ARM的栈与栈指令

ssdgh

一、定义：栈(Stack)是限定仅在一端进行插入或删除操作的线性表。
因此，对栈来说，可以进行插入或删除操作的一端端称为栈顶(top)，相应地，另一端称为栈底(bottom)。不含元素的空表称为空栈。由于堆栈只允许在一端进行操作，因而按照后进先出（LIFO-Last In First Out）的原理运作。从栈顶的定义来看，栈顶的位置是可变的。空栈时，栈顶和栈底重合；满栈时，栈顶离栈底最远。ARM为堆栈提供了硬件支持，它使用一个专门的寄存器（堆栈指针）指向堆栈的栈顶。而且7种模式都有各自独立的堆栈指针，也就是有各自独立的堆栈空间。
二、如何描述一个栈
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（也叫做向上增长）的栈称为递增栈（ascendant Stack），将向低地址增长（也叫做向下增长）的栈称为递减栈（descendantStack）
) [; {6 n4 }% H7 P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）
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：
) u# Y$ T6 O1 v
! k3 q$ x! e2 v& E* _下图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。
& q* |6 p; E+ b8 a

三、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。

* k( k% y/ [0 }/ zSTM：（STore Multiple data）表示存储数据，即入栈。
# r" G3 J# {/ t- w( Y  HLDM：（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。
+ b# y# z4 e) t. q
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。
$ y$ H- e% A/ ^5 @3 M/ S' I
' E: G$ ]* ^- ]& W: R/ G1 i四、实例
5 Q% V! `6 w5 J2 j5 D/ W  S; k9 s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。
例如入栈指令：
0 Z! u6 I+ W: n! O! PSTMFD SP,{R0-R3}
实际的微指令操作为：
[SP-4]  <=  R3
  `4 d, |. t+ W- F[SP-8]  <=  R2
[SP-12] <=  R1
1 E4 M/ ?! S; B4 ^6 C, w[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。
" k0 D! A7 m, C/ n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}
/ Q/ ^* |6 I7 [. k/ z) T, J) z5 G对应的微指令操作为：
[SP-4]  <=  R3
[SP-8]  <=  R2
[SP-12] <=  R1
8 ?+ [' f, {# }3 u  E[SP-16] <=  R0
SP      ＝  SP - 16
& S4 u+ r2 K  {8 K, U3 |; u同样的：
LDMFD SP!,{R4-R7}
- D3 F" g8 P, k. x0 y& E对应的微指令操作为：
, O3 J3 Y$ {! T5 U[SP]    =>  R4
[SP+4]  =>  R5
0 L; E' ?# t% Z' Z8 L, ?# O[SP+8]  =>  R6
0 ]6 `( t- r+ N5 Q[SP+12] =>  R7
SP      ＝  SP + 16


+ y2 n8 @6 q8 J) {2 S; K1 N

nuiga

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

faker12

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

nuiga

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