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1、ARM嵌入式体系结构与接口技术 第3章 ARM的指令系统,目录,一、ARM指令格式 二、寻址方式 二、ARM指令后缀,一、ARM指令格式,汇编指令由操作码字段和操作数字段两部分组成。 操作码字段指示处理器所要执行的操作； 操作数字段指出在指令执行操作的过程中所需要的操作数。,指令的一般格式：,操作码一般由指令助记符码、条件码等组成。操作数字段可以有两个或者三个，第一个操作数为目的操作数，后面的操作数为源操作数。,基本格式如下：, cond S ,operand2,其中：,opcode 指令助记符，如LDR. STR等。 cond 执行条件，如EQ、NE等。 S 是否影响CPSR寄存器的值，书写
2、时影响CPSR Rd 目标寄存器。 Rn 第一个操作数的寄存器。 operand2 第二个操作数。,在这格式里， 符号内的项是必须的， 符号内的项是可选的。,一、ARM指令格式,指令格式举例,LDR R0，R1 ；读取R1地址上的存储器单元内容，即R0R1，无条件执行 BEQ Lable ；跳转指令B，执行条件EQ，即相等则程序跳转到Lable处 ADD R1，R1，R2 ；加法指令，R1 + R2R1，即R1 + R2的结果送给R1 ADDS R1，R1，#1 ；加法指令，R1 + 1R1，并影响状态寄存器（S）,第3条指令的R2和第4条指令的#1都是第二操作数。 第二操作数可以是： 8位立
3、即数，或者8位图立即数； 寄存器值，或者寄存器的值移位得到的新数值。,ARM处理器具有6种基本寻址方式： 立即寻址； 寄存器寻址； 寄存器移位寻址； 寄存器间接寻址； 基址寻址； 多寄存器寻址。,二、寻址方式,操作数直接存放在指令中，紧跟在操作码之后，它作为指令的一部分存放在代码段里。立即寻址方式经常用于给寄存器赋初值。 例：立即寻址举例,SUB R0，R0，#1 ；将R0减1，结果放入R0 MOV R0，#0xFF ；将立即数0xFF装入R0寄存器,2.1 立即寻址,2.2 寄存器寻址,寄存器寻址是指：操作数的值在寄存器中，指令中的地址码字段指出的是寄存器的编号，指令执行时直接取出寄存器值来
4、操作。 例：寄存器寻址举例,MOV R1， R2 ；将R2的值存入R1中,寄存器移位寻址是ARM指令集特有的寻址方式，只能对操作数使用。,2.3 寄存器移位寻址,MOV R0，R1，LSL #3 ；R1的值左移3位，结果放入R0，即R0=R18 ANDS R1，R1，R2，LSL R3 ；R2的值左移R3位，然后和R1相“与”操作， ；结果放入R1中,LSL 逻辑左移（Logical Shift Left ），寄存器中字的低端空出的位补0； LSR 逻辑右移（Logical Shift Right），寄存器中字的高端空出的位补0； ASR 算术右移（Arithmetic Shift Right
5、 ），移位过程中保持符号位不变； ROR 循环右移（ROtate Right ），由字的低端移出的位填入字的高端； RRX 带扩展的循环右移（Rotate Right eXtended by 1 place ），操作数右移1位， 高端空出的位用原C标志值填充，C标志值用移出的最低位填充。,移位操作示意图,2.4 寄存器间接寻址,LDR R1，R2 ；将R2指向的存储单元的数据读出，即R2R1 ADD R1，R2，R3 ；将R3指向的存储单元的数据与R2相加， ；结果保存在R1中,寄存器间接寻址指令中的地址码给出的是一个通用寄存器的编号，寄存器为操作数的地址指针。,例：寄存器间接寻址举例,2.5
