yīng)”Ir” （i），這里“I”這個限制符對應(yīng)ARM平臺，表示這是一個有特定限制的立即數(shù)，該數(shù)必須是0～255之間的一個整數(shù)通過rotation的操作得到的一個32bit的立即數(shù)。

這是和ARM的data－processing instructions如何解析立即數(shù)有關(guān)的。每個指令32個bit，其中12個bit被用來表示立即數(shù)，其中8個bit是真正的數(shù)據(jù)，4個bit用來表示如何rotation。

（6）這一步將修改后的new value保存在atomic＿t變量中。是否能夠正確的操作的狀態(tài)標(biāo)記保存在％1操作數(shù)中，也就是”＝＆r” （tmp）。

（7）檢查memory update的操作是否正確完成，如果OK，皆大歡喜，如果發(fā)生了問題（有其他的內(nèi)核路徑插入），那么需要跳轉(zhuǎn)到lable 1那里，從新進(jìn)行一次read－modify－write的操作。

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