RTOS系列（13）：汇编LDR指令、LDR伪指令、[Rn]寄存器间接引用详细解析

编程入门行业动态更新时间:2024-10-07 00:14:19

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RTOS系列（13）：汇编LDR指令、LDR伪指令、[Rn]寄存器间接引用详细解析

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前言

汇编LDR指令在RTOS中使用的比较频繁，尤其是在PendSV中进行上下文切换的时候，LDR指令是不可缺少的，我们在看uC/OS、FreeRTOS、RT-Thread的源码时，都能够看到LDR的身影。由于LDR指令有2个名字：LDR指令、LDR伪指令，这就给我们理解LDR带来了困难，很容易混淆。本文就详细分析一下汇编LDR、[Rn]间接引用的原理。

Rn和[Rn] 的区别

[Rn] 表示间接寻址，类似指针, 在汇编指令中， Rn和[Rn]的区别就是，前者Rn操作是直接取寄存器Rn中的值，[Rn]则是将寄存器Rn存放的值认为是一个地址，然后取这个地址中的值。

LDR指令、LDR伪指令

LDR指令和LDR伪指令在使用的时候虽然都是使用LDR，但其实不是一个东西，其实也很容易区别，LDR后面带 ‘=’ 的就是LDR伪指令，其他则是LDR指令。
LDR伪指令的设计目的是为了把一个32位立即数或内存地址存入到一个寄存器。CPU在遇到LDR伪指令时，会判断这个32位立即数或地址，来决定是使用MOV指令，还是使用LDR 指令。

LDR指令

LDR R0, 0x12345678  ;把0x12345678这个地址中的值存放到r0中。而mov不能干这个活，mov只能在寄存器之间移动数据，;或者把立即数移动到寄存器中。

LDR R0，R1  		;表示把r1寄存器中的值放入r0

LDR R0，[R1] 		; [R1]表示R1中值对应内存的地址，所以这里是把R1中的数当作一个地址，把这个地址指向的内存中的值放入R0.; 所以[R1] 相当于间接引用，类似C语言的指针,通过指针来取数。

LDR伪指令

LDR R0, =0x12345678		;把0x12345678这个地址写到r0中了。所以，ldr伪指令和mov是比较相似的。只不过mov指令限制了立即数的长度为8位，;也就是不能超过512。而ldr伪指令没有这个限制。如果使用ldr伪指令时，后面跟的立即数没有超过8位，;那么在实际汇编的时候该ldr伪指令是被转换为mov指令的

LDR R0, =_start 	; 将指定标号的值赋给r0, 这里取得的是标号 _start 的绝对地址，这个绝对地址（链接地址）是在链接的时候确定的。;它要占用 2 个 32bit的空间，一条是指令，另一条是文字池中存放_start 的绝对地址。

LDR指令、伪指令使用举例分析

#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include <stdio.h>typedef struct tcb{unsigned int *pstk;u16 a;u16 b;
} tcb_t;static unsigned int currStack[32];
static tcb_t currTCB;
volatile tcb_t *pCurrTCB = NULL;__asm void asm_func(void)
{extern pCurrTCBPRESERVE8 ldr	r3, =pCurrTCB  				/* [1] */ldr r1, [r3]					/* [2] */ldr r0, [r1]					/* [3] */ldmia r0, {r4-r11}				/* */nop 
}int main(void)
{	 currTCB.pstk = &currStack[31];currTCB.a = 0x0102;currTCB.b = 0x0304;currStack[31] = 11;currStack[30] = 10;currStack[29] = 9;currStack[28] = 8;currStack[27] = 7;currStack[26] = 6;currStack[25] = 5;currStack[24] = 4;pCurrTCB = &currTCB;printf("currStack[31] addr:0x%X\n", &currStack[31]);printf("currTCB's addr:0x%X\n", &currTCB);printf("pCurrTCB's addr:0x%X\n", &pCurrTCB);printf("pCurrTCB's addr:0x%X\n", pCurrTCB);asm_func();return 0;
}

打印结果：

&currStack[31]:0x200000AC
&currTCB:0x20000000
&pCurrTCB:0x20000008
pCurrTCB:0x20000000

内存现场分析

关键指令分析：

ldr	r3, =pCurrTCB  				/* [1] */
ldr r1, [r3]					/* [2] */
ldr r0, [r1]					/* [3] */

将pCurrTCB的地址作为立即数赋值给r3，执行该命令后，r3 = 0x20000008，而0x20000008地址中的内容是0x20000000
[r3] 的含义是，间接引用，将r3中的值转换成一个内存地址，然后再将这个内存地址中的值赋值给r1，所以我们可以简单推导：
a. 寄存器r3中的值为0x20000008
b. 将0x20000008当成内存地址。
c. 将内存地址0x20000008中的内容0x20000000 赋值给r1.
将r1中的值作为地址，取出该地址指向的值给r0
a. 寄存器r1中的值为0x20000000
b. 将0x20000000当成内存地址。
c. 将内存地址0x20000000中的内容0x200000AC 赋值给r0

执行完上述3条命令后，r0中的值就是堆栈currStack的栈顶位置了，uC/OS、FreeRTOS都利用了这一特点来通过TCB标号，计算出任务的堆栈栈顶位置，然后进行保存现场/恢复现场。