6、 基址寻址,基址寻址就是将基址寄存器的内容与指令中给出的偏移量相加，形成操作数的有效地址。, 前索引基址寻址方式，基址寄存器的值不改变。,LDR R2，R3，#0x0C ； R3 + 0x0C R2，基址寄存器R3的值保持不变, 前索引基址寻址方式，基址寄存器的值发生变化。,LDR R2，R3，#0x0C！； R3 + 0x0CR2，基址寄存器 R3 = R3 + 0x0C, 后索引基址寻址，基址寄存器的值发生变化。,LDR R2，R3，#0x0C ； R3R2，基址寄存器R3 = R3 + 0x0C,2.6 多寄存器寻址,LDMIA R1!，R2-R7，R12 ；将R1指向的单元中的数据读出
7、到R2-R7、R12中 ；（每读出一个数据，R1就自动加4，指向下一个数据的物理地址）,一次对多个寄存器寻址称之为多寄存器寻址。使用多寄存器寻址指令时，寄存器名的顺序是由小到大排列，连续的寄存器可用“-”链接，否则用“，”分隔书写。,三、ARM指令后缀,基本格式如下：, cond * ,operand2,其中：,cond 执行条件后缀。,* 其他后缀：S后缀、！后缀、字长后缀、索引后缀、T后缀等等,例1：指令的条件执行,无后缀（总是执行）： B Lable ；程序跳转到Label运行 有后缀EQ（相等才执行）： BEQ Lable ；前面运算结果相等才跳转到Label运行,例2：条件码举例 比
8、较两个值的大小，并进行加减用算，C代码为：,if (a b) a = a + b ；如果a b，则a = a + b else a = a b ；否则a = a - b,相应的ARM指令为：,CMP R0，R1 ；R0与R1比较 ADDCC R0，R0，R1 ；R0 R1时，本指令执行,2.6 条件后缀,其他后缀包括S后缀、！后缀、字长后缀、索引后缀、堆栈后缀、T后缀等等。, S后缀 使用S后缀时，指令执行后程序状态寄存器的条件标志位将刷新。,例：S后缀举例,ADD R3，R5，R8 ；R3 = R5 + R8，条件标志位不刷新 ADDS R3，R5，R8 ；R3 = R5 + R8，条件标志
9、位刷新,S后缀的使用目的：需要把此次指令执行的结果反映到条件标志位时候，就可以在这条指令的后面加上后缀S。 比较指令不需要加S后缀，在执行时会自动刷新条件标志位。,2.6 其他后缀, ！后缀 ！后缀表示指令执行后，基址寄存器中的地址将发生变化。 基址寄存器中的地址值（指令执行后）= 指令执行前的值 + 地址偏移量,LDMIA R1，R0,#04 ；R1 R0 + #04 LDMIA R1，R0,#04！ ；R1 R0 + #04，并且R0=R0 + #04,！后缀的使用注意事项： 后缀位于表达地址的表达式后面； 地址表达式要有明确的地址偏移量。 后缀不能用在R15（PC）后面。,例：! 后缀举
10、例,2.6 其他后缀, 字长后缀 字长后缀有四个：B，H，SB，SH。这些后缀都是跟在LDR/STR存储器访问指令助记符后面,LDR R3，R0,#20 ；R3R0 + 0x20 ，所传的数据是一个无符号字 LDRB R3，R0,#20 ；R3R0 + 0x20 ，所传的数据是一个无符号字节 LDRSB R3，R0,#20 ；R3R0 + 0x20 ，所传的数据是一个有符号字节 LDRH R3，R0,#20 ；R3R0 + 0x20 ，所传的数据是一个无符号半字,例：带字长后缀的存储器加载指令,2.6 其他后缀, 索引后缀与堆栈后缀 索引后缀包括IA、IB、DA、DB； 堆栈后缀包括FD、ED
