第3章ARM7TDMI(S)指令系统.ppt

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1、第3章ARM7TDMI(-S)指令系统,1.ARM程序的文件类型：C程序：ARM开发中大部分程序使用C语言编写，文件类型为“*.C”；汇编程序：涉及到硬件底层操作的代码有时必须使用汇编语言编写，文件类型为“*.S”。2.为什么学习ARM指令系统：操作系统移植编写启动代码方便程序调试,前言,1.ARM处理器的寻址方式；2.ARM指令的特点；3.ARM指令的种类，它能完成哪些功能。,本章学习重点,目录,1.ARM处理器寻址方式2.指令集介绍ARM指令集Thumb指令集,目录,1.ARM处理器寻址方式2.指令集介绍ARM指令集Thumb指令集,第3章 ARM7TDMI(-S)指令系统,简介,ARM处

2、理器是基于精简指令集计算机(RISC)原理设计的，指令集和相关译码机制较为简单。ARM7TDMI(-S)具有32位ARM指令集和16位Thumb指令集，ARM指令集效率高，但是代码密度低;而Thumb指令集具有较高的代码密度，却仍然保持ARM的大多数性能上的优势，它是ARM指令集的子集。所有的ARM指令都是可以有条件执行的，而Thumb指令仅有一条指令具备条件执行功能。ARM程序和Thumb程序可相互调用，相互之间的状态切换开销几乎为零。,第3章 ARM7TDMI(-S)指令系统,ARM指令集与Thumb指令集的关系,Thumb指令集具有灵活、小巧的特点,ARM指令集支持ARM核所有的特性，具

3、有高效、快速的特点,3.1 ARM处理器寻址方式,寻址方式分类,寻址方式是根据指令中给出的地址码字段来实现寻找真实操作数地址的方式。ARM处理器具有9种基本寻址方式。1.寄存器寻址；2.立即寻址；3.寄存器移位寻址；4.寄存器间接寻址；5.基址寻址；6.多寄存器寻址；7.堆栈寻址；8.相对寻址。,操作数的值在寄存器中，指令中的地址码字段指出的是寄存器编号，指令执行时直接取出寄存器值来操作。寄存器寻址指令举例如下：MOV R1,R2;将R2的值存入R1 SUB R0,R1,R2;将R1的值减去R2的值，结果保存到R0,3.1 ARM处理器寻址方式,寻址方式分类寄存器寻址,MOV R1,R2,0

4、xAA,立即寻址指令中的操作码字段后面的地址码部分即是操作数本身，也就是说，数据就包含在指令当中，取出指令也就取出了可以立即使用的操作数(这样的数称为立即数)。立即寻址指令举例如下：SUBSR0,R0,#1;R0减1，结果放入R0，并且影响标志位MOVR0,#0 xFF000;将立即数0 xFF000装入R0寄存器,3.1 ARM处理器寻址方式,寻址方式分类立即寻址,MOV R0,#0 xFF00,0 xFF00,从代码中获得数据,寄存器移位寻址是ARM指令集特有的寻址方式。当第2个操作数是寄存器移位方式时，第2个寄存器操作数在与第1个操作数结合之前，选择进行移位操作。寄存器移位寻址指令举例如

5、下：MOVR0,R2,LSL#3;R2的值左移3位，结果放入R0，;即是R0=R28 ANDSR1,R1,R2,LSL R3;R2的值左移R3位，然后和R1相;“与”操作，结果放入R1,3.1 ARM处理器寻址方式,寻址方式分类寄存器移位寻址,MOV R0,R2,LSL#3,0 x08,0 x08,逻辑左移3位,寄存器间接寻址指令中的地址码给出的是一个通用寄存器的编号，所需的操作数保存在寄存器指定地址的存储单元中，即寄存器为操作数的地址指针。寄存器间接寻址指令举例如下：LDRR1,R2;将R2指向的存储单元的数据读出;保存在R1中 SWPR1,R1,R2;将寄存器R1的值和R2指定的存储;单元

