《嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程》第講第5章ARM指令集特點(diǎn)、尋址方式和指令

<嵌入式系統(tǒng)原理與開發(fā)>

第9講南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系俞建新主講2021年春季第5章ARM指令集和匯編言語程序本章主要引見以下內(nèi)容：ARM指令集的根本特點(diǎn)與Thumb指令集的區(qū)別與x86處置器的區(qū)別ARM指令格式ARM尋址方式ARM指令集分類詳解ARM匯編言語的指示符ARM匯編言語語句格式ARM匯編言語程序格式ARM匯編語句格式和程序格式進(jìn)階ARM匯編言語程序舉例2021年6月28日2南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.1ARM指令集根本特點(diǎn)指令集的異同點(diǎn)ARM、Thumb、x86ARM指令集的語法ARM指令集的編碼格式指令條件碼表第2操作數(shù)2021年6月28日3南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系A(chǔ)RM指令集和Thumb指令集

的共同點(diǎn)ARM指令集和Thumb指令集具有以下共同點(diǎn)：⒈較多的存放器，可以用于多種用途。⒉對(duì)存儲(chǔ)器的訪問只能經(jīng)過Load/Store指令。兩種指令集的差別特征在下頁(yè)給出2021年6月28日4南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系A(chǔ)RM指令集和Thumb指令集

的不同點(diǎn)項(xiàng)目ARM指令Thumb指令指令工作標(biāo)志CPSR的T位=0CPSR的T位=1操作數(shù)尋址方式大多數(shù)指令為3地址大多數(shù)指令為2地址指令長(zhǎng)度32位16位內(nèi)核指令58條30條條件執(zhí)行大多數(shù)指令只有分支指令數(shù)據(jù)處理指令訪問桶形移位器和ALU獨(dú)立的桶形移位器和ALU指令寄存器使用15個(gè)通用寄存器+PC8個(gè)通用低寄存器+7個(gè)高寄存器+PC程序狀態(tài)寄存器特權(quán)模式下可讀可寫不能直接訪問異常處理能夠全盤處理不能處理2021年6月28日5南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系A(chǔ)RM指令集與x86指令集

的主要不同點(diǎn)ARM指令集規(guī)整指令格式即：正交指令格式三地址指令由指令的附加位決議運(yùn)算終了后能否改動(dòng)形狀標(biāo)志形狀標(biāo)志位只需4位有兩種指令密度無整數(shù)除法指令大多數(shù)ARM指令都可以條件執(zhí)行有適宜DSP處置的乘加指令Load/Store訪存體系構(gòu)造x86指令集非規(guī)整指令格式即：非正交指令格式二地址指令指令隱含決議運(yùn)算終了后能否改動(dòng)形狀標(biāo)志形狀標(biāo)志位有6位單一指令密度有整數(shù)除法指令公用條件判別指令進(jìn)展程序分支沒有適宜DSP處置的乘加指令運(yùn)算指令可以訪問存儲(chǔ)器2021年6月28日6南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系A(chǔ)RM指令集的編碼格式參看ARM指令集編碼格式PDF文件2021年6月28日7南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系A(chǔ)RM指令集的語法一條典型的ARM指令語法如下所示：<opcode>{<cond>}{S}<Rd>,<Rn>{,<Operand2>}其中：<opcode>是指令助記符，決議了指令的操作。 例如：ADD表示算術(shù)加操作指令。{<cond>}是指令執(zhí)行的條件，可選項(xiàng)。{S}決議指令的操作能否影響CPSR的值，可選項(xiàng)。<Rd>表示目的存放器，必有項(xiàng)。<Rn>表示包含第1個(gè)操作數(shù)的存放器，當(dāng)僅需求一個(gè)源操作數(shù)時(shí)可省略。<Operand2>表示第2個(gè)操作數(shù)，可選項(xiàng)。 第2操作數(shù)有兩種格式：#immed_8r，Rm{,Shift}2021年6月28日8南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系A(chǔ)RM數(shù)據(jù)處置指令中

第2操作數(shù)的編碼格式圖解2021年6月28日9南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系靈敏的第2操作數(shù)立刻數(shù)型格式：#<32位立刻數(shù)>也寫成#immed_8r#<32位立刻數(shù)>是取值為數(shù)字常量的表達(dá)式，并不是一切的32位立刻數(shù)都是有效的。有效的立刻數(shù)很少。它必需由一個(gè)8位的立刻數(shù)循環(huán)右移偶數(shù)位得到。緣由是32位ARM指令中條件碼和操作碼等占用了一些必要的指令碼位，32位立刻數(shù)無法編碼在指令中。舉例：ADDr3,r7,#1020;#immed_8r型第2操作數(shù), ;1020是0xFF循環(huán)右移30位后生成的32位立刻數(shù) ;推導(dǎo)：1020=0x3FC=0x000003FC 2021年6月28日10南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系靈敏的第2操作數(shù)〔續(xù)1〕數(shù)據(jù)處置指令中留給Operand2操作數(shù)的編碼空間只需12位，需求利用這12位產(chǎn)生32位的立刻數(shù)。