第2部分 嵌入式硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4

1、第2部分 嵌入式系統(tǒng)(xtng)硬件設(shè)計(jì)7/19/20221哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信(tng xn)工程系共六十三頁(yè)第六節(jié)ARM7TDMI(-S)指令系統(tǒng)(zh ln x tn)有什么(shn me)用？7/19/20222哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)目錄(ml)1.ARM處理器尋址方式(fngsh)2.指令集介紹ARM指令集Thumb指令集7/19/20223哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)目錄(ml)1.ARM處理器尋址方式(fngsh)2.指令集介紹ARM指令集Thumb指令集7/19/20224哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)ARM7TDMI

2、(-S)指令系統(tǒng)(zh ln x tn)簡(jiǎn)介(jin ji)1、ARM處理器是基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(RISC)原理設(shè)計(jì)的，指令集和相關(guān)譯碼機(jī)制較為簡(jiǎn)單。 2、ARM7TDMI(-S)具有32位ARM指令集和16位Thumb指令集，ARM指令集效率高，但是代碼密度低;而Thumb指令集具有較高的代碼密度，卻仍然保持ARM的大多數(shù)性能上的優(yōu)勢(shì)，它是ARM指令集的子集。3、所有的ARM指令都是可以有條件執(zhí)行的，而Thumb指令僅有一條指令具備條件執(zhí)行功能。4、ARM程序和Thumb程序可相互調(diào)用，相互之間的狀態(tài)切換開(kāi)銷(xiāo)幾乎為零。 B label 跳轉(zhuǎn)指令 7/19/20225哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)

3、通信工程系共六十三頁(yè)ARM7TDMI(-S)指令系統(tǒng)(zh ln x tn)ARM指令集與Thumb指令集的關(guān)系(gun x)Thumb指令集具有靈活、小巧的特點(diǎn)ARM指令集支持ARM核所有的特性，具有高效、快速的特點(diǎn)7/19/20226哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)1. ARM處理器尋址方式(fngsh)尋址方式(fngsh)分類(lèi) 尋址方式是根據(jù)指令中給出的地址碼字段來(lái)實(shí)現(xiàn)尋找真實(shí)操作數(shù)地址的方式。ARM處理器具有9種基本尋址方式。1.寄存器尋址；2.立即尋址；3.寄存器移位尋址；4.寄存器間接尋址；5.基址尋址；6.多寄存器尋址；7.堆棧尋址；8.塊拷貝尋址；9.相對(duì)尋址。7

4、/19/20227哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè) 操作數(shù)的值在寄存器中，指令中的地址碼字段指出的是寄存器編號(hào)，指令執(zhí)行時(shí)直接取出寄存器值來(lái)操作。寄存器尋址指令舉例如下(rxi)： MOV R1,R2 ;將R2的值存入R1 SUB R0,R1,R2 ;將R1的值減去R2的值，結(jié)果保存到R0 0 xAA0 x55R2R11. ARM處理器尋址方式(fngsh)尋址方式分類(lèi)寄存器尋址MOV R1,R20 xAA7/19/20228哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè) 立即尋址指令中的操作碼字段后面的地址碼部分即是操作數(shù)本身，也就是說(shuō)，數(shù)據(jù)就包含在指令當(dāng)中，取出指令也就取出了可以

5、(ky)立即使用的操作數(shù)(這樣的數(shù)稱(chēng)為立即數(shù))。立即尋址指令舉例如下： MOVR0,#0 xFF000 ;將立即數(shù)0 xFF000裝入R0寄存器 0 x55R0MOV R0,#0 xFF00程序存儲(chǔ)1. ARM處理器尋址方式(fngsh)尋址方式分類(lèi)立即尋址MOV R0,#0 xFF000 xFF00從代碼中獲得數(shù)據(jù)7/19/20229哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè) 寄存器移位尋址是ARM指令集特有的尋址方式。當(dāng)?shù)?個(gè)操作數(shù)是寄存器移位方式時(shí)，第2個(gè)寄存器操作數(shù)在與第1個(gè)操作數(shù)結(jié)合之前，選擇進(jìn)行移位操作。寄存器移位尋址指令舉例如下(rxi)：MOVR0,R2,LSL #3 ;R2

6、的值左移3位，結(jié)果放入R0， ;即是R0=R28 ANDSR1,R1,R2,LSL R3 ;R2的值左移R3位，然后和R1相 ;“與”操作，結(jié)果放入R10 x55R0R20 x011. ARM處理器尋址方式(fngsh)尋址方式分類(lèi)寄存器移位尋址MOV R0,R2,LSL #30 x080 x08邏輯左移3位7/19/202210哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè) 寄存器間接尋址指令中的地址碼給出的是一個(gè)通用寄存器的編號(hào)，所需的操作數(shù)保存在寄存器指定地址的存儲(chǔ)單元(cn ch dn yun)中，即寄存器為操作數(shù)的地址指針。寄存器間接尋址指令舉例如下： LDRR1,R2;將R2指向的存

