ARM的栈与栈指令

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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。
( m$ a7 q$ q9 `( h4 M7 Y4 m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。
) d7 L9 s/ h0 N  `5 h& L二、如何描述一个栈
$ A( `% K- K0 x; ^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）
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：

' A8 Z' s- G. E( A! K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。
' a9 q3 K; {1 b/ ~8 |

$ x7 {' b5 c; G三、栈指令
$ a8 ?( M; I/ `6 ~! U. T5 D: e" Q% O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。

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。
2 y1 |1 }& h! j& m/ e6 ?
8 ]; F5 N# R- iARM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。

四、实例
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。
0 C2 o  q& f$ C3 J例如入栈指令：
STMFD SP,{R0-R3}
实际的微指令操作为：
[SP-4]  <=  R3
& m& z, M1 _- r  K6 p$ X. O[SP-8]  <=  R2
* f+ l* C% P# ?2 s% L" Q6 Q4 |[SP-12] <=  R1
; S$ q2 P" `' L+ h5 X: {[SP-16] <=  R0
# {) O# \1 x/ b; y% T5 p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。
$ A0 V, e; A% A& t2 h, W' |* d- V& b例如出栈指令：
, u9 s  c$ c! JLDMFD SP,{R4-R7}
. B) ]$ G/ y  q$ a8 I; L: }- w8 z实际的微指令操作为：
[SP]    =>  R4
( f4 U7 A, I* N5 Z) S. X[SP+4]  =>  R5
+ j+ h9 M8 Y; V; W+ |  f[SP+8]  =>  R6
. t5 `' O! ?  T1 s: W  g[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}
6 `2 e% L' J  A1 S对应的微指令操作为：
[SP-4]  <=  R3
[SP-8]  <=  R2
4 M/ J4 U# ~0 X6 t7 H[SP-12] <=  R1
* Q5 Z5 w# |# H[SP-16] <=  R0
SP      ＝  SP - 16
+ @! {. N; ?' O4 g0 r) W/ i5 |  ]同样的：
LDMFD SP!,{R4-R7}
2 D+ Q$ d* y& Q# {4 o对应的微指令操作为：
4 \  W5 ?# ~1 l5 D+ [  m[SP]    =>  R4
[SP+4]  =>  R5
[SP+8]  =>  R6
4 _& T& p* e" b! a7 T: R2 M2 W[SP+12] =>  R7
' ]# @' ~" Q: O* Q1 W5 k9 vSP      ＝  SP + 16


0 b6 g% o0 Y! U# e( I; W( d

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

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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

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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