assembly - 如何知道在 LDRH 指令中将哪些半字位（8 位）移到 Rd（目标寄存器）？

Question

我正在做一个硬件，我必须为 LDRH 指令制作内存指令格式和单个数据路径周期。在计算地址（rn + 扩展 imm12）之后，我们得到一个 32 位值存储在 Rd 中，但是 32 位值（二进制）中的 8 位将存储在 Rd 中（我知道 8 位将存储在较低的路的尽头？

我也在 Arm32 中工作，并将其视为示例 LDRH Rd ， [Rn ，#imm12]。

这是问题

考虑 ARM ISA 中的 LDRH（加载半字）指令。指令格式如下： LDRH Rd, [Rn,#imm12] 该指令从（Rn + 0-扩展立即数）指定的地址读取 8 位（1 字节）数据，并将数据存储为符号扩展的 32 位值到目标寄存器 Rd。

(a) 给出 LDRH 指令的 32 位指令格式。根据您对 ARM 体系结构的了解来命名格式。清楚地标记所有指令字段并提及每个字段的大小（以位为单位）。

(b)。在作业的下一页修改单周期 ARM 处理器以实现 LDRH。显示数据路径中所有必要的更改，并绘制执行指令可能需要的任何其他控制信号。请使用与图表颜色不同的颜色笔/荧光笔（或不同的字体和线条颜色，如果提供数字解决方案），以使标记更容易理解您的解决方案。

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Answer 1

如何知道半字位（8位）...

...并将数据作为符号扩展的 32 位值存储到目标寄存器 Rd 中。

在 ARM 术语中，“ word ”表示 32 位，“ halfword ”表示 16 位。

此外，该LDRH指令不进行符号扩展，而是进行零扩展。

这里描述的指令是LDRSB，不是LDRH。LDRSB符号扩展 8 位。

计算地址后……我们得到一个 32 位的值，它存储在 Rd 中，但是 32 位中的 8 位……要存储？

计算出的地址不会存储到任何寄存器中。该地址用于寻址 RAM（或任何类型的存储器）中的一个字节。

换句话说：计算的地址是内存中某处的地址。

将读取存储在该地址的字节。

该字节将被写入寄存器的低 8 位Rd。因为指令对值进行符号扩展，所以读取的值的第 7 位值将被复制到 的第 31...8 位Rd。（假设我们在谈论LDRSB。）

这样做是因为（如在十进制系统中）一个正数在添加“零”数字（在二进制系统中：位）时保持不变，而在二进制补码算术中，一个负数在添加“一”位时保持相同：

decimal 12 = decimal 0000012
01100 = 000000001100 = decimal 12
10100 = 111111110100 = decimal -12

...如果在使用二进制补码时设置了最高位，则一个数字被解释为“负”数。

该指令LDRB将对值进行零扩展，这意味着二进制数不会被解释为二进制补码，而是被解释为没有符号的正数：

10100 = 000000010100 = decimal 20

因此LDRB只需将位 31...8 设置为零。

对于 16 位指令 (LDRH和LDRSH)，将读取两个字节：

计算出的地址处的字节将被读入低 8 位，随后的字节将被读入 15...8 位。在 ;的情况下，第二个字节的最高位将被复制到第 31...16 位LDRSH。在 的情况下，这些位将简单地设置为零LDRH。

例子：

R0 = 1234000 (decimal)

Content of the memory:
  Address 1234012: 9A (hexadecimal)
  Address 1234013: 7A (hex.)
  Address 1234014: BC (hex.)
  Address 1234015: DE (hex.)
  Address 1234016: 7E (hex.)

Program:
  LDRSB R1, [R0, #12]
  LDRSB R2, [R0, #13]
  LDRB R3, [R0, #12]
  LDRSH R4, [R0, #14]
  LDRSH R5, [R0, #15]
  LDRH R6, [R0, #14]

Results:
    R1 = FFFFFF9A
    R2 = 0000007A
    R3 = 0000009A
    R4 = FFFFDEBC
    R5 = 00007EDE
    R6 = 0000DEBC