其方法是：把指令最低8位〔bit[7:0]〕立刻數(shù)循環(huán)右移偶數(shù)次，循環(huán)右移次數(shù)由2*bit[11:8]〔bit[11:8]是Operand2的高4位〕指定。例如：MOVR4,#0x8000000A ;其中的立刻數(shù)#0x8000000A是由8位的0xA8循環(huán)右移0x4位得到。又例如：MOVR4,#0xA0000002 ;其中的立刻數(shù)#0xA0000002是由8位的0xA8循環(huán)右移0x6位得到。2021年6月28日11南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系靈敏的第2操作數(shù)〔續(xù)2〕存放器移位型格式：Rm{,<shift>}Rm是第2操作數(shù)存放器，可對(duì)它進(jìn)展移位或循環(huán)移位。<shift>用來指定移位類型〔LSL，LSR，ASR，ROR或RRX〕和移位位數(shù)。其中移位位數(shù)有兩種表示方式，一種是5位立刻數(shù)〔#shift〕，另外一種是位移量存放器Rs的值。參看下面的例子。例子中的R1是Rm存放器。ADDR5,R3,R1,LSL#2 ;R5←R3+R1*4ADDR5,R3,R1,LSLR4 ;R5←R3+R1*2R4;R4是Rs存放器，Rs用于計(jì)算右移次數(shù)2021年6月28日12南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系詳解第2操作數(shù)#immed_8r該常數(shù)必需對(duì)應(yīng)8位位圖，即常數(shù)是由一個(gè)8位的常數(shù)循環(huán)右移位偶數(shù)位得到。例如：合法常量：0x3FC、0、0xF0000000、200、0xF0000001。非法常量：0x1FE、511、0xFFFF、0x1010、0xF0000010。常數(shù)表達(dá)式運(yùn)用舉例：MOV R0，#1 ;R0=1AND R1，R2，#0x0F;R2與0x0F，結(jié)果保管在R1LDR R0，[R1]，#－4SUBR4，R2，#D4000002;該立刻數(shù)是0xBE循環(huán)右移6位;課堂練習(xí)此第2操作數(shù)2021年6月28日13南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系詳解第2操作數(shù)的Rm存放器〔1〕RM存放器通常是存放第2操作數(shù)的存放器<opcode>{<cond>}{S}<Rd>,<Rn>{,RM{,shift}}舉例：SUB R1，R1，R2;R1－R2→R1MOV PC，R0;PC←R0，程序跳轉(zhuǎn)到指定地址LDR R0，[R1]，－R2;讀取R1地址上的存儲(chǔ)器單元內(nèi)容并存入R0，;且R1＝R1－R2，后索引偏移AND R0，R5，R2;R2中存放的是第2操作數(shù);該數(shù)據(jù)屬于存放器方式的第2操作數(shù)2021年6月28日14南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系詳解第2操作數(shù)的Rm存放器〔2〕ADD R0,R0,R0,LSL#2 ;執(zhí)行結(jié)果R0=5*R0ADD R5,R3,R1,LSL#2 ;R5←R3+R1*4ADD R5,R3,R1,LSLR4 ;R5←R3+R1*2R42021年6月28日15南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系存放器移位方式生成的第2操作數(shù)

Rm{,shift}將存放器的移位結(jié)果作為操作數(shù)，但Rm值保管不變，移位方法如下：ASR #n ;算術(shù)右移n位(1≤n≤32)。LSL #n ;邏輯左移n位(1≤n≤31)。LSR #n ;邏輯右移n位(1≤n≤32)。ROR #n ;循環(huán)右移n位(1≤n≤31)。RRX ;帶擴(kuò)展的循環(huán)右移1位。2021年6月28日16南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系桶型移位器移位操作：TypeRs其中，Type為ASR、LSL、LSR和ROR中的一種；Rs為偏移量存放器，最低8位有效。假設(shè)其值大于或等于32，那么第2個(gè)操作數(shù)的結(jié)果為0(ASR、LSR例外)。例如 MOVS R3,R1,LSL#7;R3←R1*1282021年6月28日17南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系存放器位移方式生成第2操作數(shù)

運(yùn)用舉例ADDR1,R1,R1,LSL#3;R1=R1*9，由于R1←R1+R1*8。SUBR1,R1,R2,LSR#2;R1＝R1－R2÷4，;由于R2右移2位相當(dāng)于R2除以4。EORR11,R12,R3,ASR#5 ;R11=R12⊕(R3÷32);第2操作數(shù)是R3的內(nèi)容除以322021年6月28日18南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系存放器位移方式生成第2操作數(shù)