11、、FA、EA。 这些后缀用于多寄存器加载/存储指令。, T后缀 T后缀含义是：指令在特权模式下对存储器的访问，将被存储器看成是用户模式的访问。 T后缀一般只用在字传送和无符号字节传送中。,2.6 其他后缀,1.3 堆栈概念,ARM7TDMI内核中通常把寄存器R13作为堆栈栈顶指针（SP）。,栈的工作方式是“先进后出”，或称为“后进先出”。 出栈和入栈都会改变栈顶的位置。,入栈与出栈,入,出,堆栈类型,堆栈按栈顶与栈底的物理位置可分为两种： 递增堆栈：栈底的物理地址比栈顶的物理地址小。 递减堆栈：栈底的物理地址比栈顶的物理地址大。,如果堆栈指针指向最后压入堆栈的有效数据项，称为满堆栈。 如果堆栈
12、指针指向下一个待压入数据的空位置，称为空堆栈。,堆栈的四种类型： 1、满递增 2、空递增 3、满递减 4、空递减,堆栈后缀包括FA、EA、FD、ED。,字数据A以满递增堆栈为例进出栈示意图：,3.2 ARM处理器的指令集,数据操作指令,存储器访问指令,分支跳转指令,协处理器指令,状态操作指令,异常产生指令,3.2.1 数据操作指令 数据操作指令是指对存放在寄存 器中的数据进行操作的指令。包括 数据传送指令、算术指令、逻辑指 令、比较与测试指令及乘法指令。 如果在数据处理指令前使用S 前缀，指令的执行结果将会影响 CPSR中的标志位。 数据处理指令列表，右图：,3.2 ARM处理器的指令集,3.
13、2.1 数据操作指令 1MOV指令 MOV指令多用于设置初始值或者在寄存器间传送数据 （1）指令的语法格式：MOVS , （2）指令举例 MOV R0, R0 ; R0 = R0 NOP 指令 MOV R0, R0, LSL#3 ; R0 = R0 * 8 MOV PC, R14 ; 退出到调用者，用于普通函数返回，PC即是R15 MOVS PC, R14 ; 退出到调用者并恢复标志位，用于异常函数返回,3.2 ARM处理器的指令集,（3）指令的使用 将数据从一个寄存器传送到另一个寄存器 将一个常数值传送到寄存器中。 实现无算术和逻辑运算的单纯移位操作，操作数乘以2n可以用左移n位来实现 当P
14、C（R15）用作目的寄存器时，可以实现程序跳转。如“MOV PC，LR”，所以这种跳转可以实现子程序调用及从子程序返回，代替指令“B，BL” 当PC作为目标寄存器且指令中S位被设置时，指令在执行跳转操作的同时，将当前处理器模式的SPSR寄存器的内容复制到CPSR中。这种指令“MOVS PC LR”可以实现从某些异常中断中返回。,3.2.1 数据操作指令 2MVN指令 MVN指令多用于向寄存器传送一个负数或生成位掩码 （1）指令的语法格式：MNVS , （2）指令举例 MVN R0, #4 ; R0 = -5 MVN R0, #0 ; R0 = -1 这是逻辑非操作而不是算术操作，这个取反的值加
15、1才是它的取负的值。 （3）指令的使用 向寄存器中传送一个负数。 生成位掩码（Bit Mask）。 求一个数的反码。,3.2 ARM处理器的指令集,3.2.1 数据操作指令 3AND指令 AND指令将shifter_operand表示的数值与寄存器Rn的值按位（bitwise）做逻辑与操作，并将结果保存到目标寄存器Rd中，同时根据操作的结果更新CPSR寄存器。 （1）指令的语法格式：ANDS , （2）指令举例 保留R0中的0位和1位，丢弃其余的位。 AND R0, R0, #3 R2 = R1&R3。 AND R2,R1,R3 R0 = R0&0x01，取出最低位数据。 ANDS R0,R0,#0x01,3.2 ARM处理器的指令集,3.2.1 数据操作指令 4EOR指令 EOR（Exclusive OR）指令将寄存器Rn中的值和shifter_operand的值执行按位“异或”操作，并将执行结果存储到目的
