ARM的栈指令

ARM的指令系统中关于栈指令的内容比较容易引起迷惑，这是因为准确描述一个栈的特点需要两个参数：

• 栈地址的增长方向：ARM将向高地址增长的栈称为递增栈（Descendent Stack），将向低地址增长的栈称为递减栈（Acendant Stack）
• 栈指针的指向位置：ARM将栈指针指向栈顶元素位置的栈称为满栈（Full Stack），讲栈指针指向即将入栈的元素位置的栈称为空栈（Empty Stack）

1. 栈类型

根据栈地址增长方向雨栈指针指向位置的不同，自然可以将栈分为四类：

	递增栈	递减栈
空栈	EA栈	ED栈
满栈	FA栈	FD栈

图1描述了四种不同类型的栈，其中虚线部分表示即将入栈的元素。

图1 栈类型

2. 栈指令

栈的操作指令无非两种：入栈和出栈，由于ARM描述了四种不同类型的栈，因此对应的栈指令一共有8条。

	入栈	出栈
EA栈	STMEA	LDMEA
ED栈	STMED	LDMED
FA栈	STMFA	LDMFA
FD栈	STMFD	LDMFD

这些指令具有相似的前缀：

• STM：（STore Multiple data）表示存储数据，即入栈。
• LDM：（LoaD Multiple data）表示加载数据，即出栈。

一般情况下，可以将栈操作指令分解为两步微指令：数据存取和栈指针移动。这两步操作的先后顺序和栈指针的移动方式由栈的类型决定。

	第一步	第二步	等价指令
STMEA	写[SP]	SP增加	STMIA
LDMEA	SP减少	读[SP]	LDMDB
STMED	写[SP]	SP减少	STMDA
LDMED	SP增加	读[SP]	LDMIB
STMFA	SP增加	写[SP]	STMIB
LDMFA	读[SP]	SP减少	LDMDA
STMFD	SP减少	写[SP]	STMDB
LDMFD	读[SP]	SP增加	LDMIA

ARM中存在一组缓冲区操作指令和栈指令是一一对应的，他们完成相同的功能。这些指令含义的区别来源于对存取操作的缓冲区指针地址增长方向，以及存取操作和缓冲区指针移动的先后顺序决定的。这个和前面描述的栈类型的分类原则十分相似。

	指针递增（Increase）	指针递减（Decrease）
存取前移动指针（Before）	IB	DB
存取后移动指针（After）	IA	DA

3. 使用举例

虽然ARM的栈类型和相关的操作指令比较繁琐，但是实际上最常用的还是和x86指令集相同的栈类型：栈向低地址方向增长，且栈指针指向栈顶元素的位置，即ARM的FD栈。因此最常见的ARM栈指令操作是STMFD和LDMFD。

	x86	ARM
入栈	PUSH	STMFD/STMDB
出栈	POP	LDMFD/LDMIA

例如入栈指令：

STMFD SP,{R0-R3}

实际的微指令操作为：

[SP-4]  <=  R3
[SP-8]  <=  R2
[SP-12] <=  R1
[SP-16] <=  R0

在ARM的指令系统中，递减栈入栈操作的参数入栈顺序是从右到左依次入栈，而参数的出栈顺序则是从左到右的逆操作。对于递增栈，相应的操作则全部取反。
例如出栈指令：

LDMFD SP,{R4-R7}

实际的微指令操作为：

[SP]    =>  R4
[SP+4]  =>  R5
[SP+8]  =>  R6
[SP+12] =>  R7

上述的入栈和出栈指令其实仅仅对栈做了存取操作，并未真正改变SP指针的值。正常情况下，我们希望对栈操作后能自动修改栈指针SP的值，使用如下指令可以达到该目的。

STMFD SP!,{R0-R3}

对应的微指令操作为：

[SP-4]  <=  R3
[SP-8]  <=  R2
[SP-12] <=  R1
[SP-16] <=  R0
SP      ＝  SP - 16

同样的：

LDMFD SP!,{R4-R7}

对应的微指令操作为：

[SP]    =>  R4
[SP+4]  =>  R5
[SP+8]  =>  R6
[SP+12] =>  R7
SP      ＝  SP + 16

希望通过本文对你理解ARM的栈指令有所帮助。