6、的内容交换,3.1 ARM处理器寻址方式,寻址方式分类寄存器间接寻址,LDR R0,R2,0 xAA,基址寻址就是将基址寄存器的内容与指令中给出的偏移量相加，形成操作数的有效地址。基址寻址用于访问基址附近的存储单元，常用于查表、数组操作、功能部件寄存器访问等。基址寻址指令举例如下：LDRR2,R3,#0 x0C;读取R3+0 x0C地址上的存储单元;的内容，放入R2 STRR1,R0,#-4!;先R0=R0-4，然后把R1的值寄存;到保存到R0指定的存储单元,3.1 ARM处理器寻址方式,寻址方式分类基址寻址,LDR R2,R3,#0 x0C,0 xAA,将R3+0 x0C作为地址装载数据,多

7、寄存器寻址一次可传送几个寄存器值，允许一条指令传送16个寄存器的任何子集或所有寄存器。多寄存器寻址指令举例如下：LDMIAR1!,R2-R7,R12;将R1指向的单元中的数据读出到;R2R7、R12中(R1自动加1)STMIAR0!,R2-R7,R12;将寄存器R2R7、R12的值保;存到R0指向的存储;单元中;(R0自动加1),3.1 ARM处理器寻址方式,寻址方式分类多寄存器寻址,LDMIA R1!,R2-R4,R6,0 x40000010,堆栈是一个按特定顺序进行存取的存储区，操作顺序为“后进先出”。堆栈寻址是隐含的，它使用一个专门的寄存器(堆栈指针)指向一块存储区域(堆栈)，指针所指向

8、的存储单元即是堆栈的栈顶。存储器堆栈可分为两种：向上生长：向高地址方向生长，称为递增堆栈向下生长：向低地址方向生长，称为递减堆栈,3.1 ARM处理器寻址方式,寻址方式分类堆栈寻址,3.1 ARM处理器寻址方式,寻址方式分类堆栈寻址,0 x12345678,0 x12345678,堆栈指针指向最后压入的堆栈的有效数据项，称为满堆栈；堆栈指针指向下一个待压入数据的空位置，称为空堆栈。,3.1 ARM处理器寻址方式,寻址方式分类堆栈寻址,0 x12345678,所以可以组合出四种类型的堆栈方式：满递增：堆栈向上增长，堆栈指针指向内含有效数据项的最高地址。指令如LDMFA、STMFA等；空递增：堆栈

9、向上增长，堆栈指针指向堆栈上的第一个空位置。指令如LDMEA、STMEA等；满递减：堆栈向下增长，堆栈指针指向内含有效数据项的最低地址。指令如LDMFD、STMFD等；空递减：堆栈向下增长，堆栈指针向堆栈下的第一个空位置。指令如LDMED、STMED等。,3.1 ARM处理器寻址方式,寻址方式分类堆栈寻址,相对寻址是基址寻址的一种变通。由程序计数器PC提供基准地址，指令中的地址码字段作为偏移量，两者相加后得到的地址即为操作数的有效地址。相对寻址指令举例如下：BLSUBR1;调用到SUBR1子程序BEQLOOP;条件跳转到LOOP标号处.LOOPMOVR6,#1.SUBR1.,3.1 ARM处理

10、器寻址方式,寻址方式分类相对寻址,1.ARM处理器的寻址方式 8种寻址方式；2.ARM指令的特点；3.ARM指令的种类，它能完成哪些功能。,本章学习重点,目录,1.ARM处理器寻址方式2.指令集介绍ARM指令集Thumb指令集,简单的ARM程序,;文件名：TEST1.S;功能：实现两个寄存器相加;说明：使用ARMulate软件仿真调试 AREAExample1,CODE,READONLY;声明代码段Example1 ENTRY;标识程序入口 CODE32;声明32位ARM指令START MOVR0,#0;设置参数 MOVR1,#10LOOPBLADD_SUB;调用子程序ADD_SUB BLOO

