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1、1,4,C H A P T E R,ARM指令分类 及寻址方式,2,1,3,2,ARM 微处理器指令的分类,ARM 微处理器指令的寻址方式,ARM 微处理器指令的条件域,内容组织,C语言和汇编语言混合编程,4,3,4.1 ARM微处理器的指令系统,ARM微处理器的指令集是加载/存储型的，也即指令集仅能处理寄存器中的数据，而且处理结果都要放回寄存器中，而对系统存储器的访问则需要通过专门的加载/存储指令来完成。 ARM微处理器的指令集可以分为六大类 : 跳转指令 数据处理指令 程序状态寄存器（PSR）处理指令 加载/存储指令 协处理器指令和异常产生指令,一、 ARM 微处理器指令的分类,4,ARM
2、微处理器指令表-1,5,ARM微处理器指令表-2,6,ARM微处理器指令表-3,7,ARM微处理器指令表-4,8,ARM微处理器指令表-5,9,当处理器工作在ARM状态时，几乎所有的指令均根据CPSR中条件码的状态和指令的条件域有条件的执行。当指令的执行条件满足时，指令被执行，否则指令被忽略。 每一条ARM指令包含4位的条件码，位于指令的最高4位31:28。条件码共有16种，每种条件码可用两个字符表示，这两个字符可以添加在指令助记符的后面和指令同时使用。例如，跳转指令B可以加上后缀EQ变为BEQ表示“相等则跳转”，即当CPSR中的Z标志置位时发生跳转。,二、ARM 微处理器指令的条件域,10,
3、指令的条件域表-1,11,指令的条件域表-2,12,4.2 ARM指令的寻址方式,ARM指令系统支持如下几种常见的寻址方式： 立即寻址 寄存器寻址 寄存器间接寻址 基址变址寻址 多寄存器寻址 相对寻址 堆栈寻址,13,立即寻址,立即寻址也叫立即数寻址，这是一种特殊的寻址方式，操作数本身就在指令中给出，只要取出指令也就取到了操作数。这个操作数被称为立即数，对应的寻址方式也就叫做立即寻址。例如以下指令： ADD R0，R0，1 /*R0R01*/ ADD R0，R0，0x3f /*R0R00x3f*/ 在以上两条指令中，第二个源操作数即为立即数，要求以“”为前缀，对于以十六进制表示的立即数，还要求
4、在“”后加上“0x”。,14,寄存器寻址,寄存器寻址就是利用寄存器中的数值作为操作数，这种寻址方式是各类微处理器经常采用的一种方式，也是一种执行效率较高的寻址方式。以下指令： ADD R0，R1，R2 /*R0R1R2*/ 该指令的执行效果是将寄存器R1和R2的内容相加，其结果存放在寄存器R0中。,15,寄存器间接寻址,寄存器间接寻址就是以寄存器中的值作为操作数的地址，而操作数本身存放在存储器中。例如以下指令： LDR R0，R1 /*R0R1*/ STR R0，R1 /*R1R0*/ 第一条指令将以R1的值为地址的存储器中的数据传送到R0中。 第二条指令将R0的值传送到以R1的值为地址的存储
5、器中。,16,基址变址寻址,基址变址寻址就是将寄存器（该寄存器一般称作基址寄存器）的内容与指令中给出的地址偏移量相加，从而得到一个操作数的有效地址。变址寻址方式常用于访问某基地址附近的地址单元。采用变址寻址方式的指令常见有以下几种形式，如下所示： LDR R0，R1，4 ；R0R14 LDR R0，R1，4！ ；R0R14、R1R14 LDR R0，R1 ，4 ；R0R1、R1R14 LDR R0，R1，R2 ；R0R1R2 在第一条指令中，将寄存器R1的内容加上4形成操作数的有效地址，从而取得操作数存入寄存器R0中。 在第二条指令中，将寄存器R1的内容加上4形成操作数的有效地址，从而取得操作