運(yùn)用舉例〔續(xù)〕MOVS R4,R4,LSR#32;C標(biāo)志更新為R4的位[31]，R4清零。;參看本課程教材第119頁(yè)R15為處置器的程序計(jì)數(shù)器PC，普通不要對(duì)其進(jìn)展操作，而且有些指令是不允許運(yùn)用R15的，如UMULL指令。2021年6月28日19南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系A(chǔ)RM處置器的CPSR存放器和SPSR存放器的位定義格式圖解參看教材第4.2.3節(jié)2021年6月28日20南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系指令條件碼表〔1〕條件碼助記符標(biāo)志含義EQZ＝1相等NEZ＝0不相等CS/HSC＝1無符號(hào)數(shù)大于或等于CC/LOC＝0無符號(hào)數(shù)小于MIN＝1負(fù)數(shù)（minus）PLN＝0正數(shù)或零VSV＝1上溢出VCV＝0沒有上溢出2021年6月28日21南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系指令條件碼表〔2〕條件碼助記符標(biāo)志含義HIC＝1，Z＝0無符號(hào)數(shù)大于LSC＝0，Z＝l無符號(hào)數(shù)小于或等于GEN＝V有符號(hào)數(shù)大于或等于LTN!＝V有符號(hào)數(shù)小于GTZ=0，N=V有符號(hào)數(shù)大于LEZ＝1，N!=V有符號(hào)數(shù)小于或等于AL任何無條件執(zhí)行(指令默認(rèn)條件)NVARMv3之前該指令從不執(zhí)行2021年6月28日22南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.2ARM處置器尋址方式尋址方式是根據(jù)指令中給出的地址碼字段來實(shí)現(xiàn)尋覓真實(shí)操作數(shù)地址的方式。ARM處置器具有8種根本尋址方式，以以下出：存放器尋址 -立刻尋址存放器偏移尋址 -存放器間接尋址基址尋址 -多存放器尋址堆棧尋址 -相對(duì)尋址2021年6月28日23南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系存放器尋址操作數(shù)的值在存放器中，指令中的地址碼字段指出的是存放器編號(hào)，指令執(zhí)行時(shí)直接取出存放器值來操作。存放器尋址指令舉例如下：MOVR1，R2 ；讀取R2的值送到R1MOVR0，R0 ；R0=R0，相當(dāng)于無操作SUBR0，R1，R2 ；R0←R1-R2；將R1的值減去R2的值，結(jié)果保管到R0ADDR0,R1,R2 ；R0←R1+R2；這條指令將兩個(gè)存放器〔R1和R2〕的內(nèi)容相加，結(jié)果放入第3個(gè)存放器R0中。必需留意寫操作數(shù)的順序：第1個(gè)是結(jié)果存放器，然后是第一操作數(shù)存放器，最后是第二操作數(shù)存放器。2021年6月28日24南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系立刻尋址立刻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，數(shù)據(jù)就包含在指令當(dāng)中，取出指令也就取出了可以立刻便用的操作數(shù)(這樣的數(shù)稱為立刻數(shù))。立刻尋址指令舉例如下：SUBSR0，R0，#1；R0減1，結(jié)果放入R0，并且影響標(biāo)志位MOVR0，#0xFF000；將十六進(jìn)制立刻數(shù)0xFF000裝入R0存放器立刻數(shù)要以“#〞號(hào)為前綴，16進(jìn)制數(shù)值時(shí)以“0x〞表示。2021年6月28日25南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系存放器偏移尋址存放器偏移尋址是ARM指令集特有的尋址方式。當(dāng)?shù)?作數(shù)是存放器偏移方式時(shí)，第2個(gè)存放器操作數(shù)在與第1操作數(shù)結(jié)合之前，選擇進(jìn)展移位操作。存放器偏移尋址指令舉例如下：MOVR0,R2,LSL#3;R2的值左移3位，結(jié)果放入R0，即R0＝R2×8ANDSR1,R1,R2,LSLR3;R2的值左移R3位，然后與R1相“與〞，結(jié)果放入R1，并且影響標(biāo)志位。SUBR11,R12,R3,ASR#5;R12―R3÷32，然后存入R11。2021年6月28日26南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系存放器偏移尋址〔續(xù)〕可采用的移位操作如下：LSL：邏輯左移(LogicalShiftLeft)，低端空出位補(bǔ)0。LSR：邏輯右移(LogicalShiftRight)，高端空出位補(bǔ)0。ASR：算術(shù)右移(ArithmeticShiftRight)，移位過程中堅(jiān)持符號(hào)位不變，即假設(shè)源操作數(shù)為正數(shù)，那么字的高端空出的位補(bǔ)0；否那么補(bǔ)1。ROR：循環(huán)右移(RotateRight)，由字低端移出的位填入字高端空出的位。RRX：帶擴(kuò)展的循環(huán)右移(RotateRightextendedbylplace)，操作數(shù)右移1位，高端空出的位用原C標(biāo)志值填充。假設(shè)指定后綴“S〞，那么將Rm原值的位[0]移到進(jìn)位標(biāo)志。2021年6月28日27南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系移位操作表示圖各種移位操作如以下圖所示：2021年6月28日28南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系存放器間接尋址存放器間接尋址指令中的地址碼給出的是一個(gè)通用存放器的編號(hào)，所需的操作數(shù)保管在存放器指定地址的存儲(chǔ)單元中，即存放器為操作數(shù)的地址指針。存放器間接尋址指令舉例如下：LDRR1，[R2] 將R2指向的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)讀出，保管在R1中。SWPR1，R1，[R2] 將存放器R1的值與R2指定的存儲(chǔ)單元的內(nèi)容交換2021年6月28日29南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系SWP指令操作圖解2021年6月28日30南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系基址尋址基址尋址就是將基址存放器的內(nèi)容與指令中給出的偏移量相加，構(gòu)成操作數(shù)的有效地址?