第4章 ARM指令分類及尋址方式

4CHAPTERARM指令分類及尋址方式1132ARM微處理器指令的分類ARM微處理器指令的尋址方式ARM微處理器指令的條件域內(nèi)容組織C語言和匯編語言混合編程424.1ARM微處理器的指令系統(tǒng)

ARM微處理器的指令集是加載/存儲(chǔ)型的，也即指令集僅能處理寄存器中的數(shù)據(jù)，而且處理結(jié)果都要放回寄存器中，而對(duì)系統(tǒng)存儲(chǔ)器的訪問則需要通過專門的加載/存儲(chǔ)指令來完成。ARM微處理器的指令集可以分為六大類:跳轉(zhuǎn)指令數(shù)據(jù)處理指令程序狀態(tài)寄存器（PSR）處理指令加載/存儲(chǔ)指令協(xié)處理器指令和異常產(chǎn)生指令一、ARM微處理器指令的分類3ARM微處理器指令表-1助記符指令功能描述ADC帶進(jìn)位加法指令A(yù)DD加法指令A(yù)ND邏輯與指令B跳轉(zhuǎn)指令BIC位清零指令BL帶返回的跳轉(zhuǎn)指令BLX帶返回和狀態(tài)切換的跳轉(zhuǎn)指令BX帶狀態(tài)切換的跳轉(zhuǎn)指令4ARM微處理器指令表-2助記符指令功能描述CDP協(xié)處理器數(shù)據(jù)操作指令CMN比較反值指令CMP比較指令EOR異或指令LDC存儲(chǔ)器到協(xié)處理器的數(shù)據(jù)傳輸指令LDM加載多個(gè)寄存器指令LDR存儲(chǔ)器到寄存器的數(shù)據(jù)傳輸指令MCRARM寄存器到協(xié)處理器寄存器數(shù)據(jù)傳輸5助記符指令功能描述MLA乘加運(yùn)算指令MOV數(shù)據(jù)傳送指令MRC協(xié)處理器寄存器到ARM寄存器數(shù)據(jù)傳輸MRS傳送CPSR或SPSR的內(nèi)容到通用寄存器MSR傳送通用寄存器到CPSR或SPSR的指令MUL32位乘法指令MLA32位乘加指令MVN數(shù)據(jù)取反傳送指令A(yù)RM微處理器指令表-36助記符指令功能描述ORR邏輯或指令RSB逆向減法指令RSC帶借位的逆向減法指令SBC帶借位減法指令STC協(xié)處理器寄存器寫入存儲(chǔ)器指令STM批量?jī)?nèi)存字寫入指令STR寄存器到存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)傳輸指令SUB減法指令A(yù)RM微處理器指令表-47助記符指令功能描述SWI軟件中斷指令SWP交換指令TEQ相等測(cè)試指令TST位測(cè)試指令A(yù)RM微處理器指令表-58當(dāng)處理器工作在ARM狀態(tài)時(shí)，幾乎所有的指令均根據(jù)CPSR中條件碼的狀態(tài)和指令的條件域有條件的執(zhí)行。當(dāng)指令的執(zhí)行條件滿足時(shí)，指令被執(zhí)行，否則指令被忽略。每一條ARM指令包含4位的條件碼，位于指令的最高4位[31:28]。條件碼共有16種，每種條件碼可用兩個(gè)字符表示，這兩個(gè)字符可以添加在指令助記符的后面和指令同時(shí)使用。例如，跳轉(zhuǎn)指令B可以加上后綴EQ變?yōu)锽EQ表示“相等則跳轉(zhuǎn)”，即當(dāng)CPSR中的Z標(biāo)志置位時(shí)發(fā)生跳轉(zhuǎn)。二、ARM微處理器指令的條件域9指令的條件域表-1條件碼后綴標(biāo)

志含

義0000EQZ置位相等0001NEZ清零不相等0010CSC置位無符號(hào)數(shù)大于或等于0011CCC清零無符號(hào)數(shù)小于0100MIN置位負(fù)數(shù)0101PLN清零正數(shù)或零0110VSV置位溢出0111VCV清零未溢出10指令的條件域表-2條件碼后綴標(biāo)

志含

義1001LSC清零Z置位無符號(hào)數(shù)小于或等于1010GEN等于V帶符號(hào)數(shù)大于或等于1011LTN不等于V帶符號(hào)數(shù)小于1100GTZ清零且（N等于V）帶符號(hào)數(shù)大于1101LEZ置位或（N不等于V）帶符號(hào)數(shù)小于或等于1110AL忽略無條件執(zhí)行114.2ARM指令的尋址方式ARM指令系統(tǒng)支持如下幾種常見的尋址方式：立即尋址寄存器尋址寄存器間接尋址基址變址尋址多寄存器尋址相對(duì)尋址堆棧尋址