6、数存入寄存器R0中，然后，R1的内容自增4个字节。 在第三条指令中，以寄存器R1的内容作为操作数的有效地址，从而取得操作数存入寄存器R0中，然后，R1的内容自增4个字节。 在第四条指令中，将寄存器R1的内容加上寄存器R2的内容形成操作数的有效地址，从而取得操作数存入寄存器R0中。,17,多寄存器寻址,18,采用多寄存器寻址方式，一条指令可以完成多个寄存器值的传送。这种寻址方式可以用一条指令完成传送最多16个通用寄存器的值。以下指令： LDMIA R0!，R3-R9 ;取出R0所指向的多个单元数据，保存到R3R9中，R0值更新 STMIA R1!， R3-R9，R11 ;将R3R9、R11的数据
7、存储到R1所指向的单元中，R1值更新 STMFD SP!，R0-R7，LR ;保护现场，将R0-R7、LR入栈 LDMFD SP!，R0-R7，PC ;恢复现场，异常处理返回 该指令的后缀IA表示在每次执行完加载/存储操作后，R0按字长度增加，因此，指令可将连续存储单元的值传送到R1R4。 后缀相应有IB、DA、DB、FD、FA、ED、EA。,19,ARM 指令的寻址方式,20,相对寻址,与基址变址寻址方式相类似，相对寻址以程序计数器PC的当前值为基地址，指令中的地址标号作为偏移量，将两者相加之后得到操作数的有效地址。以下程序段完成子程序的调用和返回，跳转指令BL采用了相对寻址方式： BL N
8、EXT ；跳转到子程序NEXT处执行 NEXT MOV PC，LR ；从子程序返回,21,堆栈寻址,堆栈是一种数据结构，按先进后出（First In Last Out，FILO）的方式工作，使用一个称作堆栈指针的专用寄存器指示当前的操作位置，堆栈指针总是指向栈顶。 当堆栈指针指向最后压入堆栈的数据时，称为满堆栈（Full Stack），而当堆栈指针指向下一个将要放入数据的空位置时，称为空堆栈（Empty Stack）。,22,堆栈寻址,根据堆栈的生成方式，又可以分为递增堆栈（Ascending Stack）和递减堆栈（Decending Stack），当堆栈由低地址向高地址生成时，称为递增堆栈
9、，当堆栈由高地址向低地址生成时，称为递减堆栈。这样就有四种类型的堆栈工作方式 满递增堆栈（FA）：堆栈指针指向最后压入的数据，且由低地址向高地址生成。 满递减堆栈(FD)：堆栈指针指向最后压入的数据，且由高地址向低地址生成。 空递增堆栈(EA)：堆栈指针指向下一个将要放入数据的空位置，且由低地址向高地址生成。 空递减堆栈(ED)：堆栈指针指向下一个将要放入数据的空位置，且由高地址向低地址生成,23,24,软件中断指令SWI：,指令格式为： SWI条件 24位的立即数 SWI指令为软件中断指令，用于产生软件中断，从而实现在用 户模式下切换到管理模式下，CPSR保存到管理模式的SPSR 中，执行转
10、移到SWI向量。在其他模式下也可使用SWI指令， 处理器同样切换到管理模式。,25,第一种方法：指令中24位的立即数指定了用户请求的服务类型，参数通过通用寄存器传递。 MOV R0，34 ;设置子功能号为34 SWI 12 ; 调用12号软中断,第二种方法：指令中的24位立即数被忽略，用户请求的服务类型由寄存器R0的值决定，参数通过其他的通用寄存器传递。 MOV R0，12 ;调用12号软中断 MOV R1，34 ;设置子功能号为34 SWI 0,26,在SWI异常中断处理程序中，取出SWI立即数的步骤为：首先确定引起软中断的SWI指令是ARM指令还是Thumb指令，这可通过对SPSR访问得到
11、；然后要取得该SWI指令的地址，这可通过访问LR寄存器得到；接着读出指令，分解出立即数。下面所示的程序段可用来读取SWI立即数。,27,T_BIT EQU 0x20 SWI_Handler ;SWI异常中断进入 STMFD SP!，R0-R3，R12，LR ;现场保护 MRS R0，SPSR ;读取SPSR STMFD SP!，R0 ;保存SPSR TST R0，T_BIT ;测试T标志位 LDRNEH R0，R0，2 ;若是Thumb指令，读取指令码（16位） BICNE R0，R0，0xFF00 ;取得Thumb指令的8位立即数 LDREQ R0，LR，4 ;若是ARM指令，读取指令码（3