；穼ぶ酚糜谠L問基址附近的存儲(chǔ)單元，常用于查表、數(shù)組操作、功能部件存放器訪問等?；穼ぶ分噶钆e例如下：LDRR2，[R3，#0x0C] 讀取R3＋0x0C地址上的存儲(chǔ)單元的內(nèi)容，放入R2。STRR1，[R0，#－4]! ;[R0－4]←[R1]，R0=R0－4，符號(hào)“!〞闡明指令在完成數(shù)據(jù)傳送后應(yīng)該更新基址存放器，否那么不更新；屬前索引。2021年6月28日31南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系基址尋址指令舉例LDRR1，[R0，R3，LSL#1] ;將R0＋R3×2地址上的存儲(chǔ)單元的內(nèi)容讀出，存入R1。LDRR0，[R1，R2，LSL#2]！ ;將內(nèi)存起始地址為R1+R2*4的字?jǐn)?shù)據(jù)讀取到R0中， ;同時(shí)修正R1，使得：R1=R1+R2*4。LDRR0,[R1,R2]！ ;以R1+R2值為地址，訪問內(nèi)存。將該位置的字?jǐn)?shù)據(jù)讀 ;取到R0中，同時(shí)修正R1，使得：R1=R1+R2。 ;屬于前索引指令2021年6月28日32南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系多存放器尋址多存放器尋址即是一次可傳送幾個(gè)存放器值，允許一條指令傳送16個(gè)存放器的任何子集或一切存放器。多存放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)讀出到R2~R7、R12中；(R1自動(dòng)添加)STMIAR0!，{R2－R7，R12}；將存放器R2~R7、R12的值保管到R0指向的存儲(chǔ)單元中，；(R0自動(dòng)添加)運(yùn)用多存放器尋址指令時(shí)，存放器子集的順序是按由小到大的順序陳列，延續(xù)的存放器可用“－〞銜接；否那么用“，〞分隔書寫。2021年6月28日33南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系多存放器尋址〔續(xù)1〕多存放器尋址指令舉例LDMIAR1!,{R0,R2,R5};;R0←[R1];R2←[R1+4];R5←[R1+8];R1堅(jiān)持自動(dòng)增值;存放器列表{R0,R2,R5}與{R2,R0,R5}等效多存放器指令的執(zhí)行順序與存放器列表次序無關(guān)，而與存放器的序號(hào)堅(jiān)持一致。2021年6月28日34南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系多存放器指令的執(zhí)行順序舉例1經(jīng)過ADS集成開發(fā)環(huán)境的AXD調(diào)試器窗口察看2021年6月28日35南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系多存放器指令的執(zhí)行順序舉例2經(jīng)過ADS集成開發(fā)環(huán)境的AXD調(diào)試器窗口察看2021年6月28日36南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系多存放器尋址〔續(xù)2〕下面是多存放器傳送指令STM舉例如下：STMIAR0!，{R1—R7};將R1~R7的數(shù)據(jù)保管到存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)指針在保管第一;個(gè)值之后添加，增長(zhǎng)方向?yàn)橄蛏显鲩L(zhǎng)STMIBR0!，{R1—R7};將R1~R7的數(shù)據(jù)保管到存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)指針在保管第一;個(gè)值之前添加，增長(zhǎng)方向?yàn)橄蛏显鲩L(zhǎng)STMDAR0!,{R1—R7};將R1~R7的數(shù)據(jù)保管到存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)指針在保管第一;個(gè)值之后添加，增長(zhǎng)方向?yàn)橄蛳略鲩L(zhǎng)STMDBR0!，{R1—R7};將R1~R7的數(shù)據(jù)保管到存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)指針在保管第一;個(gè)值之前添加，增長(zhǎng)方向?yàn)橄蛳略鲩L(zhǎng)2021年6月28日37南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系堆棧尋址存儲(chǔ)器堆?？煞譃閮煞N：向上生長(zhǎng)：向高地址方向生長(zhǎng)，稱為遞增堆棧。向下生長(zhǎng)：向低地址方向生長(zhǎng)，稱為遞減堆棧。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)空堆棧堆棧指針指向下一個(gè)待壓入數(shù)據(jù)的空位置2021年6月28日38南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系堆棧尋址〔續(xù)1〕有4種類型的堆棧組合滿遞增：堆棧經(jīng)過增大存儲(chǔ)器的地址向上增長(zhǎng)，堆棧指針指向內(nèi)含有效數(shù)據(jù)項(xiàng)的最高地址。指令如LDMFA、STMFA等?？者f增：堆棧經(jīng)過增大存儲(chǔ)器的地址向上增長(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：堆棧經(jīng)過減小存儲(chǔ)器的地址向下增長(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?？