嵌入式系统入门-03-AVR的指令与汇编系统

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1、,LOGO,嵌入式系统入门,第3章 AVR的指令与汇编系统,信息学院 张忠杰 TermyZ,嵌入式系统入门,http:/ ATmega16指令综述 3.2 算术和逻辑指令 3.3 跳转指令 3.4 数据传送指令 3.5 位操作和位测试指令 3.6 MCU控制指令 3.7 AVR汇编语言系统,嵌入式系统入门,3,AVR内核指令系统的特点,116/32位定长指令 AVR的一个指令字为16位或32位，其中大部分的指令为16位。 2流水线操作 AVR采用流水线技术，在前一条指令执行的时候，就取出现行的指令，然后以一个周期执行指令。 3. 大型快速存取寄存器组 用32个通用工作寄存器代替了累加器，避免

2、了传统结构中累加器和存储器之间数据传送造成的瓶颈现象。,3.1 ATmega16指令综述,ATmega16共有131条指令，按功能可分为五大类，它们是： 算术和逻辑运算指令（28条）； 比较和跳转指令（36条）； 数据传送指令（35条）； 位操作和位测试指令（28条）； MCU控制指令（4条）。,3.1.1 指令格式以及三种表示方式,指令格式是指指令码的结构形式。通常，指令可分为操作码和操作数两部分。 AVR的指令的一般格式为：,3.1.1 指令格式以及三种表示方式,指令的表示方式是指采用何种形式描述指令，也是人们用于编写和阅读程序的基础。通常指令采用二进制、十六进制和助记符三种表示方式。 指

3、令的二进制表示形式，是一种可以直接为CPU识别和执行的形式，故称为指令的机器码或汇编语言的目标代码。 指令的十六进制形式是二进制形式的变型，只是将二进制代码4位一组用十六进制的形式描述。,3.1.1 指令格式以及三种表示方式,指令的助记符形式又称为指令的汇编形式或汇编语句，是一种用英文单词或缩写字母以及数字来表征指令功能的形式。这种形式不仅容易为人们识别和读写，也方便记忆和交流。 由于CPU可以直接识别和执行的指令实际是二进制数据，因此不管使用十六进制的形式还是汇编形式构成的程序，都需要通过人工或机器把它们翻译成二进制机器码的数据，才能下载到芯片中被CPU执行。,3.1.2 AVR指令系统中使

4、用的符号,在指令描述中，除了操作码采用了助记符表示外，还在指令的操作数的描述说明中采用了一些符号代码，后面对所使用符号的意义进行简单的说明。,1状态寄存器与标志位,SREG： 8位状态寄存器，其中每一位的定义为： C： 进位标志位 Z： 结果为零标志位 N： 结果为负数标志位 V： 2的补码溢出标志位 S： NV，用于符号测试的标志位 H： 操作中产生半进位的标志位 T： 用于和BLD、BST指令进行位数据交换的位 I： 全局中断触发/禁止标志位,2寄存器和操作码,Rd： 目的（或源）寄存器，取值为R0R31或R16R31（取决于指令）。 Rr： 源寄存器，取值为R0R31。 A： I/O寄存

5、器，取值为063或031（取决于指令）。 b： I/O寄存器中的指定位，常数（07）。 s： 状态寄存器SREG中的指定位，常数（07）。 K： 立即数，常数（0255）。 k： 地址常数，取值范围取决于指令。 q： 地址偏移量常数（063）。 X、Y、Z：地址指针寄存器（X=R27:R26；Y=R29:R28；Z=R31:R30）。,3堆栈,STACK： 作为返回地址和压栈寄存器的堆栈 SP： 堆栈STACK的指针,3.1.3 AVR指令的寻址方式和寻址空间,指令给出参与运算数据的方式称为寻址方式。 AVR单片机指令操作数的寻址方式有以下几种：,单寄存器直接寻址 双寄存器直接寻址 I/O寄存