12、2位） BICEQ R0，R0，0xFF000000 ;取得ARM指令的24位立即数 LDMFD SP!， R0-R3，R12，PC ;SWI异常中断返回,28,C语言和汇编语言混合编程,混合编程包括： 在C/C+代码中嵌入汇编指令； 在汇编程序和C/C+程序之间实现变量的互访； 汇编程序、 C/C+程序间的相互调用。,29,在C/C+代码中嵌入汇编指令,内嵌汇编语言的语法为： _asm 汇编指令 /*注释*/ 汇编指令 ,30,void Disable_IRQ（void） _asm MRS R4, CPSR ORR R4, R4, #0x80 MSR CPSR_c, R4 ,禁止IRQ中断：
13、,不能直接向PC寄存器赋值，程序跳转只能使用B或BL指令实现； 使用物理寄存器的指令中，不要使用过于复杂的C表达式。,注意：,31,编译器可能会使用R12或R13存放编译的中间结果，在计算表达式的值时，可能会将寄存器R0R3、R12和LR用于子程序调用。因此，在内嵌汇编语言程序时，不要将这些寄存器同时指定为汇编指令中的物理寄存器。,32,汇编程序访问C变量,在C程序中声明的全局变量可以被汇编程序访问。汇编程序 访问方法为：使用IMPORT伪指令引入全局变量，并利用 LDR或STR指令根据全局变量的地址访问它们 。,unsigned char ：LDRB/STRB unsigned short
14、：LDRH/STRH unsigned int ：LDR/STR char ：LDRSB/STRSB short ：LDRSH/STRSH,33,AREA globals，CODE，READONLY EXPORT asmsub IMPORT globv1 asmsub LDR R1，globv1 LDR R0，R1 ADD R0，R0，2 STR R0，R1 MOV PC，LR END,程序中变量globv1是在C程序中声明的全局变量，汇编程序实现将其读出，加2后在送回保存。,34,C与汇编程序相互调用,在C程序和ARM汇编程序之间相互调用必须遵守ATPCS(ARM-THUMB procedu
15、re call standard )。PCS强制实现如下约定：调用函数如何传递参数（即压栈方法，以何种方式存放参数），被调用函数如何获取参数，以何种方式传递函数返回值。,汇编语言子程序必须满足下面3个条件： 1）在子程序编写时必须遵守相应的ATPCS规则； 2）堆栈的使用要遵守相应的ATPCS规则； 3）在汇编编译器中使用-apcs选项。,35,寄存器的使用必须满足下面的规则： 1）子程序间通过寄存器R0R3来传递参数。这时，寄存器R0R3可以记作A0A3。被调用的子程序在返回前无需恢复寄存器R0R3的内容。 2）在子程序中，使用寄存器R4R11来保存局部变量。这时，寄存器R4R11可以记作V
16、1V8。如果在子程序中使用到了寄存器V1V8中的某些寄存器，子程序进入时必须保存这些寄存器的值，在返回前必须恢复这些寄存器的值。 3）寄存器R12用于子程序中间临时寄存器，记作IP。在子程序间的连接代码段中常有这种使用规则。,36,4）寄存器R13用作数据栈指针，记作SP。在子程序中寄存器R13不能用作其他用途。寄存器R13在进入子程序时的值和退出子程序时的值必须相等。 5）寄存器R14称为链接寄存器，记作LR。它用于保存子程序的返回地址。如果在子程序中保存了返回地址，寄存器R14则可以用作其他用途。 6）寄存器R15是程序计数器，记作PC。它不能用作其他用途。,37,参数传递规则：,2）子程序中结果返回的规则如下： 结果为一个32位的整数时，可