者f減：堆棧經(jīng)過減小存儲(chǔ)器的地址向下增長(zhǎng)，堆棧指針指向堆棧下的第一個(gè)空位置。指令如LDMED、STMED等。2021年6月28日39南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系堆棧尋址〔續(xù)2〕堆棧尋址指令舉例如下：STMFDSP!，{R1—R7，LR}；將R1~R7、LR入?！瞤ush〕，滿遞減堆棧。LDMFDSP!，{R1—R7，LR}；數(shù)據(jù)出?！瞤op〕，放入R1~R7、LR存放器。；滿遞減堆棧2021年6月28日40南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系多存放器傳送指令映射表STM=將存放器內(nèi)容存入內(nèi)存單元〔堆棧操作：入?！矻DM=將內(nèi)存單元內(nèi)容存入存放器〔堆棧操作：出?！?021年6月28日41南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系多存放器傳送指令闡明數(shù)據(jù)塊傳送：I=向地址增大方向處置數(shù)據(jù)傳送(Increment)D=向地址減小方向處置數(shù)據(jù)傳送(Decrement)A=先傳送數(shù)據(jù)后改動(dòng)地址(after)B=先改動(dòng)地址后傳送數(shù)據(jù)(before)堆棧操作：F=滿棧頂指針(full)E=空棧頂指針(empty)A=堆棧向高地址方向增長(zhǎng)(ascendingstack)D=堆棧向低地址方向增長(zhǎng)(decendingstack)2021年6月28日42南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系相對(duì)尋址是基址尋址的一種變通。由程序計(jì)數(shù)器PC提供基準(zhǔn)地址，指令中的地址碼字段作為偏移量，兩者相加后得到的地址即為操作數(shù)的有效地址。相對(duì)尋址指令舉例如下：BL SUBR1;保管子程序前往地址；調(diào)用到SUBR1子程序BEQ LOOP；條件跳轉(zhuǎn)到LOOP標(biāo)號(hào)處 …LOOP MOV R6，#1 …SUBR1 …相對(duì)尋址2021年6月28日43南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系相對(duì)尋址舉例 BLSUBR ;轉(zhuǎn)移到SUBR ……… ……...SUBR ….. ;子程序入口 ….. MOVPC,R14 ;前往;R14也就是LR2021年6月28日44南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.3ARM指令集分類詳解ARM指令集大致分為6類：分支指令、Load/Store指令、數(shù)據(jù)處置指令、程序形狀存放器指令、異常中斷指令、協(xié)處置器指令。以下分別引見其中的主要指令。2021年6月28日45南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.3.1分支指令A(yù)RM有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)程序分支轉(zhuǎn)移。跳轉(zhuǎn)指令所謂的長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)直接向PC存放器〔R15〕中寫入目的地址。ARM跳轉(zhuǎn)指令有以下4種：①B分支指令，語法B{cond}label②BL帶鏈接分支指令語法：BL{cond}label③BX分支并可選地交換指令集語法：BX{cond}Rm④BLX帶鏈接分支并可選擇地交換指令集。語法：BLX{cond}label|Rm2021年6月28日46南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系BL指令舉例BL指令的意義：BranchandLink例如： ……..…….. blMyPro ;調(diào)用子程序MyPro ………..MyPro ;子程序MyPro本體 ……….. ……….. movPC,LR ;將R14的值送入R15，前往2021年6月28日47南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系BX指令運(yùn)用舉例經(jīng)過運(yùn)用BX指令可以讓ARM處置器內(nèi)核任務(wù)形狀在ARM形狀和Thumb形狀之間進(jìn)展切換。參看下例：;從ARM形狀轉(zhuǎn)變?yōu)門humb形狀 LDR R0,=Sub_Routine+1 BX R0;從Thumb形狀轉(zhuǎn)變?yōu)锳RM形狀 LDR R0,=Sub_Routine BX R02021年6月28日48南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)直接向PC存放器寫入目的地址值，可以實(shí)現(xiàn)4GB地址空間中的恣意跳轉(zhuǎn)。例如：以下的兩條指令實(shí)現(xiàn)了4GB地址空間中的子程序調(diào)用。MOVLR,PC ;保管前往地址MOVR15,#0x00110000 ;無條件轉(zhuǎn)向絕對(duì)地址0x110000 ;此32位立刻數(shù)地址應(yīng)滿足單字節(jié)循環(huán)右移偶數(shù)次2021年6月28日49南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.3.2Load/Store指令Load/Store指令用于在存儲(chǔ)器和處置器之間傳輸數(shù)據(jù)。Load用于把內(nèi)存中的數(shù)據(jù)裝載到存放器，Store指令用于把存放器中的數(shù)據(jù)存入內(nèi)存。