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ARM指令系统ARM指令系统简介ARM处理器是基于精简指令集计算机(RISC)原理设计的，指令集和相关译码机制较为简单。ARM具有32位ARM指令集和16位Thumb指令集，ARM指令集效率高，但是代码密度低;而Thumb指令集具有较高的代码密度，却仍然保持ARM的大多数性能上的优势，它是ARM指令集的子集。所有的ARM指令都是可以有条件执行的，而Thumb指令仅有一条指令具备条件执行功能。ARM程序和Thumb程序可相互调用，相互之间的状态切换开销几乎为零。ARM指令系统ARM指令集与Thumb指令集的关系Thumb指令集具有灵活、小巧的特点ARM指令集支持ARM核所有的特性，具有高效、快速的特点ARM处理器寻址方式寻址方式分类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。ARM处理器具有以下几种基本寻址方式。1.寄存器寻址；2.立即数寻址；3.寄存器移位寻址；4.寄存器间接寻址；5.基址寻址；6.堆栈寻址；7.块拷贝寻址；8.相对寻址。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编号，指令执行时直接取出寄存器值来操作。寄存器寻址指令举例如下：MOVR1,R2;将R2的值存入R1SUBR0,R1,R2;将R1的值减去R2的值，结果保存到R00xAA0x55R2R1ARM处理器寻址方式寻址方式分类——寄存器寻址MOVR1,R20xAA立即寻址指令中的操作码字段后面的地址码部分即是操作数本身，也就是说，数据就包含在指令当中，取出指令也就取出了可以立即使用的操作数(这样的数称为立即数)。立即寻址指令举例如下：SUBSR0,R0,#1;R0减1，结果放入R0，并且影响标志位MOVR0,#0xFF000;将立即数0xFF000装入R0寄存器0x55R0MOVR0,#0xFF00程序存储ARM处理器寻址方式寻址方式分类——立即数寻址MOVR0,#0xFF000xFF00从代码中获得数据寄存器移位寻址是ARM指令集特有的寻址方式。当第2个操作数是寄存器移位方式时，第2个寄存器操作数在与第1个操作数结合之前，选择进行移位操作。寄存器移位寻址指令举例如下：MOVR0,R2,LSL#3;R2的值左移3位，结果放入R0，;即是R0=R2×8ANDSR1,R1,R2,LSLR3;R2的值左移R3位，然后和R1相;“与”操作，结果放入R10x55R0R20x01ARM处理器寻址方式寻址方式分类——寄存器移位寻址MOVR0,R2,LSL#30x080x08逻辑左移3位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，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。寄存器间接寻址指令举例如下：LDRR1,[R2];将R2指向的存储单元的数据读出;保存在R1中SWPR1,R1,[R2];将寄存器R1的值和R2指定的存储;单元的内容交换0x55R0R20x400000000xAA0x40000000ARM处理器寻址方式寻址方式分类——寄存器间接寻址LDRR0,[R2]0xAA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。基址寻址用于访问基址附近的存储单元，常用于查表、数组操作、功能部件寄存器访问等。基址寻址指令举例如下：LDRR2,[R3,#0x0C];读取R3+0x0C地址上的存储单元;的内容，放入R2STRR1,[R0,#-4]!;先R0=R0-4，然后把R1的值;保存到R0指定的存储单元ARM处理器寻址方式寻址方式分类——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。多寄存器寻址指令举例如下：LDMIAR1!,{R2-R7,R12};将R1指向的单元中的数据读出到;R2～R7、R12中(R1自动加1)STMIAR0!,{R2-R7,R12};将寄存器R2～R7、R12的值保;存到R0指向的存储;单元中;(R0自动加1)0x40000000R1R20x??0x010x400000000x??R3R40x??R60x??0x020x030x040x400000040x400000080x4000000C存储器ARM处理器寻址方式寻址方式分类——多寄存器寻址LDMIAR1!,{R2-R4,R6}0x010x020x030x040x40000010•ARM存储器访问指令——多寄存器存取数据块传送指令操作过程如右图所示，其中R7为指令执行前的基址寄存器，R7’则为指令执行后的基址寄存器。ARM存储器访问指令——多寄存器存取•ARM存储器访问指令——多寄存器存取数据块传送存储堆栈操作压栈说明数据块传送加载堆栈操作出栈说明STMDASTMED空递减LDMDALDMFA满递增STMIASTMEA空递增LDMIALDMFD满递减STMDBSTMFD满递减LDMDBLDMEA空递增STMIBSTMFA满递增LDMIBLDMED空递减;使用数据块传送指令进行堆栈操作STMDAR0!,{R5-R6}...LDMIBR0!,{R5-R6};使用堆栈指令进行堆栈操作STMEDR0!,{R5-R6}...LDMEDR0!,{R5-R6}两段代码的执行结果是一样的，但是使用堆栈指令的压栈和出栈操作编程很简单（只要前后一致即可），而使用数据块指令进行压栈和出栈操作则需要考虑空与满、加与减对应的问题。堆栈操作（详见“寻址方式堆栈寻址”）和数据块传送指令类似，也有4种模式，它们之间的关系如下表所示：堆栈是一个按特定顺序进行存取的存储区，操作顺序为“后进先出”。