7、儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)讀出;保存在R1中 SWPR1,R1,R2;將寄存器R1的值和R2指定的存儲(chǔ);單元的內(nèi)容交換 0 x55R0R20 x400000000 xAA0 x400000001. ARM處理器尋址方式(fngsh)尋址方式分類(lèi)寄存器間接尋址LDR R0,R20 xAA7/19/202211哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè) 基址(j zh)尋址就是將基址寄存器的內(nèi)容與指令中給出的偏移量相加，形成操作數(shù)的有效地址?；穼ぶ酚糜谠L問(wèn)基址附近的存儲(chǔ)單元，常用于查表、數(shù)組操作、功能部件寄存器訪問(wèn)等?；穼ぶ分噶钆e例如下： LDRR2,R3,#0 x0C ;讀取R3+0 x0C地址上的存儲(chǔ)

8、單元 ;的內(nèi)容，放入R2 STRR1,R0,#-4! ;先R0=R0-4，然后把R1的值寄存 ;到保存到R0指定的存儲(chǔ)單元 1. ARM處理器尋址方式(fngsh)尋址方式分類(lèi)基址尋址0 x55R2R30 x400000000 xAA0 x4000000CLDR R2,R3,#0 x0C0 xAA將R3+0 x0C作為地址裝載數(shù)據(jù)7/19/202212哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè) 多寄存器尋址一次可傳送(chun sn)幾個(gè)寄存器值，允許一條指令傳送16個(gè)寄存器的任何子集或所有寄存器。多寄存器尋址指令舉例如下： LDMIAR1!,R2-R7,R12 ;將R1指向的單元中的數(shù)據(jù)讀

9、出到 ;R2R7、R12中(R1自動(dòng)加1) STMIAR0!,R2-R7,R12 ;將寄存器R2R7、R12的值保 ;存到R0指向的存儲(chǔ); 單元中 ;(R0自動(dòng)加1)0 x40000000R1R20 x?0 x010 x400000000 x?R3R40 x?R60 x?0 x020 x030 x040 x400000040 x400000080 x4000000C存儲(chǔ)器1. ARM處理器尋址方式(fngsh)尋址方式分類(lèi)多寄存器尋址LDMIA R1!,R2-R4,R6 0 x010 x020 x030 x040 x400000007/19/202213哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十

10、三頁(yè) 堆棧是一個(gè)按特定順序進(jìn)行存取的存儲(chǔ)區(qū)，操作順序?yàn)椤昂筮M(jìn)先出” 。堆棧尋址是隱含的，它使用一個(gè)專(zhuān)門(mén)的寄存器(堆棧指針(zhzhn)指向一塊存儲(chǔ)區(qū)域(堆棧)，指針?biāo)赶虻拇鎯?chǔ)單元即是堆棧的棧頂。存儲(chǔ)器堆?？煞譃閮煞N： 向上生長(zhǎng)：向高地址方向生長(zhǎng)，稱(chēng)為遞增堆棧向下生長(zhǎng)：向低地址方向生長(zhǎng)，稱(chēng)為遞減堆棧1. ARM處理器尋址方式(fngsh)尋址方式分類(lèi)堆棧尋址7/19/202214哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)1. ARM處理器尋址方式(fngsh)尋址方式(fngsh)分類(lèi)堆棧尋址棧底棧頂棧區(qū)SP堆棧存儲(chǔ)區(qū)棧頂棧底棧區(qū)SP向下增長(zhǎng)向上增長(zhǎng)0 x123456780 x1234567

11、8堆棧壓棧堆棧壓棧7/19/202215哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)棧頂SP棧頂SP棧底空堆棧棧底滿堆棧 堆棧指針指向最后壓入的堆棧的有效數(shù)據(jù)項(xiàng)，稱(chēng)為滿堆棧；堆棧指針指向下一個(gè)待壓入數(shù)據(jù)(shj)的空位置，稱(chēng)為空堆棧。 1. ARM處理器尋址方式(fngsh)尋址方式分類(lèi)堆棧尋址0 x123456780 x12345678 棧頂SP0 x12345678棧頂SP壓棧壓棧7/19/202216哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)所以可以組合出四種類(lèi)型的堆棧方式：滿遞增：堆棧向上增長(zhǎng)，堆棧指針指向內(nèi)含有效數(shù)據(jù)項(xiàng)的最高地址。指令(zhlng)如LDMFA、STMFA等； 空遞