12立即尋址立即尋址也叫立即數(shù)尋址，這是一種特殊的尋址方式，操作數(shù)本身就在指令中給出，只要取出指令也就取到了操作數(shù)。這個(gè)操作數(shù)被稱為立即數(shù)，對(duì)應(yīng)的尋址方式也就叫做立即尋址。例如以下指令：

ADD R0，R0，＃1 /*R0←R0＋1*/ADD R0，R0，＃0x3f /*R0←R0＋0x3f*/在以上兩條指令中，第二個(gè)源操作數(shù)即為立即數(shù)，要求以“?！睘榍熬Y，對(duì)于以十六進(jìn)制表示的立即數(shù)，還要求在“?！焙蠹由稀?x”。

13寄存器尋址寄存器尋址就是利用寄存器中的數(shù)值作為操作數(shù)，這種尋址方式是各類微處理器經(jīng)常采用的一種方式，也是一種執(zhí)行效率較高的尋址方式。以下指令：

ADD R0，R1，R2 /*R0←R1＋R2*/該指令的執(zhí)行效果是將寄存器R1和R2的內(nèi)容相加，其結(jié)果存放在寄存器R0中。

14寄存器間接尋址寄存器間接尋址就是以寄存器中的值作為操作數(shù)的地址，而操作數(shù)本身存放在存儲(chǔ)器中。例如以下指令：

LDR R0，[R1] /*R0←[R1]*/STR R0，[R1] /*[R1]←R0*/第一條指令將以R1的值為地址的存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)傳送到R0中。第二條指令將R0的值傳送到以R1的值為地址的存儲(chǔ)器中。

15基址變址尋址基址變址尋址就是將寄存器（該寄存器一般稱作基址寄存器）的內(nèi)容與指令中給出的地址偏移量相加，從而得到一個(gè)操作數(shù)的有效地址。變址尋址方式常用于訪問某基地址附近的地址單元。采用變址尋址方式的指令常見有以下幾種形式，如下所示：

LDRR0，[R1，＃4] ；R0←[R1＋4] LDRR0，[R1，＃4]！

；R0←[R1＋4]、R1←R1＋4 LDRR0，[R1]，＃4 ；R0←[R1]、R1←R1＋4 LDRR0，[R1，R2] ；R0←[R1＋R2]在第一條指令中，將寄存器R1的內(nèi)容加上4形成操作數(shù)的有效地址，從而取得操作數(shù)存入寄存器R0中。在第二條指令中，將寄存器R1的內(nèi)容加上4形成操作數(shù)的有效地址，從而取得操作數(shù)存入寄存器R0中，然后，R1的內(nèi)容自增4個(gè)字節(jié)。在第三條指令中，以寄存器R1的內(nèi)容作為操作數(shù)的有效地址，從而取得操作數(shù)存入寄存器R0中，然后，R1的內(nèi)容自增4個(gè)字節(jié)。在第四條指令中，將寄存器R1的內(nèi)容加上寄存器R2的內(nèi)容形成操作數(shù)的有效地址，從而取得操作數(shù)存入寄存器R0中。

16多寄存器尋址17采用多寄存器尋址方式，一條指令可以完成多個(gè)寄存器值的傳送。這種尋址方式可以用一條指令完成傳送最多16個(gè)通用寄存器的值。以下指令：LDMIA R0!，{R3-R9} ;取出R0所指向的多個(gè)單元數(shù)據(jù)，保存到R3～R9中，R0值更新STMIAR1!，{R3-R9，R11} ;將R3~R9、R11的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到R1所指向的單元中，R1值更新STMFDSP!，{R0-R7，LR} ;保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，將R0-R7、LR入棧LDMFDSP!，{R0-R7，PC}^ ;恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，異常處理返回該指令的后綴IA表示在每次執(zhí)行完加載/存儲(chǔ)操作后，R0按字長(zhǎng)度增加，因此，指令可將連續(xù)存儲(chǔ)單元的值傳送到R1～R4。

后綴相應(yīng)有IB、DA、DB、FD、FA、ED、EA。18ARM指令的尋址方式19相對(duì)尋址

與基址變址尋址方式相類似，相對(duì)尋址以程序計(jì)數(shù)器PC的當(dāng)前值為基地址，指令中的地址標(biāo)號(hào)作為偏移量，將兩者相加之后得到操作數(shù)的有效地址。以下程序段完成子程序的調(diào)用和返回，跳轉(zhuǎn)指令BL采用了相對(duì)尋址方式：