6、器直接寻址 数据存储器直接寻址 数据存储器间接寻址 带后增量的数据存储器间接寻址 带预减量的数据存储器间接寻址 带位移的数据存储器间接寻址 程序存储器取常量寻址 程序存储器空间直接寻址 程序存储器空间间接寻址 程序相对寻址等,1单寄存器直接寻址,由指令指定一个寄存器的内容作为操作数，在指令中给出寄存器的直接地址，这种寻址方式称为单寄存器直接寻址。 单寄存器寻址的地址范围限制为通用工作寄存器组中的32个寄存器R0R31，或后16个寄存器R16R31（取决于不同指令）。 例：INC Rd；操作：RdRd+1。 INC R5；将寄存器R5内容加1回放。,2双寄存器直接寻址,双寄存器直接寻址方式与单寄

7、存器直接寻址方式相似，它是将指令指出的两个寄存器Rd和Rr的内容作为操作数，而结果存放在Rd寄存器中。指令中同时给出两个寄存器的直接地址，这种寻址方式称为双寄存器直接寻址。 双寄存器寻址的地址范围限制为通用工作寄存器组中的32个寄存器R0R31，或后16个寄存器R16R31，或后8个寄存器R16R23（取决于不同指令）。 例：ADD Rd，Rr；操作：RdRd+Rr。 ADD R0，R1；将R0和R1寄存器内容相加，结果放回R0。,3I/O寄存器直接寻址,由指令指定一个I/O寄存器的内容作为操作数。在指令中直接给出I/O寄存器的地址，这种寻址方式称为I/O寄存器直接寻址。 I/O寄存器直接寻址

8、的地址使用I/O寄存器空间的地址$00$3F，共64个，取值为063或031（取决于指令）。 例：IN Rd，P；操作：RdP。 IN R5，$3E；读I/O空间地址为$3E寄存器（SPH）的内容，放入寄存器R5。,4数据存储器空间直接寻址,数据存储器空间直接寻址方式用于直接CPU从SRAM存储器中存取数据。 数据存储器空间直接寻址为双字指令，在指令的低字中指出一个16位的SRAM地址。 例：LDS Rd，K；操作：Rd（K）。 LDS R18，$100；读地址为$100的SRAM中内容，传送到R18中。,5数据存储器空间的寄存器间接寻址,由指令指定某一个16位寄存器的内容作为操作数在SRAM

9、中的地址，该寻址方式称为数据存储器空间的寄存器间接寻址。 AVR单片机中使用16位寄存器X、Y或Z作为规定的地址指针寄存器，因此操作数的SRAM地址在间址寄存器X、Y或Z中。 例：LD Rd，Y；操作：Rd （Y），把以Y为指针的SRAM的内容送Rd。 LD R16，Y；设Y=$0567，即把SRAM地址为$0567的内容传送到R16中。,6带后增量的数据存储器空间的寄存器间接寻址,这种寻址方式类似于数据存储器空间的寄存器间接寻址方式，间址寄存器X、Y、Z中的内容仍为操作数在SRAM空间的地址，但指令在间接寻址操作后，再自动把间址寄存器中的内容加1。 这种寻址方式特别适用于访问矩阵、查表等应用

10、。 例：LD Rd，Y+；操作：Rd（Y），Y=Y+1，先把以Y为指针的SRAM的内容送Rd，再把Y增1。 LD R16，Y+；设原Y=$0567，指令把SRAM地址为$0567的内容传送到R16中，再将Y的值加1，操作完成后Y=$0568。,7带预减量的数据存储器空间寄存器间接寻址,这种寻址方式类似于数据存储器空间的寄存器间接寻址方式，间址寄存器X、Y、Z中的内容仍为操作数在SRAM空间的地址，但指令在间接寻址操作之前，先自动将间址寄存器中的内容减1，然后把减1后的内容作为操作数在SRAM空间的地址。 这种寻址方式也特别适用于访问矩阵、查表等应用。 例：LD Rd，-Y；操作：Y=Y-1，R

11、d（Y），先把Y减1，再把以Y为指针的SRAM的内容送Rd。 LD R16，-Y；设原Y=$0567，指令即先把Y减1，Y=$0566，再把SRAM地址为$0566的内容传送到R16中。,8带位移的数据存储器空间寄存器间接寻址,带位移的数据存储器空间寄存器间接寻址方式是：由间址寄存器（Y或Z）中的内容和指令字中给出的地址偏移量共同决定操作数在SRAM空间的地址，偏移量的范围为063。 例：LDD Rd，Y+q；操作：Rd（Y+q），其中0q63，即把以Y+q为地址的SRAM的内容送Rd，而Y寄存器的内容不变。 LDD R16，Y+31；设Y=$0567，把SRAM地址为$0598的内容传送到R

