第3章 Thumb-2指令系统

EmbeddedSystemDevelopment嵌入式系统与应用第3章Thumb-2指令系统–3.1Thumb-2指令集简介–3.2Cortex-M3八种寻址方式–3.3简单的Thumb汇编程序–3.4Thumb-2指令基本格式–3.5Cortex-M3常用的Thumb-2指令集3.1Thumb-2指令集简介Thumb-2继承了传统的16位长度的Thumb指令集和32位长度的ARM指令集的各自优点。使Thumb成为混合（32位和16位）长度指令集，是所有ARMv7兼容的ARMCortex实现所通用的指令集。Thumb-2与现有ARM和Thumb解决方案向后兼容，同时显著扩展了Thumb指令集的可用功能，从而使更多应用程序从Thumb的同类最佳代码密度中获益。为获得性能优化的代码，Thumb-2技术使用少于31%的内存以降低系统成本，同时，提供比现有高密度代码高出38%的性能，因此可用于延长电池寿命，或丰富产品功能集。Cortex-M3处理器使用的是Thumb-2指令集的子集，它的指令工作状态只有Thumb-2状态。Thumb-2指令集体系架构，无需处理器进行工作状态的显示切换，就可运行16位与32位混合代码，并由同一汇编器对其进行汇编。第3章Thumb-2指令系统3.1Thumb-2指令集简介3.2Cortex-M3八种寻址方式3.3简单的Thumb汇编程序3.4Thumb-2指令基本格式3.2Cortex-M3八种寻址方式寻址方式是根据指令中给出的地址码字段来实现寻找真实操作数地址的方式。指令的简单格式：opcodeRd,Rn[,Operand2]指令码目标寄存器,第一操作数[,第二操作数]Cortex-M3处理器支持8种基本寻址方式：–1、寄存器寻址–2、立即寻址–3、寄存器移位寻址–4、寄存器间接寻址–5、基址寻址–6、多寄存器寻址–7、堆栈寻址–8、相对寻址•指令中的地址码字段（第一或第二操作数）给出的是寄存器编号，操作数的值在寄存器中，指令执行时直接取出寄存器值来操作。例：MOVR1,R2;将R2的值存入R11、寄存器寻址SUBR0,R1,R2;将R1的值减去R2的值，结果存R00xAA0x55R2R1MOVR1,R20xAA•地址码字段（第一或第二操作数）直接给出是一整数（称立即数），例：SUBSR0,R0,#1;R0减1结果放入R0，影响标志位2、立即寻址MOVR0,#0xFF000;将立即数0xFF000装入R00x55R0MOVR0,#0xFF00程序存储0xFF00从代码中获得数据地址码字段（第一或第二操作数）在操作之前，先进行移位操作。例：MOVR0,R2,LSL#3;R2的值左移3位，结果存R0，;即是R0=R2×83、寄存器移位寻址ANDSR1,R1,R2,LSLR3;R2的值左移R3位，再和R1相“与”操作，结果放入R10x55R0R20x01MOVR0,R2,LSL#30x080x08逻辑左移3位可采用的移位操作LSL逻辑左移(LogicalShiftLeft)：寄存器中数据位低端空出的位补0；LSR逻辑右移(LogicalShiftRight)：寄存器中数据位高端空出的位补0；ASR算术右移(ArithmeticShiftRight)：移位过程中保持符号位不变，即若源操作数为正数，则数据位的高端空出的位补0，否则补1；可采用的移位操作ROR循环右移(RtateRight)：由数据位的低端移出的位填入数据位的高端空出的位；RRX带扩展的循环右移(RotateRighteXtendedby1place)：操作数右移一位，高端空出的位用原C标志值填充。•地址码段（第一或第二操作数）给出的是一个通用寄存器的编号，所需的操作数保存在寄存器指定地址的存储单元中，即寄存器为操作数的地址指针，例：LDRR1,[R2];将R2指向的存储单元的数据读出存R10x55R1R20x400000000xAA0x400000004、寄存器间接寻址LDRR1,[R2]0xAA•就是将基址寄存器的内容与给出的偏移量相加，形成操作数的有效地址。