12、增：堆棧向上增長(zhǎng)，堆棧指針指向堆棧上的第一個(gè)空位置。指令如LDMEA、STMEA等； 滿遞減：堆棧向下增長(zhǎng)，堆棧指針指向內(nèi)含有效數(shù)據(jù)項(xiàng)的最低地址。指令如LDMFD、STMFD等；空遞減：堆棧向下增長(zhǎng)，堆棧指針向堆棧下的第一個(gè)空位置。指令如LDMED、STMED等。 1. ARM處理器尋址方式(fngsh)尋址方式分類(lèi)堆棧尋址7/19/202217哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)異常的入口和出口(ch ku)處理 如果異常處理程序已經(jīng)把返回(fnhu)地址拷貝到堆棧，那么可以使用一條多寄存器傳送指令來(lái)恢復(fù)用戶寄存器并實(shí)現(xiàn)返回(fnhu)。SUB LR,LR,#4;計(jì)算返回地址STMF

13、D SP!,R0-R3,LR ;保存使用到的寄存器. . .LDMFD SP!,R0-R3,PC;中斷返回中斷處理代碼的開(kāi)始部分和退出部分回顧異常入口和出口操作注意：中斷返回指令的寄存器列表（其中必須包括PC）后的“”符號(hào)表示這是一條特殊形式的指令。這條指令在從存儲(chǔ)器中裝載PC的同時(shí)（PC是最后恢復(fù)的），CPSR也得到恢復(fù)。這里使用的堆棧指針SP（R13）是屬于異常模式的寄存器，每個(gè)異常模式有自己的堆棧指針。這個(gè)堆棧指針應(yīng)必須在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)初始化。 7/19/202218哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè) 用于將一塊數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器的某一位置拷貝到另一位置。 如：STMIAR0!,R1-R

14、7;將R1R7的數(shù)據(jù)保存到存儲(chǔ)器中。;存儲(chǔ)指針在保存第一個(gè)值之后增加，;增長(zhǎng)方向(fngxing)為向上增長(zhǎng)。STMIBR0!,R1-R7;將R1R7的數(shù)據(jù)保存到存儲(chǔ)器中。;存儲(chǔ)指針在保存第一個(gè)值之前增加，;增長(zhǎng)方向?yàn)橄蛏显鲩L(zhǎng)。 1. ARM處理器尋址方式(fngsh)尋址方式分類(lèi)塊拷貝尋址R20 x010 x?R10 x02R3R40 x03R60 x040 x?0 x?0 x?R1+4R1+8R1+C存儲(chǔ)器STMIA R1!,R2-R4,R6 0 x010 x020 x030 x047/19/202219哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè) 相對(duì)尋址是基址尋址的一種變通。由程序計(jì)數(shù)

15、器PC提供基準(zhǔn)地址，指令中的地址碼字段作為(zuwi)偏移量，兩者相加后得到的地址即為操作數(shù)的有效地址。1. ARM處理器尋址方式(fngsh)尋址方式分類(lèi)相對(duì)尋址7/19/202220哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)相對(duì)(xingdu)尋址 例如(lr)： BLSubroutine_A ；跳轉(zhuǎn)到子程序Subroutine_A處執(zhí)行 Subroutine_A MOVPC，LR；從子程序返回0 x2100000 偏移量為0 x0100 PC0 x2100100 PC執(zhí)行7/19/202221哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)目錄(ml)1.ARM處理器尋址方式(fngsh)

16、2.指令集介紹ARM指令集Thumb指令集7/19/202222哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)簡(jiǎn)單(jindn)的ARM程序;文件名：TEST1.S ;功能：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)寄存器相加 ;說(shuō)明：使用(shyng)ARMulate軟件仿真調(diào)試 AREAExample1,CODE,READONLY ;聲明代碼段Example1 ENTRY ;標(biāo)識(shí)程序入口 CODE32 ;聲明32位ARM指令START MOVR0,#0 ;設(shè)置參數(shù) MOVR1,#10LOOPBLADD_SUB ;調(diào)用子程序ADD_SUB BLOOP ;跳轉(zhuǎn)到LOOPADD_SUB ADDSR0,R0,R1 ;R0 = R0

17、+ R1 MOVPC,LR ;子程序返回 END ;文件結(jié)束 使用“；”進(jìn)行注釋標(biāo)號(hào)頂格寫(xiě)實(shí)際代碼段聲明文件結(jié)束7/19/202223哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)簡(jiǎn)單(jindn)的ARM程序;文件名：TEST1.S ;功能：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)(lin )寄存器相加 ;說(shuō)明：使用ARMulate軟件仿真調(diào)試 AREAExample1,CODE,READONLY ;聲明代碼段Example1 ENTRY ;標(biāo)識(shí)程序入口 CODE32 ;聲明32位ARM指令START MOVR0,#0 ;設(shè)置參數(shù) MOVR1,#10LOOPBLADD_SUB ;調(diào)用子程序ADD_SUB BLOOP ;跳轉(zhuǎn)到

