【正文】 第 3章 ARM指令系統(tǒng) 第 3章 ARM指令系統(tǒng) 主要內(nèi)容 ARM指令結(jié)構(gòu) ARM尋址方式 ARM指令集 Thumb指令集 ARM偽指令 ARM匯編語言程序設(shè)計 ARM指令系統(tǒng)概述 主要內(nèi)容 一、指令系統(tǒng)概念 二、 ARM指令的特點 三、 ARM指令的格式 四、指令的條件碼 ARM指令系統(tǒng)概述 一、指令系統(tǒng)概念 指令： 是規(guī)定計算機進行某種操作的命令。 指令系統(tǒng)： 計算機能夠執(zhí)行的各種指令的集合。 二、 ARM指令的特點 – 所有指令都是 32位的。 – 大多數(shù)指令都在單周期內(nèi)完成。 – 所有指令都可以條件執(zhí)行。 – ARM指令為 load/store類型。 – 基本指令僅 36條，分成五類。 – 有 7種尋址方式。 – 指令集可以通過協(xié)處理器擴展。 ? ARM指令是加載 /存儲 (Load/Store)型： 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，而對系統(tǒng)存儲器的訪問則需要通過專門的加載 /存儲指令來完成。 ? ARM指令可以分為五大類： 數(shù)據(jù)處理指令、存儲器訪問指令、分支指令、協(xié)處理器指令、雜項指令。 ? ARM指令有 7種尋址方式： 立即尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、基址尋址、堆棧尋址 、塊拷貝尋址、相對尋址。 三、 ARM指令的格式 ARM指令基本的語法格式為： Opcode {cond}{s} Rn, Rd {, Operand2} – Opcode： 指令操作碼。 – cond：指令的條件碼。 – S：決定指令的操作是否影響 cpsr的值。 – Rn： 目標寄存器編碼。 – Rd： 包含第一個操作數(shù)的寄存器編碼。 – Operand2：第 2操作數(shù)。 ARM指令典型的編碼格式為： （數(shù)據(jù)處理指令類） Cond Opcode S Rn Rd Operand2 0 11 12 15 16 19 20 21 24 25 27 28 31 7 8 例： ADDS R2， R1， 1 SUBNES R2， R1， 0x20 LDR R0， [R1] 四、指令的條件碼 條件碼的位數(shù)和位置： 每條 ARM指令包含 4位條件碼域 cond,它占用指令編碼的最高四位 [31：28]。 條件碼的表示： 條件編碼共 24 ＝ 16 種 ， 其中 ，15種用于指令的條件碼 。 每種條件碼用 2個英文縮寫字符表示 。 （ 見 P47 表 26） 帶條件指令的執(zhí)行： ARM處理器根據(jù)指令的執(zhí)行條件是否滿足 ， 決定當前指令是否執(zhí)行 。 只有在 cpsr中的條件標志位滿足指定的條件時 ，指令才會被執(zhí)行 。 不符合條件的代碼依然占用一個時鐘周期 （ 相當于一個 NOP指令 ） 。 條件碼的書寫方法： 條件碼的位置在指令助記符的后面 （ 因此也稱為條件后綴 ） 。 例如： MOVEQ R0, R1 指令條件碼表 條件碼 助記符 含 義 標 志 0000 EQ 相等 Z=1 0001 NE 不相等 Z=0 0010 CS/HS 無符號數(shù)大于或等于 C=1 0011 CC/LO 無符號數(shù)小于 C=0 0100 MI 負數(shù) N=1 0101 PI 非負數(shù) N=0 0110 VS 溢出 V=1 0111 VC 沒有溢出 V=0 1000 HI 無符號數(shù)大于 C=1且 Z=0 1001 LS 無符號數(shù)小于或等于 C=0或 Z=1 1010 GE 有符號數(shù)大于或等于 N=V 1011 LT 有符號數(shù)小于 N!=V 1100 GT 有符號數(shù)大于 Z=0且 N=V 1101 LE 有符號數(shù)小于或等于 Z=1或 N!=V 1110 AL 無條件執(zhí)行 任意 1111 保留 v5以下版本總執(zhí)行 ,v5及以上版本有用 ARM尋址方式 主要內(nèi)容 一、 立即尋址 二、寄存器尋址 三、寄存器間接尋址 四、基址尋址 五、堆棧尋址 六、塊拷貝尋址 七、相對尋址 ARM尋址方式 尋址方式：處理器根據(jù)指令中給出的（地址）信息，尋找操作數(shù)（物理地址）的方式。 我們將 ARM指令系統(tǒng)的尋址方式分為 7種（有分為 9種的等）。 立即尋址 立即尋址也叫立即數(shù)尋址。 立即尋址概念： 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)。這個操作數(shù)被稱為立即數(shù)，對應(yīng)的尋址方式也就叫做立即尋址。 ADD R0， R0， ＃ 1 ； R0← R0＋ 1 MOV R0 ， ＃ 0x3f 。 R0← ＃ 0x3f 書寫立即數(shù)時 ， 要求以 “ ＃ ” 為前綴 。 ? 十六進制數(shù) ， ＃后加 0x或 amp。,如 0x3f,amp。3f. ? 二進制數(shù) ， ＃后加 0b, 如 0b1011 ? 十進制數(shù) ， 后加 0d或缺省 ,如 0d678,789 如何構(gòu)造 32位立即數(shù) ？ 在指令格式中，第二個操作數(shù)有 12位 ： 因此有效立即數(shù) immediate可以表示成： immediate=immed_8 循環(huán)右移 （ 2 rot） 4 bit 移位值 (015)乘于 2，得到一個范圍在 030，步長為 2的移位值。 因此，將 ARM中的立即數(shù) 稱為 8位位圖 。 記住一條準則： “最后 8位移動偶數(shù)位 ”得到立即數(shù)。 