用于查表、数组操作、功能部件寄存器访问等。例：LDRR2,[R3,#0x0C];读R3+0x0C地址上的存储单元的值存R25、基址寻址0x55R2R30x400000000xAA0x4000000CLDRR2,[R3,#0x0C]0xAA将R3+0x0C作为地址装载数据多寄存器寻址一次可传送几个寄存器值，允许一条指令传送16个寄存器的任何子集或所有寄存器。例：LDMIAR1!,{R2-R4,R6};将R1指向单元中的数据存到;R2～R4、R6中(R1自动加4)0x40000000R1R20x??0x010x400000000x??R3R40x??R60x??0x020x030x040x400000040x400000080x4000000C存储器6、多寄存器寻址LDMIAR1!,{R2-R4,R6}0x010x020x030x040x40000010STMIAR0!,{R2-R7,R12};将寄存器R2～R7、R12的值;存到R0指向的存储单元中;(R0自动加4)7、堆栈寻址堆栈是一个按特定顺序进行存取的存储区，后进先出。堆栈寻址是隐含的，使用一个专门的寄存器--堆栈指针SP,指向堆栈的存储单元即栈顶，2种堆栈方式：向上生长与向下生长的堆栈：栈底栈顶栈区SP堆栈存储区栈顶栈底栈区SP0x12345678向下增长0x12345678向上增长0x123456780x12345678压栈压栈堆栈寻址堆栈指针指向最后压入的有效数据项，称为满堆栈；栈顶SP栈顶SP栈底空堆栈栈底满堆栈0x123456780x12345678栈顶SP0x12345678栈顶SP压栈压栈堆栈指针指向下一个待压入数据的空位置，称为空堆栈。堆栈寻址所以可以组合出四种类型的堆栈方式：向上生长的满栈、向上生长的空栈、向下生长的满栈、向下生长的空栈。Cortex-M3向下生长的满栈模型。例：STMDBSP!,{R1-R7,LR};将R1～R7、LR入栈LDMIASP!,{R1-R7,PC};出栈，到R1～R7、LR寄存器8、相对寻址相对寻址是基址寻址的一种变通。由程序计数器PC提供基准地址，指令中的地址码字段作为偏移量，两者相加后得到的地址即为操作数的有效地址。例：BWAITA;跳转到WAITA标号处，跳转范围+16MBBLSUBR1;调用到SUBR1子程序，并存储返回地；址到LR中，其跳转范围为+16MB…SUBR1…WAITA…第3章Thumb-2指令系统3.1Thumb-2指令集简介3.2Cortex-M3八种寻址方式3.3简单的Thumb-2汇编程序3.4Thumb-2指令基本格式3.3简单的Thumb汇编程序;文件名：TEST1.SAREA|test1.s|,CODE,READONLY;声明只读代码段DCD__VectorsDCDReset_HandlerEXPORT__VectorsEXPORTReset_Handler__VectorsReset_HandlerPROC;PROC/ENDP函数起始STARTMOVR0,#15;R0=15MOVR1,#8;R1=8ADDSR0,R0,R1;R0=R0+R1BSTARTENDP;此处函数起始标记可省END使用“；”进行注释标号顶格写实际代码段声明文件结束第3章Thumb-2指令系统3.1Thumb-2指令集简介3.2Cortex-M3八种寻址方式3.3简单的Thumb汇编程序3.4Thumb-2指令基本格式3.5Cortex-M3常用的Thumb-2指令集3.4Thumb-2指令基本格式1、指令基本格式：opcode{cond}{S}{.N|.W}Rd,Rn{,Operand2}号内的项是必需的，{}号内的项是可选的；Opcode指令助记符，如LDR、STR等；Cond指令执行条件码，不选为AL（无条件执行）；S有S则运算结果影响APSR寄存器的标志位；.N|.W.N为16位编码指令，.W为32位编码指令，建议不选该项让系统自动选择编码类型；Rd目的寄存器；Rn第1个操作数的寄存器；Operand2第2个操作数。