18、LOOPADD_SUB ADDSR0,R0,R1 ;R0 = R0 + R1 MOVPC,LR ;子程序返回 END ;文件結(jié)束 7/19/202224哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)目錄(ml)1.ARM處理器尋址方式(fngsh)2.指令集介紹ARM指令集Thumb指令集7/19/202225哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)ARM指令(zhlng)小節(jié)目錄1.指令格式(g shi)2.條件碼3.存儲(chǔ)器訪問(wèn)指令4.數(shù)據(jù)處理指令5.乘法指令6.ARM分支指令7.協(xié)處理器指令8.雜項(xiàng)指令9.偽指令7/19/202226哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)ARM指令

19、(zhlng)小節(jié)目錄1.指令格式2.條件(tiojin)碼3.存儲(chǔ)器訪問(wèn)指令4.數(shù)據(jù)處理指令5.乘法指令6.ARM分支指令7.協(xié)處理器指令8.雜項(xiàng)指令9.偽指令7/19/202227哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè) ARM指令的基本(jbn)格式如下：2. 指令集介紹(jisho)ARM指令集指令格式 S , 其中號(hào)內(nèi)的項(xiàng)是必須的，號(hào)內(nèi)的項(xiàng)是可選的。各項(xiàng)的說(shuō)明如下：opcode：指令助記符；cond：執(zhí)行條件；S：是否影響CPSR寄存器的值；Rd：目標(biāo)寄存器； Rn：第1個(gè)操作數(shù)的寄存器；operand2：第2個(gè)操作數(shù)；操作碼；指令助記符，如LDR、MOV等可選的條件碼；執(zhí)行條件

20、，如EQ、NE等?？蛇x后綴；若指定“S”，則根據(jù)指令執(zhí)行結(jié)果更新CPSR中的條件代碼標(biāo)志目標(biāo)寄存器第一個(gè)操作數(shù)，必須是寄存器 7/19/202228哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè) ARM指令(zhlng)的基本格式如下：2. 指令集介紹(jisho)ARM指令集第2個(gè)操作數(shù) S , 靈活的使用第2個(gè)操作數(shù)“operand2”能夠提高代碼效率。它有如下的形式：#immed_8r常數(shù)表達(dá)式；Rm寄存器方式；Rm,shift寄存器移位方式；7/19/202229哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)2. 指令集介紹(jisho)ARM指令集第2個(gè)操作數(shù)#immed_8r常數(shù)表達(dá)式

21、 該常數(shù)必須對(duì)應(yīng)8位位圖，即一個(gè)(y )8位的常數(shù)通過(guò)循環(huán)右移偶數(shù)位得到。循環(huán)右移10位0 x12000100100 x00000000000 x00000000000 x00000000000 x00000000000 x00000000000 x80100000000 x04000001008位常數(shù)7/19/202230哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)2. 指令集介紹(jisho)ARM指令集第2個(gè)操作數(shù)#immed_8r常數(shù)(chngsh)表達(dá)式 該常數(shù)必須對(duì)應(yīng)8位位圖，即一個(gè)8位的常數(shù)通過(guò)循環(huán)右移偶數(shù)位得到。例如：MOVR0,#1ANDR1,R2,#0 x0F 合法常量：0

22、 x3FC、0、0 xF0000000、200、0 xF0000001。 非法常量 ： 0 xlFE、511、0 xFFFF、0 x1010、0 xF0000010、0 x102。 7/19/202231哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)2. 指令集介紹(jisho)ARM指令集第2個(gè)操作數(shù)Rm寄存器方式 在寄存器方式下，操作數(shù)即為寄存器的數(shù)值(shz)。例如：SUBR1,R1,R2MOVPC,R07/19/202232哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)2. 指令集介紹(jisho)ARM指令集第2個(gè)操作數(shù)Rm,shift寄存器移位方式 將寄存器的移位結(jié)果作為(zuwi)操

23、作數(shù)，但Rm值保持不變，移位方法如下：操作碼說(shuō)明操作碼說(shuō)明ASR #n算術(shù)右移n位ROR #n循環(huán)右移n位LSL #n邏輯左移n位RRX帶擴(kuò)展的循環(huán)右移1位LSR #n邏輯右移n位Type RsType為移位的一種類(lèi)型，Rs為偏移量寄存器，低8位有效。7/19/202233哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)2. 指令集介紹(jisho)ARM指令集第2個(gè)操作數(shù)LSL移位(y wi)操作：0LSR移位操作：0ASR移位操作：ROR移位操作：RRX移位操作：C7/19/202234哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)NZCVIM0M1M2M3M4TF. . .31 30 29 2

24、8 27 26 8 7 6 5 4 3 2 1 0條件(tiojin)代碼標(biāo)志保留(boli)控制位溢出標(biāo)志 Overflow進(jìn)位或借位擴(kuò)展 Carry零 Zero負(fù)或小于 NegativeIRQ禁止 InterruptFIQ禁止 Fast狀態(tài)位 Thumb模式位 ModeNZCVIM0M1M2M3M4TFCPSR寄存器的格式7/19/202235哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)2. 指令集介紹(jisho)ARM指令集第2個(gè)操作數(shù)Rm,shift寄存器移位(y wi)方式例如：ADDR1,R1,R1,LSL #3;R1=R1+R1*8=9R1SUBR1,R1,R2,LSR R3;