11、P;跳转到LOOPADD_SUB ADDSR0,R0,R1;R0=R0+R1 MOVPC,LR;子程序返回 END;文件结束,使用“；”进行注释,标号顶格写,实际代码段,声明文件结束,;文件名：TEST1.S;功能：实现两个寄存器相加;说明：使用ARMulate软件仿真调试 AREAExample1,CODE,READONLY;声明代码段Example1 ENTRY;标识程序入口 CODE32;声明32位ARM指令START MOVR0,#0;设置参数 MOVR1,#10LOOPBLADD_SUB;调用子程序ADD_SUB BLOOP;跳转到LOOPADD_SUB ADDSR0,R0,R1;R

12、0=R0+R1 MOVPC,LR;子程序返回 END;文件结束,简单的ARM程序,目录,1.ARM处理器寻址方式2.指令集介绍ARM指令集Thumb指令集,ARM指令小节目录,1.指令格式2.条件码3.ARM指令,ARM指令小节目录,1.指令格式2.条件码3.ARM指令,ARM指令的基本格式如下：,3.2 指令集介绍,ARM指令集指令格式,S,其中号内的项是必须的，号内的项是可选的。各项的说明如下：,opcode：指令助记符；cond：执行条件；S：是否影响CPSR寄存器的值；Rd：目标寄存器；Rn：第1个操作数的寄存器；operand2：第2个操作数；,ARM指令的基本格式如下：,3.2 指

13、令集介绍,ARM指令集第2个操作数,S,灵活的使用第2个操作数“operand2”能够提高代码效率。它有如下的形式：#immed_8r常数表达式；Rm寄存器方式；Rm,shift寄存器移位方式；,3.2 指令集介绍,ARM指令集第2个操作数,#immed_8r常数表达式 该常数必须对应8位位图，即必须是一个8位的常数通过循环右移偶数位可以得到的数。,循环右移10位,移位前的8位常数0 x12,移位后得到的常数0 x04800000,3.2 指令集介绍,ARM指令集第2个操作数,#immed_8r常数表达式 该常数必须对应8位位图，即必须是一个8位的常数通过循环右移偶数位可以得到的数。,例如：M

14、OVR0,#1ANDR1,R2,#0 x0FMOVR1,#0 xC000;0 xC000可由0 x03循环右移16位得到,2.请列举2个8位图立即数？,思考与练习,?,1.以下8位图立即数是否合法？0 x0103C0000 x12800000,0 x4000003B（0 xED循环右移2位）0 x0016C000（0 x5B循环右移18位）,3.2 指令集介绍,ARM指令集第2个操作数,Rm寄存器方式 在寄存器方式下，操作数即为寄存器的数值。例如：SUBR1,R1,R2MOVPC,R0,3.2 指令集介绍,ARM指令集第2个操作数,Rm,shift寄存器移位方式 将寄存器的移位结果作为操作数，

15、但Rm值保持不变，移位方法如下：,3.2 指令集介绍,ARM指令集第2个操作数,3.2 指令集介绍,ARM指令集第2个操作数,Rm,shift寄存器移位方式例如：ADDR1,R1,R1,LSL#3;R1=R1+R1*8=9R1SUBR1,R1,R2,LSR R3;R1=R1-(R2/2R3),ARM指令小节目录,1.指令格式2.条件码3.ARM指令,ARM指令的基本格式如下：,3.2 指令集介绍,ARM指令集条件码,S,使用条件码“cond”可以实现高效的逻辑操作，提高代码效率。绝大部分的ARM指令都可以条件执行，而Thumb指令只有B（跳转）指令具有条件执行 功能。如果指令不标明条件代码，将

