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1、ARM指令系统,ARM指令集特点,ARM指令都是是32位的。 具有第一操作数、第二操作数、目的操作数 使用多寄存器 所有的ARM指令集都可以是有条件执行的。 条件标志影响位 程序的启动都是从ARM指令集开始。,指令格式,ARM指令集可以分为六大类，分别为数据处理指令、Load/Store指令、跳转指令、程序状态寄存器处理指令、协处理器指令和异常产生指令 ARM指令使用的基本格式如下： 指令类型名(条件名)(S) 目标操作数，源操作数1，2,条件执行,ARM指令根据CPSR中的条件位自动判断是否执行指令，在条件满足时，指令执行，否则指令被忽略。 在ARM的指令编码表中，统一占用编码的最高四位31
2、：28来表示“条件码”（即“cond”）。,条件域表1,条件域表2,编码表如下：,ARM寻址方式,立即寻址 寄存器寻址 寄存器间接寻址 基址加偏址寻址 堆栈寻址 块拷贝寻址 相对寻址,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： ADDR0，R0，1/*R0R01*/ ADDR0，R0，0 x3f /*R0R00 x3f*/ 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，还要求在“”后加上“0 x”。,有效立即数
3、问题,在ARM数据处理指令中，当参与操作的第二操作数为立即数型时，有效的立即数是由一个8位的立即数循环右移偶数位得到. 其中循环右移的位数由一个4位二进制的两倍表示，如果立即数记作，8位常数记作immed_8，4位的循环右移值记作rotate_imm， 有效立即数immediate可以表示成： =immed_8 循环右移（2rotate_imm）,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： ADDR0，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
4、寄存器R0中。,寄存器寻址,第二操作数为寄存器型的移位操作 在ARM指令的数据处理指令中参与操作的第二操作数为寄存器型时，在执行寄存器寻址操作时，可以选择是否对第二操作数进行移位，即Rm，其中Rm称为第二操作数寄存器，用来指定移位类型（LSL，LSR，ASL，ASR，ROR或RRX）和移位位数。移位位数可以是5位立即数或寄存器（Rs）。在指令执行时将移位后的内容作为第二操作数参与运算。例如指令： ADD R3，R2，R1，LSR #2 ;R3R2 + R14,寄存器寻址,第二操作数移位方式 LSL：逻辑左移，空出的最低有效位用0填充。 LSR：逻辑右移，空出的最高有效位用0填充。 ASL：算术
5、左移，由于左移空出的有效位用0填充，因此 它与LSL同义。 ASR：算术右移，算术移位的对象是带符号数，移位过程中必须保持操作数的符号不变。如果源操作数是正数，空出的最高有效位用0填充，如果是负数用1填充。 ROR：循环右移，移出的字的最低有效位依次填入空出的最高有效位。 RRX：带扩展的循环右移。将寄存器的内容循环右移1位，空位用原来C标志位填充。,寄存器寻址,第二操作数的移位位数 移位位数可以用立即数方式或者寄存器方式给出,如下所示： ADD R3，R2，R1，LSR #2；R3 R2 + R14 ADD R3，R2，R1，LSR R4；R3 R2 + R12R4 寄存器R1的内容分别逻辑
6、右移2位、R4位（亦即R14、R12R4），再与寄存器R2的内容相加，结果放入R3中。,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的值为地址的存储器中。,基址加偏址寻址,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又可以分为以
7、下几种形式： 前变址模式： LDR R0，R1，4；R0R14 自动变址模式： LDR R0，R1，4！；R0R14、R1R14 后变址模式： LDR R0，R1 ，4；R0R1、R1R14,基址加偏址寻址,基址寄存器的地址偏移可以是一个立即数，也可以是另一个寄存器，并且在加到基址寄存器前还可以经过移位操作，如下所示： LDR R0，R1，R2 ；R0mem32R1+R2 LDR R0，R1，R2，LSL #2 ；R0R1+R2*4,多寄存器寻址,一条指令一次完成最多16个寄存器的值传送 LDMIA R0,R1-R8 STMIA R0,R1,R3,R7,R9,堆栈寻址,堆栈是一种数据结构，按先
8、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）。 即访问存储器时，存储器的地址向高地址方向生长，称为递增堆栈（ascending stack）。 存储器的地址向低地址方向生长，称为递减堆栈（descending stack）。,堆栈寻址,四种类型的堆栈工作方式 满递增堆栈：堆栈指针指向最后压入的数据，且由低地址向高地址生成。(FA) 满递减堆栈：堆