25、R1=R1-(R2/2R3)7/19/202236哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)ARM指令小節(jié)(xioji)目錄1.指令格式2.條件碼3.存儲(chǔ)器訪問(wèn)(fngwn)指令4.數(shù)據(jù)處理指令5.乘法指令6.ARM分支指令7.協(xié)處理器指令8.雜項(xiàng)指令9.偽指令7/19/202237哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè) ARM指令(zhlng)的基本格式如下：2. 指令集介紹(jisho)ARM指令集條件碼 S , 使用條件碼“cond”可以實(shí)現(xiàn)高效的邏輯操作，提高代碼效率。 所有的ARM指令都可以條件執(zhí)行，而Thumb指令只有B（跳轉(zhuǎn)）指令具有條件執(zhí)行 功能。 如果指令不標(biāo)明條件代

26、碼，將默認(rèn)為無(wú)條件（AL）執(zhí)行。7/19/202238哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)操作碼條件助記符標(biāo)志含義0000EQZ=1相等0001NEZ=0不相等0010CS/HSC=1無(wú)符號(hào)數(shù)大于或等于0011CC/LOC=0無(wú)符號(hào)數(shù)小于0100MIN=1負(fù)數(shù)0101PLN=0正數(shù)或零0110VSV=1溢出0111VCV=0沒(méi)有溢出1000HIC=1,Z=0無(wú)符號(hào)數(shù)大于1001LSC=0,Z=1無(wú)符號(hào)數(shù)小于或等于1010GEN=V有符號(hào)數(shù)大于或等于 1011LTN!=V有符號(hào)數(shù)小于 1100GTZ=0,N=V有符號(hào)數(shù)大于 1101LEZ=1,N!=V有符號(hào)數(shù)小于或等于 1110AL任何

27、無(wú)條件執(zhí)行 (指令默認(rèn)條件) 1111NV任何從不執(zhí)行(不要使用) 指令(zhlng)條件碼表7/19/202239哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信(tng xn)工程系共六十三頁(yè)NZCVIM0M1M2M3M4TF. . .31 30 29 28 27 26 8 7 6 5 4 3 2 1 0條件(tiojin)代碼標(biāo)志保留(boli)控制位溢出標(biāo)志 Overflow進(jìn)位或借位擴(kuò)展 Carry零 Zero負(fù)或小于 NegativeIRQ禁止 InterruptFIQ禁止 Fast狀態(tài)位 Thumb模式位 ModeNZCVIM0M1M2M3M4TFCPSR寄存器的格式7/19/202240哈爾濱工業(yè)

28、大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)2. 指令集介紹(jisho)ARM指令集條件(tiojin)碼C代碼：If(a b)a+;Elseb+;對(duì)應(yīng)的匯編代碼：CMPR0,R1 ;R0與R1比較ADDHIR0,R0,#1 ;若R0R1，則R0=R0+1ADDLSR1,R1,#1 ;若R0R1，則R1=R1+1示例：7/19/202241哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)ARM指令(zhlng)小節(jié)目錄1.指令格式2.條件碼3.存儲(chǔ)器訪問(wèn)指令4.數(shù)據(jù)處理指令5.乘法指令6.ARM分支(fnzh)指令7.協(xié)處理器指令8.雜項(xiàng)指令9.偽指令7/19/202242哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程

29、系共六十三頁(yè)2. 指令集介紹(jisho)ARM指令集存儲(chǔ)器訪問(wèn)(fngwn)指令 ARM處理器是典型的RISC處理器，對(duì)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)只能使用加載和存儲(chǔ)指令實(shí)現(xiàn)。ARM處理器是馮諾依曼存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，程序空間、RAM空間及I/O映射空間統(tǒng)一編址，除對(duì)RAM操作以外，對(duì)外圍IO、程序數(shù)據(jù)的訪問(wèn)均要通過(guò)加載/存儲(chǔ)指令進(jìn)行。 存儲(chǔ)器訪問(wèn)指令分為單寄存器操作指令和多寄存器操作指令。7/19/202243哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)助記符說(shuō)明操作條件碼位置LDR Rd,addressing 加載字?jǐn)?shù)據(jù)Rdaddressing，addressing索引LDRcondLDRB Rd,address

30、ing 加載無(wú)符號(hào)字節(jié)數(shù)據(jù)Rdaddressing，addressing索引LDRcondBLDRT Rd,addressing以用戶模式加載字?jǐn)?shù)據(jù)Rdaddressing，addressing索引LDRcondTLDRBT Rd, addressing 以用戶模式加載無(wú)符號(hào)字節(jié)數(shù)據(jù)Rdaddressing，addressing索引LDRcondBTLDRH Rd, addressing 加載無(wú)符號(hào)半字?jǐn)?shù)據(jù)Rdaddressing，addressing索引LDRcondHLDRSB Rd, addressing 加載有符號(hào)字節(jié)數(shù)據(jù)Rdaddressing，addressing索引LDRcond