例：LDR.NR1,[R2,#0x10];16位指令，立即数范围为0-124;读R2+0x10存储单元的内容，存到R12、指令执行条件码使用指令条件码可以实现高效的逻辑操作，提高代码的执行效率。不选为AL。条件码标志含义EQZ==1相等NEZ==0不相等，与EQ相反CS/HSC==1进位（无符号数大于或等于）CC/LOC==0未进位（无符号数小于）MIN==1负数PLN==0非负数VSV==1溢出VCV==0没有溢出HIC==1&&Z==0无符号数大于LSC==0||Z==1无符号数小于或等于GEN==V有符号数大于或等于LTN!=V有符号数小于GTZ==0&&N==V有符号数大于LEZ==1||N!=V有符号数小于或等于AL—无条件执行指令执行条件码在Cortex-M3中，只有分支转移指令（B指令）才可以随意使用条件码。例：BEQlabel;当Z==1时，程序转移到label对于其它指令，只有在IF-THEN（IT）指令块中(最多4条)才能加条件码，且必须加条件码。IT已经带了一个T，最多再带3个T或E(与T相反的条件)，T、E排列无顺序。例：…CMPR0,R1;比较R0和R1的值，影响标志位ITTEEGT;下带4条指令，如R0R1既GT成立，否则LE成立MOVGTR2,R0;GT成立，则R2=R0MOVGTR3,R1;GT成立，则R3=R1MOVLER2,R1;LE成立，则R2=R1MOVLER3,R0;LE成立，则R3=R0…3、影响标志位的指令在Cortex-M3中，下列指令将会更新APSR中的标志位：16位算术逻辑指令；32位带S后缀的算术逻辑指令；比较指令（如CMP/CMN）和测试指令（如TST/TEQ）；直接操作PSR/APSR指令（MRS读和MSR写指令）。4、第2个操作数的格式立即数：#immN，–3、5、8、12、16位长度的常数表达式，如：MOVWR1，#0x1234;操作数为#imm16，范围为0~65535–由一个8位数左移任意位而形成的常数，如：0x3FC(0xFF2)；–重复半字形式0x00XY00XY、0xXY00XY00、0xXYXYXYXY；Rm寄存器方式：操作数即为寄存器的数值，例：–SUBR1，R1，R2;R1减R2，保存到R1中寄存器移位方式：Rm,Shift，将寄存器的移位结果作为操作数，例移位方法如下：–ASR#n算术右移n位（1n32)；例：–ADDR1,R1,R1,LSL#3;逻辑左移R1=R1+R1×8第3章Thumb-2指令系统3.1Thumb-2指令集简介3.2Cortex-M3八种寻址方式3.3简单的Thumb汇编程序3.4Thumb-2指令基本格式3.5Cortex-M3常用的Thumb-2指令集3.5Cortex-M3常用的Thumb-2指令集–1、数据传送指令–2、存储器访问指令–3、算术运算指令–4、逻辑运算指令–5、移位和循环指令–6、符号扩展指令–7、字节调序指令–8、位域处理指令–9、子程序调用与无条件转移指令–10、饱和运算指令1、数据传送指令指令功能描述MOVRd,#immed_8将8位立即数传到目标寄存器MOVRd,Rn将寄存器值传给低目标寄存器MVNRd,Rm寄存器值取反后传给目标寄存器MOV{S}.WRd,#immed_12将12位立即数传送到寄存器中MOV{S}.WRd,Rm{,shift}将移位后的寄存器值传到寄存器MOVT.WRd,#immed_16将16位立即数传送到寄存器的高半字[31:16]MOV