《ARM嵌入式系统原理及应用开发 教学课件 ppt 作者 谭会生 1-5 第3章 ARM嵌入式处理器指令系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ARM嵌入式系统原理及应用开发 教学课件 ppt 作者 谭会生 1-5 第3章 ARM嵌入式处理器指令系统（75页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第3章 ARM嵌入式处理器指令系统,3.1 ARM指令分类及指令格式 3.2 ARM指令的寻址方式 3.3 ARM指令集 3.4 Thumb指令集 习题,2,本章以流行ARM处理器为例介绍嵌入式微处理器的指令系统，包括 ARM处理器的指令格式分类、指令格式、寻址方式、32位的ARM指令集和16位的Thumb指令集。,31 ARM指令分类及指令格式,3,31l ARM指令分类,4,5,6,7,8,1. 立即数符号“#“ “#”符号表示立即数，该符号后的数据可以是二进制数，也可以是十进制数或十六进制数，如果操作数为十进制数，则前面除了#外，没有其他符号。 2. 二进制符号“%“ “%“符号后面
2、的数字表示二进制数，如%10010101表示二进制数10010101，即十进制数149。 3. 二进制符号“2_“ “2_“符号是二进制前缀的另一种形式，如2_10010101也表示二进制数10010101，与%10010101等效。,313 ARM指令中的操作数符号,9,4. 十六进制符号“0x“ “0x“后面的数据表示十六进制数，如0xFFFF，表示十六进制数FFFF，即十进制数65535。 5 更新基址寄存器符号“!“ “!“符号表示指令在完成操作后应将最后的地址写入基址寄存器。 6. 复制SPSR到CPSR符号“” “” 符号通常在批量数据存储指令中作为后缀放在寄存器之后。当其前面的寄
3、存器不包含PC时，该符号表示所用的寄存器是用户模式的寄存器；当其前面的寄存器包含PC时该符号指示将SPSR寄存器的值复制到CPSR寄存器中。 7. 指示寄存器列表范围符号“-” “-“符号用于在有些指令中表示多个连续寄存器，即含义“从到“。如RO-R7表 示，R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7这8个寄存器。,10,ARM微处理器内嵌的桶型移位器(Barrel Shifter)，支持数据的各种移位操作，但在 ARM指令集中没有单独的指令供移位操作使用。移位操作在汇编语言中表示为指令中的选项，只能作为指令格式中的一个字段。如当数据处理指令的第2个操作数为寄存器时，就可以加入移位操作选项对它进
4、行各种移位操作。 移位操作包括逻辑左移(LSL)、算术左移(ASL)、逻辑右移(LSR)、算术右移(ASR)、循环右移(ROR)及带扩展的循环右移(RRX)共6种类型。,314 ARM指令中的移位操作,11,1逻辑左移操作 格式：通用寄存器，LSL 立即数 用途：对通用寄存器中的内容进行逻辑左移操作，按操作数所指定的数量向左移位，右端(低位)用零来填充。其中，操作数可以是通用寄存器中的数值，也可以是立即数(立即数的取值范围是03l之间的整数)。 例如：MOV R0， Rl ， LSL# 2 ；将Rl中的内容算术左移2位后传送到R0中 2算术左移操作 格式：通用寄存器，ASL 操作数 用途：AS
5、L表示对通用寄存器中的内容进行算术左移操作，按操作数所指定的数量向左移位，右端(低位)用零来填充。其中，操作数可以是通用寄存器中的数值，也可以是立即数(立即数的取值范围是03l之间的整数)。 LSL与ASL效果相同，可以互换。 例如：MOV R0，R1，ASL#2 ；将R1中的内容算术左移2位后传送到R0中,12,3 逻辑右移操作 格式：通用寄存器，LSR 操作数 用途：对通用寄存器中的内容进行逻辑右移操作，按操作数所指定的数量向右移位，左端(高位)用零来填充。其中，操作数可以是通用寄存器中的数值，也可以是立即数(立即数的取值范围是03l之间的整数)。 例如：MOV R0， R1， LSR#
6、2；将R1中的内容逻辑右移2位后传送到R0中，左端用零来填充 4算术右移操作 格式：通用寄存器，ASR 操作数 用途：对通用寄存器中的内容进行逻辑右移操作，按操作数所指定的数量向右移位，左端(高位)用第31位的值（亦即符号位）来填充。其中，操作数可以是通用寄存器中的数值，也可以是立即数(立即数的取值范围是03l之间的整数)。 例如：MOV R0， R1， ASR#2 ；将R1中的内容算术右移2位后传送到R0中，左端用第31 位的值来填充,13,5循环右移操作 格式：通用寄存器，ROR 操作数 用途：对通用寄存器中的内容进行循环右移操作，按操作数所指定的数量向右循环移位，左端用右端移出的位来填充
7、。其中，操作数可以是通用寄存器中的数值，也可以是立即数(立即数的取值范围是03l之间的整数)。当进行32位的循环右移操作时，通用寄存器中的值不改变。 例如：MOV R0， R1 ， ROR#2 ；将R1中的内容循环右移2位后传送到R0中 6带扩展的循环右移操作 格式：通用寄存器，RRX 操作数 用途：对通用寄存器中的内容进行带扩展的循环右移操作，按操作数所指定 的数量向右循环移位，左端用进位标志位来填充。其中，操作数可以是通用寄存器中的数值，也可以是立即数(立即数的取值范围是03l之间的整数)。 例如：MOV R0， R1， RRX#2 ；将R1中的内容进行带扩展的循环右移2位后传送到R0中,
8、14,1立即寻址 立即寻址也叫立即数寻址，是一种特殊的寻址方式。采用立即寻址方式时，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。采用立即寻址方式的指令示例如下： MOV R0， # 0xl0FF66ED ADC R0 ， R0 ，# 1000 ； R0R0 + 1000 + C 在以上2条指令中，第2个源操作数即为立即数,32 ARM指令的寻址方式,所谓寻址方式，就是处理器根据指令中给出的地址信息来寻找物理地址的方式。目前ARM指令系统支持的常见寻址方式有立即寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、基址加变址寻址、相对寻址、堆栈寻址及多寄存器寻址7种。,321 A