共有3種類型的Load/Store指令：?jiǎn)未娣牌鱾鬏斨噶疃啻娣牌鱾鬏斨噶罱粨Q指令2021年6月28日50南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系單存放器傳送指令助記碼操作指令描述LDR把一個(gè)字裝入一個(gè)寄存器Rd←mem32[address]STR從一個(gè)寄存器保存一個(gè)字Rd→mem32[address]LDRB把一個(gè)字節(jié)裝入一個(gè)寄存器Rd←mem8[address]STRB從一個(gè)寄存器保存一個(gè)字節(jié)Rd→mem8[address]LDRH把一個(gè)半字裝入一個(gè)寄存器Rd←mem16[address]STRH從一個(gè)寄存器保存一個(gè)半字Rd→mem16[address]LDRSB把一個(gè)有符號(hào)字節(jié)裝入寄存器Rd←符號(hào)擴(kuò)展(mem8[address])LDRSH把一個(gè)有符號(hào)半字裝入寄存器Rd←符號(hào)擴(kuò)展(mem16[address])2021年6月28日51南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系Load/Store指令變址方式變址方式有四種：零偏移、前變址、后變址、回寫前變址。變址模式數(shù)據(jù)基址寄存器指令舉例零偏移mem[base]直接基址寄存器尋址LDRr0,[r1]回寫前變址mem[base+offset]基址寄存器加偏移量LDRr0,[r1,#4]!前變址mem[base+offset]不變LDRr0,[r1,#4]后變址mem[base]基址寄存器加偏移量LDRr0,[r1],#42021年6月28日52南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系單存放器傳送指令舉例LDRR2，[R3，#0x0C] 讀取R3＋0x0C地址上的一個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)內(nèi)容，放入R2。屬前變址。STRR1，[R0，#－4]! [R0－4]←[R1]，R0=R0－4，符號(hào)“!〞闡明指令在完成數(shù)據(jù)傳送后應(yīng)該更新基址存放器，否那么不更新；屬回寫前變址。LDRR1，[R0，R3，LSL#1] 將R0＋R3×2地址上的存儲(chǔ)單元的內(nèi)容讀出，存入R1。2021年6月28日53南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.3.3數(shù)據(jù)處置指令A(yù)RM數(shù)據(jù)處置指令大致分為以下6種類型。數(shù)據(jù)傳送指令算術(shù)運(yùn)算指令邏輯運(yùn)算指令比較指令測(cè)試指令乘法指令2021年6月28日54南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系A(chǔ)RM數(shù)據(jù)處置指令A(yù)RM數(shù)據(jù)處置指令大致可分為3類：數(shù)據(jù)傳送指令(如MOV、MVN)；算術(shù)邏輯運(yùn)算指令(如ADD、SUB、AND)；比較指令(如CMP、TST)。參見下面的表格數(shù)據(jù)處置指令只能對(duì)存放器的內(nèi)容進(jìn)展操作。一切ARM數(shù)據(jù)處置指令均可選擇運(yùn)用S后綴，以影響形狀標(biāo)志。比較指令CMP、CMN、TST和TEQ不需求后綴S，它們會(huì)直接影響形狀標(biāo)志。2021年6月28日55南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系A(chǔ)RM數(shù)據(jù)處置指令集助記符說明操作條件碼位置MOVRd，operand2數(shù)據(jù)傳送指令Rd←operand2MOV{cond}{S}MVNRd，operand2數(shù)據(jù)非傳送指令Rd←(~operand2)MVN{cond}{S}ADDRd，Rn，operand2加法運(yùn)算指令Rd←Rn＋operand2ADD{cond}{S}SUBRd，Rn，operand2減法運(yùn)算指令Rd←Rn－operand2SUB{cond}{S}RSBRd，Rn，operand2逆向減法指令Rd←operand2－RnRSB{cond}{S}ADCRd，Rn，operand2帶進(jìn)位加法指令Rd←Rn＋operand2＋CarryADC{cond}{S}SBCRd，Rn，operand2帶進(jìn)位減法指令Rd←Rn－operand2－(NOT)CarrySBC{cond}{S}RSCRd，Rn，operand2帶進(jìn)位逆向減法指令Rd←operand2－Rn－(NOT)CarryRSC{cond}{S}2021年6月28日56南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系A(chǔ)RM數(shù)據(jù)處置指令集〔續(xù)〕助記符說明操作條件碼位置ANDRd，Rn，operand2邏輯“與”操作指令Rd←Rn&operand2AND{cond}{S}ORRRd，Rn，operand2邏輯“或”操作指令Rd←Rn|operand2ORR{cond}{S}EORRd，Rn，operand2邏輯“異或”操作指令Rd←Rn^operand2EOR{cond}{S}BICRd，Rn，operand2位清除指令Rd←Rn&(~operand2)BIC{cond}{S}CMPRn，operand2比較指令標(biāo)志N,Z,C,V←Rn－operand2CMP{cond}CMNRn，operand2負(fù)數(shù)比較指令標(biāo)志N,Z,C,V←Rn＋operand2CMN{cond}TSTRn，operand2位測(cè)試指令標(biāo)志N,Z,C,V←Rn&operand2TST{cond}TEQRn，operand2相等測(cè)試指令標(biāo)志N,Z,C,V←Rn^operand2TEQ{cond}2021年6月28日57南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系乘法指令A(yù)RM7TDMI(-S)具有32×32乘法指令、32×32乘加指令，32×32結(jié)果為64位的乘/乘加指令。