Immed_8 rot …… 12 11 8 7 0 Shifter ROR immediate 0 31 ror 0 ror 8 ror 30 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 例： 下列命令中，匯編器把立即數(shù)轉(zhuǎn)換為移位操作： MOV R0,4096 。 uses 0x40 ror 26 ADD R1,R2,0xFF0000 。 uses 0xFF ror 16 帶有立即數(shù)的 MOV 指令的二進制編碼為： MOV R0， 0xF200 ； E3A00CF2. MOV R1， 0x110000 ； E3A01811. MOV R4， 0x12800 ； E3A04B4A. 0xF200 =0xF2循環(huán)右移（ 2*C） 0x110000 =0x11循環(huán)右移（ 2*8） 0x12800 =0x4A循環(huán)右移（ 2*B） 只有能夠通過此構(gòu)造方法得到的才是合法的立即數(shù) 。 – 合法立即數(shù) ： ? 0xFF； 0x104（其 8位圖為 0x41）； 0xFF0； 0xFF00 – 非法立即數(shù)： ? 0x101； 0x102； 0xFF1 深入理解： 一個合法的立即數(shù)可能有多種編碼方法，將使某些指令的執(zhí)行產(chǎn)生不同的結(jié)果。 如 0x3F0 ARM匯編編譯器生成立即數(shù)的規(guī)則為： – 當立即數(shù)數(shù)值在 0到 0xFF范圍時，令immed_8=immediate， rot=0。 – 其它情況下，匯編編譯器選擇使 rot數(shù)值最小的編碼方式。 immed_8=0x3F， rot=0xE，對 3F左移 4位 immed_8=0xFC， rot=0xF，對 FC左移 2位 寄存器尋址 寄存器尋址： ——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。 兩種具體形式： 寄存器尋址、寄存器移位尋址。 一、 寄存器尋址 如指令： ADD R0， R1， R2 ； R0←R1 ＋ R2 二 、 寄存器移位尋址 寄存器移位尋址 當?shù)诙僮鲾?shù)為寄存器型時，在執(zhí)行寄存器尋址操作時，也可以對第二操作數(shù)寄存器進行移位，此時 第二操作數(shù) 形式為： MOV Rd, Rn, Rm， {shift} 其中： Rm 稱為第二操作數(shù)寄存器 shift 用來指定移位類型和移位位數(shù)，有兩種形式： ? 5位立即數(shù) （其值小于 32） ? 寄存器 (用 Rs表示 ) （其值小于 32） 在指令執(zhí)行時將寄存器移位后的內(nèi)容作為第二操作數(shù)參與運算 。 例如指令： ADD R3， R2， R1， LSR 2 ； R3← R2+(R1右移 2位 ) ADD R3， R2， R1， LSR R0 ； R3← R2+(R1右移 R0位 ) 第二操作數(shù)移位方式 共有 6種移位方式： ? — LSL 邏輯左移 — LSR 邏輯右移 ? — ASL 算術(shù)左移 — ASR 算術(shù)右移 ? — ROR 循環(huán)右移 — RRX 帶擴展的循環(huán)右移 （ 1） LSL：邏輯左移 ，空出的最低有效位用 0填充。 0 31 0 0 （ 2） LSR：邏輯右移 ，空出的最高有效位用 0填充。 31 0 SUB R3， R2， R1， LSL 2 ； R3←R2 (R1左移 2位 ) SUB R3， R2， R1， LSR R0 ； R3←R2 (R1右移 R0位 ) （ 3） ASL：算術(shù)左移 ，由于左移空出的有效位用 0填充，因此它與 LSL同義。 （ 4） ASR：算術(shù)右移 (Arithmetic Shift Right) 。算術(shù)移位的對象是帶符號數(shù)，移位過程中必須保持操作數(shù)的符號不變。如果源操作數(shù)是正數(shù)，空出的最高有效位用 0 填充，如果是負數(shù)用 1填充。 30 0 ADD R3， R2， R1， ASL 2 ； R3←R2+(R1 左移 2位 ) SUB R3， R2， R1， ASR R3 ； R3←R2 (R1算術(shù)右移 R3位 ) （ 5） ROR：循環(huán)右移 (Rotate Right)，移出的字的最低有效位依次填入空出的最高有效位。 31 0 （ 6） RRX：帶進位的循環(huán)右移 (Rotate Right Extended) 。將寄存器的內(nèi)容 循環(huán)右移 1位 ，空位用原來 C標志位填充。 31 0 C SUB R3， R2， R1， ROR 2 ； R3←R2+(R1 循環(huán)右移 2位 ) SUB R3， R2， R1， RRX R0 ； R3←R2 (R1帶進位位循環(huán)右移 R0位 ) 第二操作數(shù)的移位位數(shù) 移位位數(shù)可以用立即數(shù)方式或者寄存器方式給出 ，其值均小于 32，應(yīng)為 031。 如下所示： ADD R3， R2， R1， LSR 2 ； R3?R2+(R1右移 2位 ) ADD R3， R2， R1， LSR R4 ； R3?R2+(R1右移 R4位 ) 寄存器 R1的內(nèi)容分別邏輯右移 2位、 R4位 ,再與寄存器 R2的內(nèi)容相加，結(jié)果放入 R3中。 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)本身存放在存儲單元中。例如以下指令： LDR R0， [R1] 。R0←[R1] STR R0， [R1] 。[R1]←R0 第一條指令將以 R1的值為地址的存儲單元中的內(nèi)容加載到