9、RM指令的寻址方式,15,2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。采用寄存器寻址方式的指令示例如下： ADD R0， R 1 ， R2 ； R0Rl + R2 3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，用于间接寻址的寄存器必须用方括号“ “括起来。采用寄存器间接寻址方式的指令示例如下： ADD R0，Rl ，R2 ；R0Rl + R2 LDR R0，R1 ；R0Rl STR R0， Rl ； RlR0,16,4基址加变址寻址 基址加变址寻址就
10、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。基址加变址寻址方式常用于访问某地址附近的地址单元。采用基址加变址寻址方式的指令有如下几种常见形式。 （1）LDR R0， R1， # 4 ；R0Rl + 4 （2）LDR R0， R1， # 4！ ； R0Rl + 4、RlRl + 4 该指令表示以寄存器Rl的值加上4作为操作数的有效地址，将取得的操作数存入寄存器R0中，然后再将寄存器Rl的值增加4。符号“!“表示指令在完成数据传送后应该更新基址寄存器。 （3）LD R0，R1，#4 ；R0Rl 、RlRl + 4 该指令表示以寄存器Rl
11、的值作为操作数的有效地址，将取得的操作数存入寄存器R0中，然后再将寄存器Rl的值增加4。 （4）LDR R0，Rl ，R2 ；R0Rl + R2,17,5相对寻址 相对寻址以程序计数器(PC)的当前值为基地址，以指令中的地址标号为偏移量，将两者相加之后的值作为操作数的有效地址。以下程序段的作用是完成子程序的调用和返回，其中跳转指令BL即采用了相对寻址方式。 BL Subroutine_ A ；跳转到子程序Subroutine_A处执行 Subroutine A MOV PC， LR ；从子程序返回 假设程序段中BL指令所在地址(PC值)为0x2100000， Subroutine_A对应偏移量
12、为0x0100，则转移到Subroutine_A处对应的地址为0x2100100，此地址在汇编时自动形成。,18,6堆找寻址 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，堆核指针总是指向栈顶。 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人数据的空位置时，称为空堆栈(Empty Stack)。 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
13、时，称为递增堆栈，当由高地址向低地址生成时，称为递减堆栈。 因此堆栈工作方式有4种类型： （1）满递增堆栈；（2）满递减堆栈；（3）空递增堆栈： （4）空递减堆栈。,19,7多寄存器寻址 多寄存器寻址又称块拷贝寻址，采用多寄存器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。多寄存器寻址是多寄存器传送指令(LDM/STM)的寻址方式， LDM/STM指令可以将存储器中的一个数据块加载到多个寄存器中，也可以将多个寄存器中的内容存储到存储器中。寻址操作中的寄存器可以是R0R15这16个寄存器的子集或全集。LDM/STM指令依据后缀名的不同，其寻址方式有很大区别。采用多寄存器寻址方式的指令
14、示例如下： LDMIA R0， R1，R2，R3，R4 ；R1R0， R2R0十4 ；R3R0 + 8，R4R0十12 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RlR4。,20,【例31】 欲将数据从源数据区snum复制到目标数据区dnum，数据的个数为num，复制时以8个字为单位进行，对于最后所剩不足8个字的数据，以字为单位进行复制。用ARM汇编语言设计实现该功能的程序，并分析该ARM程序的详细执行过程和执行结果。 用ARM汇编语言设计数据块复制程序的设计思想如下：先将源数据区的起始地址、目标数据区的起始地址以及数据个数赋给选定
15、的寄存器R0、R1、R2，再根据每次批量/单个复制数据的个数R3，确定用于数据复制的中间寄存器R4-R11，之后先将源数据区的若干个数据批量装载到中间寄存器中，再将中间寄存器的数据批量存储到目的数据存储区，随后进行数据是否复制完毕的判断，若未复制完毕，修改有关操作数据地址，并重复前面的数据复制操作，否者，终止操作，程序结束。,322 ARM指令的寻址方式应用举例,21,表3.3 数据块复制程序执行前的有关数据和执行后的有关结果列表,22,23,24,ARM微处理器的指令集是加载/存储型的，即指令集仅能处理寄存器中的数据，处理结果仍要放回寄存器中，而对系统存储器的访问则需要通过专门的加载/存储指
16、令来完成。本节将对ARM指令集的共6大类指令进行详细的描述，并给出相应例子。 331 数据处理指令 数据处理类指令可分为数据传送指令、算术逻辑运算指令及比较指令等。其中数据传送指令用于在寄存器和存储器之间进行数据的双向传输；算术逻辑运算指令完成常用的算术与逻辑的运算，该类指令不但将运算结果保存在目的寄存器中，同时更新CPSR中的相应条件标志位；比较指令不保存运算结果，只更新CPSR中相应的条件标志位。 数据处理类指令见表34。,33 ARM指令集,25,26,1数据传送指令 1）数据传送指令 格式：MOV条件 S目的寄存器，操作数 用途：用于将操作数传送到目的寄存器中。其中S决定指令的操作是否影响CPSR中条件标志位的值，当没有S时指令不更新CPSR中条件标志位的值。例如： MOV Rl，R0 ；将寄存器R0的值传送到寄存器Rl MO
