如何知道在LDRH指令中哪些半字位（8位）要移位到Rd（目标寄存器）？

Posted 2023-01-08

我正在做一个h.w，我必须为LDRH指令制作一个存储器指令格式和单个数据路径周期。在计算地址（rn +扩展的imm12）之后，我们得到一个存储在Rd中的32位值，但32位值（二进制）中的8位将存储在Rd中（我知道8位将存储在较低位）路的尽头？

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

这是问题所在

考虑ARM ISA中的LDRH（加载半字）指令。指令的格式如下：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，并将数据存储为将32位值符号扩展到目标寄存器Rd中。

（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以位为单位提及每个字段的大小。

（b）中。修改分配的下一页上的单周期ARM处理器以实现LDRH。显示数据路径中的所有必要更改，并绘制实现指令可能需要的任何其他控制信号。请使用不同颜色的笔/荧光笔（或提供数字解决方案的不同字体和线条颜色），而不是图表上的颜色，以便标记更容易理解您的解决方案。

答案

怎么知道半字位（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，“字”表示32位，“半字”表示16位。

此外，LDRH指令不进行符号扩展，但它是零扩展。

这里描述的指令是LDRSB，而不是LDRH。 LDRSB签署 - 扩展8位。

在计算地址后......我们得到一个存储在Rd中的32位值，但是32位中的8位是要存储的吗？

计算的地址不存储在任何寄存器中。该地址用于寻址RAM中的一个字节（或任何类型的存储器）。

换句话说：计算的地址是存储器中某处的地址。

将读取存储在该地址的字节。

该字节将写入寄存器Rd的低8位。因为指令对值进行了扩展，所以读取的值的第7位将被复制到Rd的第31 ... 8位。 （假设我们正在讨论LDRSB。）

这样做是因为（在十进制系统中）正数在前置“零”数字时（在二进制系统中：位）保持不变，在二进制补码算术中，当前面加“1”位时，负数保持不变：

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，则数字被解释为“负数”。

指令LDRB会对值进行零扩展，这意味着二进制数不会被解释为二进制补码，而是一个没有符号的正数：

10100 = 000000010100 = decimal 20

因此，LDRB只会将位31 ... 8设置为零。

对于16位指令（LDRH和LDRSH），将读取两个字节：

计算出的地址的字节将被读入低8位，并且该字节后面的字节将被读入位15 ... 8。在LDRSH的情况下，第二个字节的最高位将被复制到位31 ... 16;在LDRH的情况下，这些位将简单地设置为零。

例：

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