31、SBLDRSH Rd, addressing加載有符號(hào)半字?jǐn)?shù)據(jù) Rdaddressing，addressing索引 LDRcondSH ARM存儲(chǔ)器訪問(wèn)(fngwn)指令單寄存器加載7/19/202244哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信(tng xn)工程系共六十三頁(yè)助記符說(shuō)明操作條件碼位置STR Rd, addressing 存儲(chǔ)字?jǐn)?shù)據(jù)addressingRd，addressing索引STRcondSTRB Rd,addressing 存儲(chǔ)字節(jié)數(shù)據(jù)addressingRd，addressing索引STRcondBSTRT Rd,addressing 以用戶模式存儲(chǔ)字?jǐn)?shù)據(jù)addressingRd，

32、 addressing索引STRcondTSTRBT Rd,addressing 以用戶模式存儲(chǔ)字節(jié)數(shù)據(jù)addressingRd，addressing索引STRcondBTSTRH Rd,addressing 存儲(chǔ)半字?jǐn)?shù)據(jù)addressing Rd，addressing索引STRcondHARM存儲(chǔ)器訪問(wèn)(fngwn)指令單寄存器存儲(chǔ) LDR/STR指令用于對(duì)內(nèi)存變量的訪問(wèn)、內(nèi)存緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)、查表、外圍部件的控制(kngzh)操作等。若使用LDR指令加載數(shù)據(jù)到PC寄存器，則實(shí)現(xiàn)程序跳轉(zhuǎn)功能，這樣也就實(shí)現(xiàn)了程序跳轉(zhuǎn)。 所有單寄存器加載/存儲(chǔ)指令可分為“字和無(wú)符號(hào)字節(jié)加載存儲(chǔ)指令”和“半字和有

33、符號(hào)字節(jié)加載存儲(chǔ)指令。7/19/202245哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)LDR和STR字和無(wú)符號(hào)字節(jié)加載/存儲(chǔ)(cn ch)指令 LDR指令用于從內(nèi)存中讀取單一字或字節(jié)數(shù)據(jù)存入寄存器中，STR指令用于將寄存器中的單一字或字節(jié)數(shù)據(jù)保存到內(nèi)存。指令格式如下：ARM存儲(chǔ)器訪問(wèn)(fngwn)指令單寄存器存儲(chǔ) LDRcondTRd, ;將指定地址上的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入Rd STRcondTRd, ;將Rd中的字?jǐn)?shù)據(jù)存入指定地址 LDRcondBTRd, ;將指定地址上的字節(jié)數(shù)據(jù)讀入Rd STRcondBTRd, ;將Rd中的字節(jié)數(shù)據(jù)存入指定地址 其中，T為可選后綴。若指令有T，那么即使處理器是在

34、特權(quán)模式下，存儲(chǔ)系統(tǒng)也將訪問(wèn)看成是在用戶模式下進(jìn)行的。T在用戶模式下無(wú)效，不能與前索引偏移一起使用T。 7/19/202246哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)ARM存儲(chǔ)器訪問(wèn)(fngwn)指令單寄存器存儲(chǔ)LDR和STR字和無(wú)符號(hào)字節(jié)(z ji)加載/存儲(chǔ)指令編碼指令執(zhí)行的條件碼I為0時(shí)，偏移量為12位立即數(shù)，為1時(shí)，偏移量為寄存器移位P表示前/后變址U表示加/減B為1表示字節(jié)訪問(wèn)，為0表示字訪問(wèn)W表示回寫(xiě)為指令的尋址方式Rd為源/目標(biāo)寄存器Rn為基址寄存器L用于區(qū)別加載（L為1）或存儲(chǔ)（L為0）7/19/202247哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)ARM存儲(chǔ)器訪問(wèn)(fn

35、gwn)指令單寄存器存儲(chǔ)LDR和STR字和無(wú)符號(hào)字節(jié)加載/存儲(chǔ)指令 LDR/STR指令尋址非常靈活，它由兩部分組成，其中一部分為一個(gè)基址寄存器，可以為任一個(gè)通用寄存器；另一部分為一個(gè)地址偏移量。地址偏移量有以下3種格式： 立即數(shù)。立即數(shù)可以是一個(gè)無(wú)符號(hào)的數(shù)值(shz)。這個(gè)數(shù)據(jù)可以加到基址寄存器，也可以從基址寄存器中減去這個(gè)數(shù)值(shz)。 如：LDR R1,R0,#0 x12 寄存器。寄存器中的數(shù)值可以加到基址寄存器，也可以從基址寄存器中減去這個(gè)數(shù)值。 如：LDR R1,R0,R2 寄存器及移位常數(shù)。寄存器移位后的值可以加到基址寄存器，也可以從基址寄存器中減去這個(gè)數(shù)值。 如：LDR R1,R

