嵌入式系统复习--ARM指令集(二)

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嵌入式系统复习–ARM指令集（一）

ARM指令详细介绍

1. 分类
   • 数据传送指令
   • 算术运算指令
   • 逻辑运算指令
   • 比较指令
   • 测试指令
   • 乘法指令
2. 二进制编码格式
   
   • #为1表示采用立即数的形式（8位立即数经过后4位*2的循环右移得到立即数）
   • #为0表示采用寄存器的形式但是原理和上面一样，只是将8位立即数，和循环移位的位数变成了用寄存器来存，如果4位为0表示将立即数经过（Sh）类型的移位寄存器位(Rm)，如果4位为1表示将寄存器Rs经过（Sh）类型移位（Rm）位

第二操作数可以是立即数，也可是是寄存器
如果是立即数就必须要满足除0外的8位在连接首位的圆圈内是宽度不超过8的(紧挨在一起的）同时还要满足宽度不能是奇数，因为循环移动是是移动的偶数，所以当宽度是奇数时就对不齐了表示不了

移位操作只有两位，只能保留4种，ASR、LSL、LSR、ROR

数据处理指令

具体指令

• ADD、SUB、RSB、ADC、SBC、RSC
  加、减、反减，不带进位和带进位
  条件码标志，如果带上S则根据结果要更新NZCV

  ---

  R15的使用：
  若将R15作为Rn（第一操作数寄存器）使用则它的值是指令的地址加上对应偏移量(三级流水线加8)相当于读程序计数器的值
  若使用R15作为Rd（目的寄存器），相当于要改写，这是不允许的所以有对应特殊的用法则：

  • 执行转移到结果对应的地址立即跳转
  • 若加上后缀S，则将当前的SPSR拷贝到CPSR。可以使用这一点从异常返回（在用户模式或系统模式时R15作为Rd时，不用后缀S）异常返回，只有发生异常时才能使用
  • 在有寄存器控制移位的任何数据处理指令中，不能将R15作为Rd或任何操作数来使用禁止修改

  ---

• AND、ORR、EOR、BIC
  逻辑与、或、异或、位清零
  条件码标记：
  若指定S，则根据结果更新标志N、Z，在计算第二操作数时更新C，不影响标志V

• MOV和MVN（传送和取反）
  条件码标志：
  同上一个影响相同

• CMP和CMN（比较和比较反值）
  用法：将寄存器的值与第二操作数进行比较。他们根据结果更新条件标志位，但结果不放到任何寄存器中
  CMP：根据Rn - Op2设置条件码，结果丢弃
  CMN：根据Rn + Op2设置条件码，结果丢弃

  条件码：根据结果NZCV都可能改变

• TST和TEQ（测试和测试相等)
  句法：

  TST {cond} Rn, Operand2
  TEQ {cond} Rn, Operand2
  

  用法：
  TST:对Rn的值和Operand2的值进行按位与操作，设置条件码，丢弃结果
  TEQ:对Rn的值和Operand2的值进行按位异或操作，设置条件码，丢弃结果

• 乘法指令
  
  可以看出Rd, Rn都可以作为目的寄存器，但是Rn也作需要加时存放的，为了能表示32位和64位，当表示32位是只使用Rd，但是要表示64位是就需要同时使用Rd和Rn了，此时Rd作为高位，Rn作为低位。

• MUL和MLA（乘法和乘加）
  句法：

  MUL {cond} {S} Rd, Rm, Rs
  MLA {cond} {S} Rd, Rm, Rs, Rn
  

  R15不能用作Rd、Rm、Rs、Rn。
  Rn不能与Rm相同
  条件标志码：根据结果更新N和Z,不影响V，C不用看

• UMULL、UMLAL、SMULL、SMLAL
  无符号和带符号长乘数乘法和乘加，结果为64位
  句法：

  Op {cond} {S} RdLo, RdHi, Rm, Rs
  

  也可以使用半字进行运算
  
  
  保持原来的32位<x,y>中填W

Load/Store指令

ARM的数据存储指令Load/Store是唯一用于寄存器和存储器之间进行数据传送的指令。

分类：

• 单寄存器的存取指令（LDR, STR）

• 多寄存器存取指令（LDM, STM）

• 单寄存器交换指令（SWP）

• 单寄存器的存取指令

根据传送数据类型的不同可以分为：

• 单字和无符号字节的数据传送指令

  汇编格式：

  • 前变址格式

  LDR|STR {<cond>} {B} Rd, [Rn, <offset>]{!}
  

  • 后变址格式

  LDR|STR {<cond>} {B} {T} Rd, [Rn], <offset>
  

  • 相对PC的形式

  LDR|STR {cond} {B} Rd, LABEL
  

  T：是特权模式下使用，在用户模式下不可用。

• 半字和有符号字节的数据传送指令

  汇编格式：

  • 前变址格式

    LDR|STR{<cond>} H|SH|SB Rd, [Rn, <offest>] {!}
    

  • 后变址格式

    LDR|STR {<cond>} H|SH|SB Rd, [Rn], <offest>
    

    可以是8位立即数或 寄存器
    其中
    SH:带符号的半字
    H:无符号的半字
    SB:带符号的字节

    半字传送的地址必须是偶数

• LDR和STR双字
  加载两个相邻的寄存器和存储两个相邻的寄存器，64位双字
  句法：

  op {cond} D Rd, [Rn]
  op {cond} D Rd, [Rn, offset] {!}
  op {cond} D Rd, label
  op {cond} D Rd, [Rn], offset
  

  其中：Rd 加载或存储寄存器其中一个，另一个是R(d + 1)。Rd必须是偶数寄存器，且不是R14
  Rn 除非指令为零偏移，或不带回写的前索引，否则，Rn不允许与Rd和R(d + 1)相等

  例：
  LDRD R6, [R11]
  STRD R4, [R9, #24]
  STRD R0, [R9, R2]!
  