ARM乘法指令如下表所列。助記符說明操作條件碼MULRd,Rm,Rs32位乘法指令Rd＋Rm×Rs(Rd!=(Rm)MUL{Cond}{S}MLARd,Rm,Rs,Rn32位乘加指令Rd←Rm×Rs＋Rn(Rd!=Rm)MLA{cond}{S}UMULLRdLo,RdHi,Rm,Rs64位無符號(hào)乘法指令(RdLo，RdHi)←Rm×RsUMULL{cond}{S}UMLALRdLo,RdHi,Rm,Rs64位無符號(hào)乘加指令(RdLo,RdHi←Rm×Rs＋(RdLo,RdHi)UMLAL{cond}{S}SMULLRdLo,RdHi,Rm,Rs64位有符號(hào)乘法指令(RdLo,RdHi)←Rm×RsSMULL{cond}{S}SMLALRdLo,RdHi,Rm,Rs64位有符號(hào)乘加指令(RdLo,RdHi←Rm×Rs＋(RdLo,RdHi)SMLAL{cond}{S}2021年6月28日58南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.3.4程序形狀存放器指令讀形狀存放器指令MRS寫形狀存放器指令MSR指令舉例開中斷與關(guān)中斷2021年6月28日59南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系讀形狀存放器指令MRS在ARM處置器中，只需MRS指令可以將形狀存放器CPSR或SPSR讀出到通用存放器中。指令格式如下：MRS{cond}Rd，psr其中：Rd目的存放器。Rd不允許為R15。psrCPSR或SPSR。指令舉例如下：MRSR1，CPSR；將CPSR形狀存放器讀取，保管到R1中。MRSR2，SPSR；將SPSR形狀存放器讀取，保管到R2中。2021年6月28日60南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系寫形狀存放器指令MSR在ARM處置器中，只需MSR指令可以直接設(shè)置形狀存放器CPSR或SPSR。指令格式如下：MSR{cond}psr_fields，#immed_8rMSR{cond}psr_fields，Rm其中：psr CPSR或SPSR。fields 指定傳送的區(qū)域。2021年6月28日61南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系寫形狀存放器指令MSR〔續(xù)〕fields可以是以下的一種或多種；(字母必需為小寫)；c控制域屏蔽字節(jié)(psr[7…0])；x擴(kuò)展域屏蔽字節(jié)(psr[15…8])；s形狀域屏蔽字節(jié)(psr[23…16])；f標(biāo)志域屏蔽字節(jié)(psr[31…24])。immed_8r 要傳送到形狀存放器指定域的立刻數(shù)，8位。Rm 要傳送到形狀存放器指定域的數(shù)據(jù)的源存放器。2021年6月28日62南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系MSR指令舉例MSR指令舉例如下： MSRCPSR_c，#0xD3 ；CPSR[7…0]=0xD3，即切換到管理方式，0b11010011 MSRCPSR_cxsf，R3 ；CPSR=R32021年6月28日63南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系使能IRQ中斷〔開中斷〕ENABLE_IRQ MRS R0,CPSR BIC R0,R0,#0x80 MSR CPSR_c,R0 MOV PC,LRI位=0開中斷2021年6月28日64南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系禁能IRQ中斷〔關(guān)中斷〕DISABLE_IRQ MRSR0CPSR ORRR0,R0,#0x80 MSRCPSR_c,R0 MOVPC,LRI位=1關(guān)中斷2021年6月28日65南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系MSR指令闡明程序中不能經(jīng)過MSR指令直接修正CPSR中的T控制位來實(shí)現(xiàn)ARM形狀/Thumb形狀的切換，必需運(yùn)用BX指令完成處置器形狀的切換(由于BX指令屬分支指令，它會(huì)打斷流水線形狀，實(shí)現(xiàn)處置器形狀切換)。MRS與MSR配合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)CPSR或SPSR存放器的讀一修正一寫操作，可用來進(jìn)展處置器方式切換、允許/制止IRQ/FIQ中斷等設(shè)置，如下面的程序清單所示。2021年6月28日66南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系堆棧指令初始化INITSTACKMOVR0，LR；保管前往地址MSRCPSR_c，#0xD3LDRSP，StackSvc；設(shè)置管理方式堆棧，M[4:0]=0b10011MSRCPSR_c，#0xD2LDRSP，StackIrq；設(shè)置中斷方式堆棧，M[4:0]=0b10010MOVPC，R02021年6月28日67南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.3.5軟中斷指令SWISWI指令用于產(chǎn)生軟中斷，從而實(shí)現(xiàn)從用戶方式變換到管理方式，CPSR保管到管理方式的SPSR中，執(zhí)行轉(zhuǎn)移到SWI向量。