12、16中，Y寄存器的内容不变。,9程序存储器空间取常量寻址,程序存储器空间取常量寻址主要从程序存储器Flash中读取常量，此种寻址方式只用于指令LPM。 程序存储器中常量字节的地址由地址寄存器Z的内容确定。 Z寄存器的高15位用于选择字地址（程序存储器的存储单元为字），而Z寄存器的最低位Z(d0)用于确定字地址的高/低字节。若d0=0，则选择字的低字节；d0=1，则选择字的高字节。,9程序存储器空间取常量寻址,例：LPM R0，Z；操作：R0 （Z），即把以Z为指针的程序存储器的内容送R0。 若Z=$0100，即把地址为$0080的程序存储器的低字节内容送R0。 若Z=$0101，即把地址为$0

13、080的程序存储器的高字节内容送R0。 例：LPM R16，Z；操作：R16（Z），即把以Z为指针的程序存储器的内容送R16。 若Z=$0100，即把地址为$0080的程序存储器的低字节内容送R16。 若Z=$0101，即把地址为$0080的程序存储器的高字节内容送R16。,10带后增量的程序存储器空间取常量寻址,带后增量的程序存储器空间取常量寻址主要从程序存储器Flash中取常量，此种寻址方式只用于指令LPM Rd，Z+。 程序存储器中常量字节的地址由地址寄存器Z的内容确定。,10带后增量的程序存储器空间取常量寻址,例：LPM R16，Z+；操作：R16（Z）；ZZ+1，即把以Z为指针的程序

14、存储器的内容送R16，然后Z的内容加1。 若Z=$0100，即把地址为$0080的程序存储器的低字节内容送R16，完成后Z=$0101。 若Z=$0101，即把地址为$0080的程序存储器的高字节内容送R16，完成后Z=$0102。,11程序存储器空间写数据寻址,程序存储器空间写数据寻址主要用于可进行在系统自编程的AVR单片机，此种寻址方式只用于指令SPM。该指令将寄存器R1和R0中的内容组成一个字R1:R0，然后写入由Z寄存器的内容作为地址（Z寄存器的最低位必须为0）的程序存储器单元中。 例：SPM；操作：（Z）R1:R0，把R1:R0内容写入以Z为指针的程序存储器单元。,12程序存储器空间

15、直接寻址,程序存储器空间直接寻址方式用于程序的无条件跳转指令JMP、CALL。 指令中含有一个16位的操作数，指令将操作数存入程序计数器PC中，作为下一条要执行指令在程序存储器空间的地址。 JMP类指令和CALL类指令的寻址方式相同，但CALL类的指令还包括了返回地址的压进堆栈和堆栈指针寄存器SP内容减2的操作。,12程序存储器空间直接寻址,例：JMP $0100；操作：PC$0100。 程序计数器PC的值设置为$0100，接下来执行程序存储器$0100单元的指令代码。 例：CALL $0100；操作：STACKPC+2；SPSP-2；PC$0100。 先将程序计数器PC的当前值加2后压进堆栈

16、（CALL指令为2个字长），堆栈指针计数器SP内容减2，然后PC的值为$0100，接下来执行程序存储器$0100单元的指令代码。,13程序存储器空间Z寄存器间接寻址,程序存储器空间间接寻址方式是使用Z寄存器存放下一步要执行指令代码程序地址，程序转到Z寄存器内容所指定程序存储器的地址处继续执行，即用寄存器Z的内容代替PC的值。此寻址方式用于IJMP、ICALL指令。,13程序存储器空间Z寄存器间接寻址,例：IJMP；操作：PCZ， 即把Z的内容送程序计数器PC。若Z=$0100，即把$0100送程序计数器PC，接下来执行程序存储器$0100单元的指令代码。 例：ICALL；操作：STACKPC+1；SPSP-2；PCZ。 若Z=$0100，先将程序计数器PC的当前值加1后压进堆栈，堆栈指针计数器SP内容减2，然后PC的值为$0100，接下来执行程序存储器$0100单元的指令代码。,