36、0,R2,LSL #2 7/19/202248哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)ARM存儲(chǔ)器訪問(wèn)(fngwn)指令單寄存器存儲(chǔ) 從尋址方式的地址計(jì)算方法分，加載/存儲(chǔ)指令有以下4種格式： 零偏移(pin y)。如：LDR Rd,Rn 前索引偏移。如：LDR Rd,Rn,#0 x04!程序相對(duì)偏移。如：LDR Rd,labe1 后索引偏移。如：LDR Rd,Rn,#0 x04注意：大多數(shù)情況下，必須保證字?jǐn)?shù)據(jù)操作的地址是32位對(duì)齊的。LDR和STR字和無(wú)符號(hào)字節(jié)加載/存儲(chǔ)指令7/19/202249哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)LDR和STR半字和有符號(hào)字節(jié)(z ji)加載

37、/存儲(chǔ)指令 這類(lèi)LDR/STR指令可加載有符號(hào)半字或字節(jié)，可加載/存儲(chǔ)無(wú)符號(hào)半字。偏移量格式、尋址方式與加載/存儲(chǔ)字和無(wú)符號(hào)字節(jié)指令相同。 ARM存儲(chǔ)器訪問(wèn)(fngwn)指令單寄存器存儲(chǔ) LDRcondSB Rd, ;將指定地址上的有符號(hào)字節(jié)讀入Rd LDRcondSH Rd, ;將指定地址上的有符號(hào)半字讀入Rd LDRcondH Rd, ;將指定地址上的半字?jǐn)?shù)據(jù)讀入Rd STRcondH Rd, ;將Rd中的半字?jǐn)?shù)據(jù)存入指定地址注意：1.有符號(hào)位半字/字節(jié)加載是指用符號(hào)位加載擴(kuò)展到32位，無(wú)符號(hào)半字加載是指用零擴(kuò)展到32位；2.半字讀寫(xiě)的指定地址必須為偶數(shù)，否則將產(chǎn)生不可靠的結(jié)果；7/19/

38、202250哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)ARM存儲(chǔ)器訪問(wèn)指令(zhlng)單寄存器存儲(chǔ)LDR和STR半字和有符號(hào)(fho)字節(jié)加載/存儲(chǔ)指令編碼指令執(zhí)行的條件碼I為0時(shí)，偏移量為12位立即數(shù)，為1時(shí)，偏移量為寄存器移位P表示前/后變址U表示加/減W表示回寫(xiě)為指令的尋址方式Rd為源/目標(biāo)寄存器Rn為基址寄存器L用于區(qū)別加載（L為1）或存儲(chǔ)（L為0）S為1表示有符號(hào)訪問(wèn)，為0表示無(wú)符號(hào)訪問(wèn)H為1表示半字訪問(wèn)，為0表示字節(jié)訪問(wèn)7/19/202251哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)LDR和STR指令應(yīng)用示例：1.加載/存儲(chǔ)字和無(wú)符號(hào)字節(jié)指令LDRR2,R5;將R5指向地址的

39、字?jǐn)?shù)據(jù)存入(cn r)R2STRR1,R0,#0 x04;將R1的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到R0+0 x04地址LDRBR3,R2,#1 ;將R2指向地址的字節(jié)數(shù)據(jù)存入R3，R2R2+1STRBR6,R7 ;將R7指向地址的字節(jié)數(shù)據(jù)存入R62.加載/存儲(chǔ)半字和有符號(hào)字節(jié)指令LDRSB R1,R0,R3;將R0+R3地址上的字節(jié)數(shù)據(jù)存入R1，;高24位用符號(hào)擴(kuò)展LDRH R6,R2,#2;將R2指向地址的半字?jǐn)?shù)據(jù)存入R6，高16位用0擴(kuò)展;讀出后，R2=R2+2STRH R1,R0,#2!;將R1的半字?jǐn)?shù)據(jù)保存到R0+2地址，;只修改低2字節(jié)數(shù)據(jù)，R0=R0+2ARM存儲(chǔ)器訪問(wèn)指令(zhlng)單寄存器存儲(chǔ)7/

40、19/202252哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)助記符說(shuō)明操作條件碼位置LDMmode Rn!,reglist 多寄存器加載reglistRn.，Rn回寫(xiě)等LDMcondmodeSTMmode Rn!,reglist 多寄存器存儲(chǔ)Rn.reglist,Rn回寫(xiě)等STMcondmodeARM存儲(chǔ)器訪問(wèn)(fngwn)指令多寄存器存取 多寄存器加載/存儲(chǔ)指令可以實(shí)現(xiàn)在一組寄存器和一塊連續(xù)的內(nèi)存單元之間傳輸數(shù)據(jù)。LDM為加載多個(gè)寄存器；STM為存儲(chǔ)多個(gè)寄存器。允許一條指令傳送16個(gè)寄存器的任何子集或所有寄存器。它們主要用于現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)、數(shù)據(jù)復(fù)制、常數(shù)(chngsh)傳遞等。7/19/2022