堆栈寻址是隐含的，它使用一个专门的寄存器(堆栈指针)指向一块存储区域(堆栈)，指针所指向的存储单元即是堆栈的栈顶。存储器堆栈可分为两种：向上生长：向高地址方向生长，称为递增堆栈向下生长：向低地址方向生长，称为递减堆栈ARM处理器寻址方式寻址方式分类——堆栈寻址ARM处理器寻址方式寻址方式分类——堆栈寻址栈底栈顶栈区SP堆栈存储区栈顶栈底栈区SP向下增长向上增长0x123456780x12345678堆栈压栈堆栈压栈栈顶SP栈顶SP栈底空堆栈栈底满堆栈堆栈指针指向最后压入堆栈的有效数据项，称为满堆栈；堆栈指针指向下一个待压入数据的空位置，称为空堆栈。ARM处理器寻址方式寻址方式分类——堆栈寻址0x123456780x12345678栈顶SP0x12345678栈顶SP压栈压栈所以可以组合出四种类型的堆栈方式：满递增：堆栈向上增长，堆栈指针指向内含有效数据项的最高地址。指令如LDMFA、STMFA等；空递增：堆栈向上增长，堆栈指针指向堆栈上的第一个空位置。指令如LDMEA、STMEA等；满递减：堆栈向下增长，堆栈指针指向内含有效数据项的最低地址。指令如LDMFD、STMFD等；空递减：堆栈向下增长，堆栈指针向堆栈下的第一个空位置。指令如LDMED、STMED等。ARM处理器寻址方式寻址方式分类——堆栈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。相对寻址指令举例如下：BLSUBR1;调用到SUBR1子程序BEQLOOP;条件跳转到LOOP标号处...LOOPMOVR6,#1...SUBR1...ARM处理器寻址方式寻址方式分类——相对寻址简单的ARM程序;文件名：TEST1.S;功能：实现两个寄存器相加;说明：使用ARMulate软件仿真调试AREAExample1,CODE,READONLY;声明代码段Example1ENTRY;标识程序入口CODE32;声明32位ARM指令STARTMOVR0,#0;设置参数MOVR1,#10LOOPBLADD_SUB;调用子程序ADD_SUBBLOOP;跳转到LOOPADD_SUBADDSR0,R0,R1;R0=R0+R1MOVPC,LR;子程序返回END;文件结束使用“；”进行注释标号顶格写实际代码段声明文件结束简单的ARM程序;文件名：TEST1.S;功能：实现两个寄存器相加;说明：使用ARMulate软件仿真调试AREAExample1,CODE,READONLY;声明代码段Example1ENTRY;标识程序入口CODE32;声明32位ARM指令STARTMOVR0,#0;设置参数MOVR1,#10LOOPBLADD_SUB;调用子程序ADD_SUBBLOOP;跳转到LOOPADD_SUBADDSR0,R0,R1;R0=R0+R1MOVPC,LR;子程序返回END;文件结束目录1.ARM处理器寻址方式2.指令集介绍ARM指令集Thumb指令集ARM指令小节目录1.指令格式2.条件码3.存储器访问指令4.数据处理指令5.乘法指令6.ARM分支指令7.协处理器指令8.杂项指令9.伪指令ARM指令小节目录1.指令格式2.条件码3.存储器访问指令4.数据处理指令5.乘法指令6.ARM分支指令7.协处理器指令8.杂项指令9.伪指令ARM指令的基本格式如下：指令集介绍ARM指令集——指令格式opcode{cond}{S}Rd,Rn{,operand2}其中号内的项是必须的，{}号内的项是可选的。各项的说明如下：opcode：指令助记符；cond：执行条件；S：是否影响CPSR寄存器的值；Rd：目标寄存器；Rn：第1个操作数的寄存器；operand2：第2个操作数；ARM指令的基本格式如下：指令集介绍ARM指令集——第2个操作数opcode{cond}{S}Rd,Rn{,operand2}灵活的使用第2个操作数“operand2”能够提高代码效率。它有如下的形式：#immed_8r——常数表达式；Rm——寄存器方式；Rm,shift——寄存器移位方式；指令集介绍ARM指令集——第2个操作数#immed_8r——常数表达式例如：MOVR0,#1ANDR1,R2,#0x0F指令集介绍ARM指令集——第2个操作数Rm——寄存器方式在寄存器方式下，操作数即为寄存器的数值。例如：SUBR1,R1,R2MOVPC,R0指令集介绍ARM指令集——第2个操作数Rm,shift——寄存器移位方式将寄存器的移位结果作为操作数，但Rm值保持不变，移位方法如下：操作码说明操作码说明ASR#n算术右移n位ROR#n循环右移n位LSL#n逻辑左移n位RRX带扩展的循环右移1位LSR#n逻辑右移n位TypeRsType为移位的一种类型，Rs为偏移量寄存器，低8位有效。指令集介绍ARM指令集——第2个操作数LSL移位操作：0LSR移位操作：0ASR移位操作：ROR移位操作：RRX移位操作：C指令集介绍ARM指令集——第2个操作数Rm,shift——寄存器移位方式例如：ADDR1,R1,R1,LSL#3;R1=R1+R1*8=9R1SUBR1,R1,R2,LSRR3;R1=R1-(R2/2R3)ARM指令小节目录1.指令格式2.条件码3.存储器访问指令4.数据处理指令5.乘法指令6.ARM分支指令7.协处理器指令8.杂项指令9.伪指令ARM指令的基本格式如下：指令集介绍ARM指令集——条件码opcode{cond}{S}Rd,Rn{,operand2}使用条件码“cond”可以实现高效的逻辑操作，提高代码效率。所有的ARM指令都可以条件执行，而Thumb指令只有B（跳转）指令具有条件执行功能。如果指令不标明条件代码，将默认为无条件执行。操作码条件助记符标志含义0000EQZ=1相等0001NEZ=0不相等0010CS/HSC=1无符号数大于或等于0011CC/LOC=0无符号数小于0100MIN=1负数0101PLN=0正数或零0110VSV=1溢出0111VCV=0没有溢出1000HIC=1,Z=