BL NEXT ；跳轉(zhuǎn)到子程序NEXT處執(zhí)行

……

NEXT …… MOV PC，LR ；從子程序返回

20堆棧尋址堆棧是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，按先進(jìn)后出（FirstInLastOut，F(xiàn)ILO）的方式工作，使用一個(gè)稱作堆棧指針的專用寄存器指示當(dāng)前的操作位置，堆棧指針總是指向棧頂。當(dāng)堆棧指針指向最后壓入堆棧的數(shù)據(jù)時(shí)，稱為滿堆棧（FullStack），而當(dāng)堆棧指針指向下一個(gè)將要放入數(shù)據(jù)的空位置時(shí)，稱為空堆棧（EmptyStack）。

21堆棧尋址根據(jù)堆棧的生成方式，又可以分為遞增堆棧（AscendingStack）和遞減堆棧（DecendingStack），當(dāng)堆棧由低地址向高地址生成時(shí)，稱為遞增堆棧，當(dāng)堆棧由高地址向低地址生成時(shí)，稱為遞減堆棧。這樣就有四種類型的堆棧工作方式

滿遞增堆棧（FA）：堆棧指針指向最后壓入的數(shù)據(jù)，且由低地址向高地址生成。滿遞減堆棧(FD)：堆棧指針指向最后壓入的數(shù)據(jù)，且由高地址向低地址生成?？者f增堆棧(EA)：堆棧指針指向下一個(gè)將要放入數(shù)據(jù)的空位置，且由低地址向高地址生成。空遞減堆棧(ED)：堆棧指針指向下一個(gè)將要放入數(shù)據(jù)的空位置，且由高地址向低地址生成

2223軟件中斷指令SWI：指令格式為：

SWI{條件}24位的立即數(shù)

SWI指令為軟件中斷指令，用于產(chǎn)生軟件中斷，從而實(shí)現(xiàn)在用戶模式下切換到管理模式下，CPSR保存到管理模式的SPSR中，執(zhí)行轉(zhuǎn)移到SWI向量。在其他模式下也可使用SWI指令，處理器同樣切換到管理模式。24第一種方法：指令中24位的立即數(shù)指定了用戶請(qǐng)求的服務(wù)類型，參數(shù)通過通用寄存器傳遞。

MOV R0，＃34 ;設(shè)置子功能號(hào)為34 SWI 12 ;調(diào)用12號(hào)軟中斷第二種方法：指令中的24位立即數(shù)被忽略，用戶請(qǐng)求的服務(wù)類型由寄存器R0的值決定，參數(shù)通過其他的通用寄存器傳遞。

MOV R0，＃12 ;調(diào)用12號(hào)軟中斷

MOV R1，＃34 ;設(shè)置子功能號(hào)為34 SWI 025在SWI異常中斷處理程序中，取出SWI立即數(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，這可通過對(duì)SPSR訪問得到；然后要取得該SWI指令的地址，這可通過訪問LR寄存器得到；接著讀出指令，分解出立即數(shù)。下面所示的程序段可用來讀取SWI立即數(shù)。26

T_BIT EQU 0x20SWI_Handler ;SWI異常中斷進(jìn)入

STMFD SP!，{R0-R3，R12，LR} ;現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)

MRS R0，SPSR ;讀取SPSR STMFD SP!，{R0} ;保存SPSR TST R0，＃T_BIT ;測(cè)試T標(biāo)志位

LDRNEH R0，[R0，＃－2];若是Thumb指令，讀取指令碼（16位）

BICNE R0，R0，＃0xFF00 ;取得Thumb指令的8位立即數(shù)

LDREQ R0，[LR，＃－4] ;若是ARM指令，讀取指令碼（32位）

BICEQ R0，R0，＃0xFF000000 ;取得ARM指令的24位立即數(shù)

…… LDMFD SP!，{R0-R3，R12，PC}^ ;SWI異常中斷返回27C語言和匯編語言混合編程混合編程包括：在C/C++代碼中嵌入?yún)R編指令；在匯編程序和C/C++程序之間實(shí)現(xiàn)變量的互訪；匯編程序、C/C++程序間的相互調(diào)用。28在C/C++代碼中嵌入?yún)R編指令內(nèi)嵌匯編語言的語法為：__asm{

匯編指令/*注釋*/ …

匯編指令

}29voidDisable_IRQ（void）{ __asm{MRS R4,CPSRORR R4,R4,#0x80MSR CPSR_c,R4}}禁止IRQ中斷：不能直接向PC寄存器賦值，程序跳轉(zhuǎn)只能使用B或BL指令實(shí)現(xiàn)；使用物理寄存器的指令中，不要使用過于復(fù)雜的C表達(dá)式。注意：30編譯器可能會(huì)使用R12或R13存放編譯的中間結(jié)果，在計(jì)算表達(dá)式的值時(shí)，可能會(huì)將寄存器R0~R3、R12和LR用于子程序調(diào)用。因此，在內(nèi)嵌匯編語言程序時(shí)，不要將這些寄存器同時(shí)指定為匯編指令中的物理寄存器。

