AVR 汇编为什么 LDI 指令只能使用 R16 - R31 寄存器答案

【问题标题】：AVR Assembly why does LDI instruction can only use R16 - R31 registersAVR 汇编为什么 LDI 指令只能使用 R16 - R31 寄存器
【发布时间】：2020-04-21 14:23:28
【问题描述】：

您好，我在过去的一篇论文中遇到了这个考试问题，我很困惑，到目前为止，还没有研究给我一个确凿的答案，因为大多数人只是说这是处理器的限制。我很确定我们没有在课堂上讲过这个。

有人知道为什么吗？

【问题讨论】：

没有其他答案。他们决定允许完整的 8 位立即数和 4 位操作码，为寄存器操作数留下 4 位，这意味着只能寻址 16 个。设计师选择了 R16-31。
不仅是 LDI，还有其他在 8 位立即数上运行的指令。只有 16 位，没有什么比这更好的了。 4 位用于操作码，4 位用于寄存器字段，其余 8 位用于立即数[
@Jester 我认为您所写的内容（即使没有最后一句）也可以作为该考试的正确答案。而且它与仅仅“它是处理器的限制”的答案完全不同））对工程师来说显而易见的事情对学生来说可能并不那么明显。
我投票结束这个问题，因为它是关于硬件设计及其伴随的指令集。

标签： assembly cpu-architecture avr

【解决方案1】：

简单的答案是，LDI 只支持高 16 个寄存器。

当您查看 ISA（指令集架构）时，您会注意到这同样适用于 SUBI、SBCI、ANDI、ORI 和 CPI，每个需要 12操作码表中的位：8 位用于 8 位立即数，4 位用于编码 R16...R31 中的哪一个是目标。也就是说，仅仅提供这 6 条指令，就已经占用了 37.5% 的操作码。

支持 R0...R31 需要 75% 的操作码仅用于 6 条指令：所有 AVR 操作码都是 16 位操作码（LDS、STS、CALL、JMP 除外，它们是 32 位），而你只能用 16 位编码这么多指令

以以下 2-reg 指令为例：ADD、ADC、SUB、SBC、CP、CPC、AND、AND、OR、EOR、@ 987654341@、ASR、ROR、MOV。这 13 条指令中的每一条都占用 2^(5+5) 个操作码，因为每条指令都必须对 2^5 个可能的源寄存器和目标寄存器中的一个进行编码，总计超过 20% 的操作码空间。我们还没有考虑跳转（RJMP、RCALL、分支）或内存访问，如LDD、STD、IN、OUT。

术语：上面的“操作码”是指编码一个特定机器指令所需的所有位。

【讨论】：

术语：操作码是指令的一部分，它决定了它是哪条指令，与操作数分开。我们已经为整个指令起了一个名字，那就是“指令”。 en.wikipedia.org/wiki/Opcode。有时使用术语“操作码”来表示整个编码已经完成，但是当您想要区分指令编码中的哪些位意味着什么时，它会令人困惑。