9、栈指针指向最后压入的数据，且由高地址向低地址生成。(FD) 空递增堆栈：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。(EA) 空递减堆栈：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(ED) STMFD SP! R1-R7,LR LDMFD SP! R1-R7,LR,块拷贝寻址,块拷贝寻址是多寄存器传送指令LDM/STM的寻址方式。LDM/STM指令可以把存储器中的一个数据块加载到多个寄存器中，也可以把多个寄存器中的内容保存到存储器中。寻址操作中的寄存器可以是R0-R15这16个寄存器的子集或是所有寄存器。 LDM/STM指令依据其后缀名的不同其寻址的方式
10、也有很大不同。,IA-每次传送后地址增加 IB-每次传送前地址增加 DA -每次传送后地址减少 DB -每次传送前地址减少,LDMIA R0!, R2-R9 STMIA R1,R2,R9,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： BLNEXT；跳转到子程序 ； NEXT处执行 NEXT MOVPC，LR；从子程序返回,ARM指令详细介绍,1 数据处理指令 2 Load/Store指令 3 程序状态寄存器与通用寄存器之间 的传送指
11、令 4 转移指令 5 异常中断指令 6 协处理器指令,数据处理指令,ARM的数据处理指令主要完成寄存器中数据的算术和逻辑运算操作。本节按以下内容组织： 数据处理指令分类 数据处理指令二进制编码 数据处理指令表,数据处理指令分类,数据处理指令根据指令实现处理功能可分为以下六类： 数据传送指令； 算术运算指令； 逻辑运算指令； 比较指令； 测试指令； 乘法指令。,数据处理指令指令表,SUBS R3, R6, R9 SBCS R4, R7, R10 SBC R5, R8, R11 ADCHI R11,R0,R3 RSCLES R0,R5,R0,LSL R4,以下指令序列完成两个 128 位数的加法，
12、第一个数由高到低存放在寄存器 R7R4，第二个数由高到低存放在寄存器R11R8,运算结果由高到低存放在寄存器 R3R0：,乘法指令,MUL Rd,Rm,Rs ;Rd = Rm * Rs MLA Rd,Rm,Rs,Rn ;Rd = (Rm * Rs+Rn) UMULL RdH,RdL,Rm,Rs ;RdH,L=Rm * Rs UMLAL RdH,RdL,Rm,Rs ;RdH,L=RdH,L+Rm*Rs SMULL RdH,RdL,Rm,Rs ;RdH,L= Rm*Rs SMLAL RdH,RdL,Rm,Rs ;RdH,L= RdH,L+Rm*Rs 例如： SMLAL R4,R,3,R2,R1,L
13、oad/Store指令,ARM的数据存取指令Load/Store是唯一用于寄存器和存储器之间进行数据传送的指令。ARM指令集中有三种基本的数据存取指令： 单寄存器的存取指令（LDR，STR） 多寄存器存取指令（LDM，STM）,读写字节，半字,字节存取 STRB , LDRB STRSB, LDRSB (带符号) 半字存取 LDRH, STRH LDRSH, STRSH (带符号),多寄存器存取指令,多寄存器传送指令可以用一条指令将16个可见寄存器（R0R15）的任意子集合（或全部）存储到存储器或从存储器中读取数据到该寄存器集合中。与单寄存器存取指令相比，多寄存器数据存取可用的寻址模式更加有限
14、。多寄存器存取指令的汇编格式如下： LDM/STM Rn!， 例如： LDMIA R1,R0,R2,R5 STMDB R2!,R3-R7,LDMFD SP!,R0-R7,PC 解释：当指令LDM且寄存器列表中包含R15，选用表示除了完成相关传送外，还将SPSR的内容复制给CPSR,存储器和寄存器交换,SWP Rd, Rm, Rn ;Rn-Rd, Rm-Rn SWPB Rd, Rm, Rn (无符号字节) 例如： SWP R1, R1, R3 SWPB R1, R2, R3,程序状态寄存器与通用寄存器之间的传送指令,ARM指令中有两条指令，用于在状态寄存器和通用寄存器之间传送数据。修改状态寄存器
15、一般是通过“读取修改写回”三个步骤的操作来实现的。 这两条指令分别是： 状态寄存器到通用寄存器的传送指令（MRS） 通用寄存器到状态寄存器的传送指令（ MSR）,转移指令,ARM的转移指令可以从当前指令向前或向后的32MB的地址空间跳转，根据完成的功能它可以分为以下4种 ： B 转移指令 BL 带链接的转移指令 BX 带状态切换的转移指令 BLX 带链接和状态切换的转移指令 配合条件域 实现各种条件转移功能,BX指令只有寄存器寻址方式，寄存器存放目标的地址值，且用寄存器的最低位表示指令切换的指令集。为1把目标地址的代码解释为thumb代码，否则为arm代码,CODE32 . . ADR R0,
16、 THUMB_CODE+1 BX R0 . ARM_CODE . ;- CODE16 THUMB_CODE ADR R0,ARM_CODE BX R0,异常中断指令,异常中断指令可以分为一下两种： 软件中断指令（SWI） 软件中断指令SWI用于产生SWI异常中断，用来实现在用户模式下对操作系统中特权模式的程序的调用；,SWI,SWI（SoftWare Interrupt）代表“软件中断”，用于用户调用操作系统的系统例程，常称为“监控调用”。它将处理器置于监控（SVC）模式，从地址0 x08开始执行指令。其二进制编码如下： 汇编格式如下： SWI ,协处理器指令,ARM支持16个协处理器，用于各种协处理器操作，最常使用的协处理器是用于控制片上功能的系统协处理器，例如控制ARM720上的高速缓