31匯編程序訪問C變量在C程序中聲明的全局變量可以被匯編程序訪問。匯編程序訪問方法為：使用IMPORT偽指令引入全局變量，并利用LDR或STR指令根據(jù)全局變量的地址訪問它們。

unsignedchar ：LDRB/STRB unsignedshort ：LDRH/STRH unsignedint

：LDR/STR char ：LDRSB/STRSB short ：LDRSH/STRSH32

AREA globals，CODE，READONLY EXPORT asmsub IMPORT globv1

asmsub

LDR R1，＝globv1 LDR R0，[R1] ADD R0，R0，＃2 STR R0，[R1] MOV PC，LR END程序中變量globv1是在C程序中聲明的全局變量，匯編程序?qū)崿F(xiàn)將其讀出，加2后在送回保存。33C與匯編程序相互調(diào)用在C程序和ARM匯編程序之間相互調(diào)用必須遵守ATPCS(ARM-THUMBprocedurecallstandard)。PCS強(qiáng)制實(shí)現(xiàn)如下約定：調(diào)用函數(shù)如何傳遞參數(shù)（即壓棧方法，以何種方式存放參數(shù)），被調(diào)用函數(shù)如何獲取參數(shù)，以何種方式傳遞函數(shù)返回值。匯編語言子程序必須滿足下面3個(gè)條件：1）在子程序編寫時(shí)必須遵守相應(yīng)的ATPCS規(guī)則；2）堆棧的使用要遵守相應(yīng)的ATPCS規(guī)則；3）在匯編編譯器中使用-apcs選項(xiàng)。34寄存器的使用必須滿足下面的規(guī)則：1）子程序間通過寄存器R0~R3來傳遞參數(shù)。這時(shí)，寄存器R0~R3可以記作A0~A3。被調(diào)用的子程序在返回前無需恢復(fù)寄存器R0~R3的內(nèi)容。2）在子程序中，使用寄存器R4~R11來保存局部變量。這時(shí)，寄存器R4~R11可以記作V1~V8。如果在子程序中使用到了寄存器V1~V8中的某些寄存器，子程序進(jìn)入時(shí)必須保存這些寄存器的值，在返回前必須恢復(fù)這些寄存器的值。3）寄存器R12用于子程序中間臨時(shí)寄存器，記作IP。在子程序間的連接代碼段中常有這種使用規(guī)則。354）寄存器R13用作數(shù)據(jù)棧指針，記作SP。在子程序中寄存器R13不能用作其他用途。寄存器R13在進(jìn)入子程序時(shí)的值和退出子程序時(shí)的值必須相等。5）寄存器R14稱為鏈接寄存器，記作LR。它用于保存子程序的返回地址。如果在子程序中保存了返回地址，寄存器R14則可以用作其他用途。6）寄存器R15是程序計(jì)數(shù)器，記作PC。它不能用作其他用途。36參數(shù)傳遞規(guī)則：2）子程序中結(jié)果返回的規(guī)則如下：結(jié)果為一個(gè)32位的整數(shù)時(shí)，可以通過寄存器R0返回；結(jié)果為一個(gè)64位的整數(shù)時(shí)，可以通過寄存器R0和R1返回，依次類推。對(duì)于位數(shù)更多的結(jié)果，需要通過內(nèi)存來傳遞。1）當(dāng)參數(shù)不超過4個(gè)時(shí)，可以使用寄存器R0~R3來傳遞參數(shù)；當(dāng)參數(shù)超過4個(gè)時(shí)，還可以使用數(shù)據(jù)棧來傳遞參數(shù)。37C程序調(diào)用匯編程序：匯編程序的設(shè)計(jì)要遵循ATPCS，保證程序調(diào)用時(shí)參數(shù)的正確傳遞。在匯編程序中使用EXPORT偽操作聲明本程序段，使得本程序可以被別的程序調(diào)用。在C語言程序中使用extern關(guān)鍵詞聲明該匯編程序段。 被調(diào)用的匯編子程序：

AREAScopy,CODE,READONLY EXPORT strcopy

strcopy ;R0為目標(biāo)串地址，R1為源串地址

LDRBR2,[R1],#1 STRBR2,[R0],#1 CMPR2,#0 BNEstrcopy MOV PC,LR END38調(diào)用匯編程序的C程序：＃include<stdio.h>externvoidstrcopy（char*d，constchar*s）;//聲明外部函數(shù)，

//即要調(diào)用的匯編子程序intmain（void）{constchar*srcstr="Firststring-s