嵌入式：堆栈寻址、相对寻址与ARM指令总结

堆栈寻址

堆栈是一种数据结构，按先进后出（First In Last Out，FILO）的方式工作，使用一个称作堆栈指针（SP）的专用寄存器（R13）指示当前的操作位置，堆栈指针总是指向栈顶。

当堆栈指针指向最后压入堆栈的数据时，称为满堆栈（Full Stack），而当堆栈指针指向下一个将要放入数据的空位置时，称为空堆栈（Empty Stack）。

根据堆栈的生成方式，又可以分为递增堆栈（Ascending Stack）和递减堆栈（Decending Stack），当堆栈由低地址向高地址生成时，称为递增堆栈，当堆栈由高地址向低地址生成时，称为递减堆栈。

堆栈工作方式

这样就有四种类型的堆栈工作方式

• 满递增堆栈：堆栈指针指向最后压入的数据，且由低地址向高地址生成。
• 满递减堆栈：堆栈指针指向最后压入的数据，且由高地址向低地址生成。
• 空递增堆栈：堆栈指针指向下一个将要放入数据的空位置，且由低地址向高地址生成。
• 空递减堆栈：堆栈指针指向下一个将要放入数据的空位置，且由高地址向低地址生成

堆栈寻址的实现

（1）在ARM指令中，堆栈寻址是通过Load/Store指令来实现的，如：

STMFD  SP!,{R1-R7,LR} ;将R1-R7，LR入栈
    LDMFD  SP!,{R1-R7,LR}  ;数据出栈，放入R1-R7,LR

（2）在Thumb指令中，堆栈寻址通过PUSH/POP指令来实现，如：

PUSH   {R1-R7，LR} ;将R1-R7，LR入栈 
    POP    {R1-R7，PC} ;数据出栈，放入R1-R7,PC

相对寻址

与基址变址寻址方式相类似，相对寻址以程序计数器PC的当前值为基地址，指令中的地址标号作为偏移量，将两者相加之后得到操作数的有效地址。以下程序段完成子程序的调用和返回，跳转指令BL采用了相对寻址方式：

BL  NEXT      ；跳转到子程序
                     ； NEXT处执行
……              
NEXT
……              
MOV PC，LR   ；从子程序返回

ARM指令详细介绍

ARM指令集总体分为以下6类：

• 数据处理指令；
• Load/Store指令；
• 程序状态寄存器与通用寄存器之间的传送指令；
• 转移指令；
• 异常中断指令；
• 协处理器指令。

ARM 指令及功能描述

数据处理指令（22条）

Load/Store指令（5条）

状态寄存器与通用寄存器之间的传送指令（2条）

转移指令（4条）

异常中断产生指令（3条）

协处理器指令（5条）

参考文献：

孟祥莲．嵌入式系统原理及应用教程（第2版）[M]．北京：清华大学出版社，2017.