• 多寄存器存取指令LDM/STM
  可以将16个寄存器（R0~R15）的任意集合存储到存储器或从存储器读到寄存器
  汇编格式：

  LDM/STM {<cond>} <add mode> Rn{!}, <REGISTERS>{^}
  

  
  

• 单寄存器交换指令（SWP）
  汇编格式：

SWP {B} {<cond>} Rd, Rm, [Rn]

例句：

SWPB R1, R1, [R0] 交换字节，将[R0]中的字节数据读取到R1中，同时将R1中的数据写入到[R0]中
SWP R1, R2,[R3] 交换字节数据，将[R3]中的数据读取到R1中，同时将R2中的数据读入到[R3]中

• 状态寄存器到通用寄存器的传送指令（MRS）
  汇编格式：

  MRS {<cond>} Rd, CPSR|SPSR
  

• 通用寄存器到状态寄存器的传送指令（MSR）
  汇编格式

  MSR {<cond>} CPSR_f | SPSR_f, #<32-bit immediate>
  MSR {<cond>} CPSR_<field> | SPSR_<field>, Rm
  

  field表示：
  c 控制域屏蔽字节（PSR[7:0]）
  x 扩展域屏蔽字节 （PSR[15:8]）
  s 状态域屏蔽字节 （PSR[23:16]）
  f 标志域屏蔽字节 （PSR[31:24]）

转移指令

ARM的转移指令可以从当前指令向前或向后的32MB的地址空间跳转，根据完成的功能他可以分为：

• 转移和转移链接指令（B, BL）
  BL指令会将转移后境界的一条指令的地址链接到寄存器LR(R14)
  汇编格式：

B {L} {<cond>} <target address>

• 转移交换和转移链接交换（BX, BLX）
  这些指令用于支持Thumb（16位）指令集的ARM芯片，程序可以通过这些指令实现从ARM到Thumb状态的切换
  汇编格式：

  B {L} X {<cond>} Rm
  BLX  <target address>
  

  BX格式中：Rm的第0位拷贝到CPSR的T位，[31:1]位移入PC。若Rm[0] = 1, 切换到Thumb状态，Rm最低位清0，从Rm开始执行；若Rm[0] = 0将Rm[1]位清0，从Rm开始执行。
  BLX格式中：将指令有符号的24位偏移量用符号扩展到32位，然后左移2位形成偏移，然后加载到PC中，把H位加到目标地址的第1位，使得目标指令选择奇数的半字地址，执行Thumb指令

异常中断指令

异常中断可以分为两种

• 软件中断指令（SWI）
  “监控调用”，他将处理器置于监控（SVC）模式
  汇编格式：

  SWI {<cond>} <24为立即数>
  

• 断点指令（BKPT-仅用于v5T体系）
  它将处理器停止执行正常指令而进入相应的调试程序
  汇编格式：

  BKPT {immed_16}
  

软件中断指令SWI用于产生SWI异常中断，用来实现在用户模式下队操作系统中特权模式的程序的调用；断点中断指令BKPT主要用于产生软件中断，龚供调试程序用。

• 前导零计数CLZ
  汇编格式：

  CLZ {<cond>} Rd, Rm
  

  说明：
  对Rd设置为Rm中为1的最高有效位的位置数。
  即对Rm中的前导0的个数进行计数，结果存放到Rd中
  若Rm = 0， 则Rd = 32
  若Rm[31] = 1, 则Rd = 0
  举例：

  MOV R11, #0x35E20 //LDR伪指令
  CLZ R5, R11 // R5 = 14
  

协处理器指令

ARM支持16个协处理器，用于各种协处理器操作

• 协处理器的数据操作
  协处理器数据操作完全是协处理器内部的操作，它完成协处理器寄存器的状态改变
  汇编格式：

  CDP {<cond>} <CP#>, <Cop1>, CRd, CRn, CRm{, <Cop2>}
  

  CP#: 协处理器名，标准名为pn, n为0~15范围内的整数
• 协处理器的数据存取
  从存储器读取数据装入协处理器寄存器，或将协处理器寄存器中的值存入存储器
  汇编格式：
  • 前变址格式

  LDC|STC {<cond>} {L} <CP#>, CRd, [Rn <offset>] {!}
  

  • 后变址格式

  LDC|STC{<cond>} {L} <CP#>, CRd, [Rn], <offset>
  

• 协处理器的寄存器传送
  汇编格式：
  • 从协处理器传送到ARM寄存器

  MRC {<cond>} <CP#>, <Cop1>, Rd, CRn, CRm {, <Cop2>}
  

  • 从ARM寄存器传送到协处理器

  MCR {<cond>} <CP#>, <Cop1>, Rd, CRn, CRm {, <Cop2>}
  

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