arm v8r中汇编指令stp的详细用法

好的，我们来深入探讨 ARMv8-R（AArch32 架构）中的 STP 指令。这是一条非常高效且重要的指令，尤其在现代编译器和系统编程中。

1. STP 是什么？

STP 是 Store Pair 的缩写，意为存储一对寄存器。它的核心功能是将两个通用寄存器的值，连续地存储到相邻的两块内存空间中（通常是栈空间）。

• 优势：它将两个单独的 STR（Store Register）指令合并为一条指令，从而：
  1. 减少代码尺寸：一条指令代替两条。
  2. 提高性能：减少指令 fetch 和解码的开销，并且内存系统通常更高效地处理连续的存储操作。

在 ARMv8-R（运行 AArch32 状态）中，STP 是 ARMv8 架构引入的指令，在 ARMv7-R（如 Cortex-R 系列）中不可用。v8-R 通常用于高实时性、高可靠性的场景，STP 指令对其性能优化很有帮助。

2. 语法格式 (AArch32)

ARMv8-AArch32 状态下的 STP 指令语法如下：

STP{<c>}{<q>} <Rt1>, <Rt2>, [<Rn>{, #<imm>}]
STP{<c>}{<q>} <Rt1>, <Rt2>, [<Rn>], #<imm>    ; Post-indexed
STP{<c>}{<q>} <Rt1>, <Rt2>, [<Rn>, #<imm>]!   ; Pre-indexed

• {<c>}：条件码（可选），如 EQ, NE, GT 等。例如 STPEQ。在 ARMv8 中，大多数指令默认为无条件执行，通常省略。
• {<q>}：指令宽度限定符（可选），在 Thumb 模式下使用，如 .W（Wide）来强制使用 32 位编码。
• <Rt1>, <Rt2>：要存储的源寄存器对。它们必须是通用寄存器（如 R0-R12）。
  • 重要限制：在 AArch32 状态下，<Rt1> 和 <Rt2> 必须是两个相邻的寄存器，并且 <Rt1> 必须是偶数编号的寄存器。
  • 合法示例：R0 和 R1, R2 和 R3, R8 和 R9, R10 和 R11。
  • 非法示例：R1 和 R2（起始不是偶数）, R4 和 R6（不相邻）。
• <Rn>：基址寄存器，包含要存储到的内存地址。
• #<imm>：有符号的立即数偏移量。该立即数必须是 4 的倍数，范围取决于指令的具体形式，但通常是一个较小的数字（例如 -1024 到 +1020）。
• []：寻址模式：
  • [<Rn>{, #<imm>}]：偏移模式。内存地址是 Rn + imm。Rn 寄存器本身的值不会改变。这是最常用的模式。
  • [<Rn>], #<imm>：后变址模式。内存地址是 Rn 的原始值。存储操作完成后，Rn 的值会被更新为 Rn + imm。
  • [<Rn>, #<imm>]!：前变址模式。内存地址是 Rn + imm。在存储操作之前，Rn 的值会先被更新为 Rn + imm。

3. 作用与用途详解

作用：将寄存器 Rt1 的值存储到内存地址 [address]，将寄存器 Rt2 的值存储到内存地址 [address] + 4。

主要用途：

1. 函数开场 (Function Prologue)：在函数开始时，将需要保留的链接寄存器（LR/R14）和帧指针（FP/R11）或者其他需要保存的寄存器对压入栈中，以便函数返回时恢复。

   push    {r11, lr}    ; 传统的 PUSH 方式
   ; 等价于 (概念上，并非完全一样):
   STP     R11, LR, [SP, #-8]! ; 更现代、更高效的方式：预减栈指针并存储
   

2. 保存局部变量：将函数中的临时寄存器值保存到栈上，以便腾出这些寄存器供后续计算使用。

   STP     R4, R5, [SP, #-8]! ; 保存 R4 和 R5 到栈上，SP 先减 8
   ... ; 使用 R4 和 R5 进行计算
   LDP     R4, R5, [SP], #8   ; 函数返回前，从栈上恢复 R4 和 R5，SP 后加 8
   

3. 批量内存初始化：高效地将一对寄存器值写入连续的内存位置。

4. 详细示例

假设栈指针 SP 当前指向 0x8000_1000。

示例 1：偏移模式 (Offset)

STP R6, R7, [SP, #16]  ; 将 R6 和 R7 存储到 SP+16 的位置

• 操作：
  1. 计算内存地址：Effective Address = SP + 16 = 0x8000_1010
  2. 将 R6 的值存储到 [0x8000_1010]
  3. 将 R7 的值存储到 [0x8000_1010 + 4] = [0x8000_1014]
• 结果：SP 的值保持不变（0x8000_1000）。

示例 2：前变址模式 (Pre-indexed) - 最常用于压栈

STP R8, R9, [SP, #-8]! ; 先将 SP 减 8，然后将 R8/R9 存储到新 SP 指向的地址

• 操作：
  1. 计算新地址：New SP = SP - 8 = 0x8000_0FF8
  2. 将 R8 的值存储到 [New SP] = [0x8000_0FF8]
  3. 将 R9 的值存储到 [New SP + 4] = [0x8000_0FFC]
  4. SP 寄存器被更新为 New SP (0x8000_0FF8)
• 结果：SP 指向 0x8000_0FF8，R8 和 R9 的值已成功压入栈顶。这是模拟 PUSH {R8, R9} 的现代方式。

示例 3：后变址模式 (Post-indexed)

STP R10, R11, [SP], #8 ; 先将 R10/R11 存储到 SP 当前指向的地址，然后 SP 加 8

• 操作：
  1. 将 R10 的值存储到 [SP] = [0x8000_1000]
  2. 将 R11 的值存储到 [SP + 4] = [0x8000_1004]
  3. 更新 SP 寄存器：New SP = SP + 8 = 0x8000_1008
• 结果：数据存储在了 0x8000_1000 和 0x8000_1004，SP 指向了新的位置 0x8000_1008。这常用于从栈中弹出一个区域，但通常 LDP 与之配合更常见。

5. 与 LDP (Load Pair) 的配合

STP 几乎总是与它的逆指令 LDP (Load Pair) 配对使用，用于数据的保存和恢复。

my_function:
    // 函数开场：保存帧指针和返回地址
    STP     R11, LR, [SP, #-8]!   // Push {R11, LR}
    MOV     R11, SP               // 设置帧指针

    // 保存其他需要使用的寄存器
    STP     R4, R5, [SP, #-8]!    // Push {R4, R5}

    ... // 函数主体

    // 函数收场：恢复寄存器并返回
    LDP     R4, R5, [SP], #8      // Pop {R4, R5}
    LDP     R11, LR, [SP], #8     // Pop {R11, LR}
    BX      LR                    // 返回

总结

特性	说明
指令	STP (Store Pair of Registers)
功能	将两个相邻的通用寄存器的值存储到连续的内存地址中。
主要优势	代码密度高，执行效率高。
关键约束	Rt1 和 Rt2 必须是相邻寄存器对，且 Rt1 必须是偶数编号。
常用寻址模式	前变址 (!)：用于函数开场的压栈操作 (PUSH 等效)。 偏移模式：用于存储到栈帧内的特定位置。 后变址：较少用于 STP，更多用于 LDP 弹栈。
典型应用	函数prologue/epilogue、保存/恢复寄存器上下文、高效内存写入。

掌握 STP/LDP 指令对是编写高效 ARMv8-R AArch32 汇编代码的关键，尤其是在进行栈操作和寄存器维护时。