在其它方式下也可運(yùn)用SWI指令，處置器同樣地切換到管理方式。指令格式如下：SWI{cond}immed_24//Thumb指令是immed_8其中：immed_24是24位立刻數(shù)，值為0~16,777,215之間的整數(shù)。立刻數(shù)用于指定指令懇求的詳細(xì)SWI效力。指令舉例如下：SWI 0 ；軟中斷，中斷立刻數(shù)為0SWI 0x123456 ；軟中斷，中斷立刻數(shù)為0x1234562021年6月28日68南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系獲得SWI指令的立刻數(shù)在SWI異常中斷處置程序中，取出SWI立刻數(shù)的步驟為：首先確定引起軟中斷的SWI指令是ARM指令還是Thumb指令，這可經(jīng)過對(duì)SPSR訪問得到；然后獲得該SWI指令的地址，這可經(jīng)過訪問LR存放器得到；接著讀出指令，分解出立刻數(shù)。程序清單如下所示。2021年6月28日69南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系獲得SWI指令的立刻數(shù)〔續(xù)〕T_bit EQU 0x20SWI_Handler STMFDSP!，{R0－R3，R12，LR} ；現(xiàn)場(chǎng)維護(hù) MRSR0，SPSR ；讀取SPSR STMFDSP!，{R0} ；保管SPSR TST R0，#T_bit ；測(cè)試T標(biāo)志位，CPSR第M5位；T=1闡明執(zhí)行Thumb指令，參看講義上集91頁(yè) LDREQHR0，[LR,#－2] ；假設(shè)是Thumb指令，那么讀取指令碼(16位) BICEQR0，R0,#0xFF00 ；獲得Thumb指令的8位立刻數(shù) LDRNER0，[LR,#－4] ；假設(shè)是ARM指令，那么讀取指令碼(32位) BICNER0,R0,#0xFF000000 ；獲得ARM指令的24位立刻數(shù) … LDMFDSP!,{R0－R3，R12,PC} ；SWI異常中斷前往2021年6月28日70南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.3.6ARM協(xié)處置器指令A(yù)RM支持協(xié)處置器操作。協(xié)處置器控制經(jīng)過協(xié)處置器命令實(shí)現(xiàn)。助記符說明操作條件碼CDPcoproc,opcode1,CRd,CRn,CRm{,opcode2}協(xié)處理器數(shù)據(jù)操作指令取決于協(xié)處理器CDP{cond}LDC{1}coproc,CRd,<地址>協(xié)處理器數(shù)據(jù)讀取指令取決于協(xié)處理器LDC{cond}{L}STC{1}coproc,CRd,<地址>協(xié)處理器數(shù)據(jù)寫入指令取決于協(xié)處理器STC{cond}{L}2021年6月28日71南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系A(chǔ)RM協(xié)處置器指令〔續(xù)〕助記符說明操作條件碼MCRcoproc,opcode1,Rd,CRn,CRm{,opcode2}ARM寄存器到協(xié)處理器寄存器的數(shù)據(jù)傳送指令取決于協(xié)處理器MCR{cond}MRCcoproc,opcode1,Rd,CRn,CRm{,opcode2)協(xié)處理器寄存器到ARM寄存器的數(shù)據(jù)傳送指令取決于協(xié)處理器MRC{cond}2021年6月28日72南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.3.7ARM偽指令A(yù)RM偽指令不是ARM指令集中的指令，只是為了編程方便編譯器定義了偽指令?？梢韵衿渌麬RM指令一樣運(yùn)用偽指令，但在編譯時(shí)這些指令將被等效的ARM指令替代。ARM偽指令有4條，分別為ADR偽指令、ADRL偽指令、LDR偽指令和NOP偽指令。2021年6月28日73南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系A(chǔ)DR偽指令小范圍的地址讀取偽指令該指令將基于PC的地址值或者基于存放器的地址值讀取到存放器中語法：ADR{<cond>}register,expr其中，register為目的存放器。expr為基于PC或者基于存放器的地址表達(dá)式，其取值范圍如下：當(dāng)?shù)刂分挡皇亲謱?duì)齊時(shí)，其取值范圍為-255~255。當(dāng)?shù)刂分凳亲謱?duì)齊時(shí)，其取值范圍為-1020~1020。當(dāng)?shù)刂分凳?6字節(jié)對(duì)齊時(shí)，其取值范圍將更大。2021年6月28日74南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系A(chǔ)DR偽指令運(yùn)用舉例下面是一個(gè)運(yùn)用ADR偽指令的例子：start MOVR0,#1000 ADR R4,start;案例ARM處置器是三級(jí)流水線，PC值為當(dāng)前指令地址值加8字節(jié);因此本ADR偽指令將被編譯器交換成機(jī)器指令;SUBR4,PC,#0xC2021年6月28日75南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系A(chǔ)DRL偽指令中等范圍的地址讀取偽指令。該指令將基于PC或基于存放器的地址值讀取到存放器中。ADRL偽指令比ADR偽指令可以讀取更大范圍的地址。ADRL偽指令在匯編時(shí)被編譯器交換成兩條指令。2021年6月28日76南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系A(chǔ)DRL偽指令語法語法：ADRL{<cond>}register,expr其中，register為目的存放器。exp