41、53哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)ARM存儲(chǔ)器訪問(wèn)(fngwn)指令多寄存器存取 多寄存器加載/存儲(chǔ)指令格式如下： LDMcond Rn!,reglist STMcond Rn!,reglistcond：指令執(zhí)行的條件；模式：控制地址的增長(zhǎng)方式，一共有8種模式；!：表示在操作結(jié)束后，將最后的地址寫(xiě)回Rn中；reglist ：表示寄存器列表，可以包含多個(gè)寄存器，它們使用“,”隔開(kāi)，如R1,R2,R6-R9，寄存器由小到大排列；：加入該后綴后，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送(chun sn)且寄存器列表不包含PC時(shí)，加載/存儲(chǔ)的寄存器是用戶模式下的，而不是當(dāng)前模式的寄存器。若在LDM指令且寄存器列表中

42、包含有PC時(shí)使用，那么除了正常的多寄存器傳送外，還將SPSR也拷貝到CPSR中，這可用于異常處理返回。注意：該后綴不允許在用戶模式或系統(tǒng)模式下使用。7/19/202254哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)ARM存儲(chǔ)器訪問(wèn)(fngwn)指令多寄存器存取LDM和STM多寄存器加載/存儲(chǔ)(cn ch)指令編碼指令執(zhí)行的條件碼S對(duì)應(yīng)于指令中的”符號(hào)P表示前/后變址U表示加/減W表示回寫(xiě)寄存器列表Rn為基址寄存器L用于區(qū)別加載（L為1）或存儲(chǔ)（L為0）7/19/202255哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)ARM存儲(chǔ)器訪問(wèn)(fngwn)指令多寄存器存取 多寄存器加載/存儲(chǔ)指令(zhl

43、ng)的8種模式如下表所示，右邊四種為堆棧操作、左邊四種為數(shù)據(jù)傳送操作。模式說(shuō)明模式說(shuō)明IA每次傳送后地址加4FD滿遞減堆棧IB每次傳送前地址加4ED空遞減堆棧DA每次傳送后地址減4FA滿遞增堆棧DB每次傳送前地址減4EA空遞增堆棧數(shù)據(jù)塊傳送操作堆棧操作 進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)制時(shí)，先設(shè)置好源數(shù)據(jù)指針和目標(biāo)指針，然后使用塊拷貝尋址指令LDMIA/STMIA、LDMIB/STMIB、LDMDA/STMDA、LDMDB/STMDB進(jìn)行讀取和存儲(chǔ) 。 進(jìn)行堆棧操作操作時(shí)，要先設(shè)置堆棧指針（SP），然后使用堆棧尋址指令STMFD/LDMFD 、STMED/LDMED、STMFA/LDMFA和STMEA/LDMEA

44、實(shí)現(xiàn)堆棧操作。7/19/202256哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)ARM存儲(chǔ)器訪問(wèn)(fngwn)指令多寄存器存取數(shù)據(jù)塊傳送指令(zhlng)操作過(guò)程如右圖所示，其中R1為指令執(zhí)行前的基址寄存器，R1則為指令執(zhí)行后的基址寄存器。R5R6R7R1 R1 指令STMIA R1!,R5-R74008H4004H4000H4014H4010H400CHR5R6R7R1 R1 指令STMDA R1!,R5-R74008H4004H4000H4014H4010H400CHR5R6R7R1 R1 指令STMIB R1!,R5-R74008H4004H4000H4014H4010H400CHR5R

45、6R7R1 R1 指令STMDB R1!,R5-R74008H4004H4000H4014H4010H400CHSTMEASTMFASTMEDSTMFDLDMDBLDMDALDMIBLDMIA7/19/202257哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 通信工程系共六十三頁(yè)ARM存儲(chǔ)器訪問(wèn)(fngwn)指令多寄存器存取數(shù)據(jù)塊傳送存儲(chǔ)堆棧操作壓棧說(shuō)明數(shù)據(jù)塊傳送加載堆棧操作出棧說(shuō)明STMDASTMED空遞減LDMDALDMFA滿遞減STMIASTMEA空遞增LDMIALDMFD滿遞增STMDBSTMFD滿遞減LDMDBLDMEA空遞減STMIBSTMFA滿遞增LDMIBLDMED空遞增;使用數(shù)據(jù)塊傳送指令進(jìn)行(jnxng)堆棧操作STMDAR0!,R5-R6. . .LDMIBR0!,R5-R6;使用堆棧