16、默认为无条件（AL）执行。,指令条件码表,3.2 指令集介绍,ARM指令集条件码,C代码：if(a b)a+;elseb+;,对应的汇编代码：CMPR0,R1;R0与R1比较ADDHIR0,R0,#1;若R0R1，则R0=R0+1ADDLSR1,R1,#1;若R0R1，则R1=R1+1,示例：,1.ARM处理器的寻址方式 8种寻址方式；2.ARM指令的特点可条件执行、可选择影响标志位、具有非常灵活的第二操作数；3.ARM指令的种类，它能完成哪些功能。,本章学习重点,ARM指令种类,1.存储器访问指令2.数据处理指令3.乘法指令4.ARM分支指令5.协处理器指令6.杂项指令7.伪指令,为什么要掌

17、握部分常用ARM指令？熟悉ARM体系结构：通过指令的学习可以更深入的了解ARM硬件结构的特点；修改启动代码：启动代码为了满足大部分系统的顺利运行，通常将系统硬件配置在最低性能，通过调整启动代码中的参数使其更适合自己的硬件系统；调试程序：通过观察反汇编代码了解程序执行情况，比如某个变量的操作是否被编译器优化掉了。阅读已有的汇编代码；,ARM指令种类,1.存储器访问指令2.数据处理指令3.乘法指令4.ARM分支指令5.协处理器指令6.杂项指令7.伪指令,3.2 指令集介绍,ARM指令集存储器访问指令,ARM处理器是典型的RISC处理器，对存储器的访问只能使用加载和存储指令实现。ARM处理器是冯诺依

18、曼存储结构，程序空间、RAM空间及I/O映射空间统一编址，除对RAM操作以外，对外围IO、程序数据的访问均要通过加载/存储指令进行。存储器访问指令分为单寄存器操作指令和多寄存器操作指令。,LDR/STR指令用于对内存变量的访问、内存缓冲区数据的访问、查表、外围部件的控制操作等。若使用LDR指令加载数据到PC寄存器，则实现程序跳转功能，这样也就实现了程序散转。所有单寄存器加载/存储指令可分为“字和无符号字节加载存储指令”和“半字和有符号字节加载存储指令。,3.2 指令集介绍,ARM存储器访问指令单寄存器存取,3.2 指令集介绍,ARM存储器访问指令单寄存器存取,3.2 指令集介绍,ARM存储器访

19、问指令单寄存器存取,装载指令：LDR,存储指令：STR,LDR/STR指令搭配不同的后缀实现不同方式的单寄存器存取操作:,ARM存储器访问指令装载指令,ARM存储器访问指令保存指令,ARM存储器访问指令地址形式,ARM存储器访问指令寻址方式,注意：大多数情况下，必须保证字数据操作的地址是32位对齐的。,应用示例：LDRR2,R5;将R5指向地址的字数据存入R2,0 x12345678,ARM存储器访问指令单寄存器转载应用,应用示例：STRR1,R2,#0 x04;将R1的数据存储到R0+0 x04地址,0 x12345678,+4,ARM存储器访问指令单寄存器保存应用,3.2 指令集介绍,AR

20、M存储器访问指令多寄存器存取,多寄存器加载/存储指令可以实现在一组寄存器和一块连续的内存单元之间传输数据。LDM为加载多个寄存器；STM为存储多个寄存器。允许一条指令传送16个寄存器的任何子集或所有寄存器。它们主要用于现场保护、数据复制、常数传递等。,3.2 指令集介绍,ARM存储器访问指令多寄存器存取,3.2 指令集介绍,ARM存储器访问指令多寄存器存取,装载指令：LDM,存储指令：STM,LDM/STM指令搭配不同的后缀实现不同方式地址增长方式：,ARM存储器访问指令多寄存器存取,数据块传送指令操作过程如右图所示，其中R1为指令执行前的基址寄存器，R1则为指令执行后的基址寄存器。,3.2

21、指令集介绍,ARM存储器访问指令多寄存器存取,多寄存器存取指令与堆栈操作指令的关系如下表所示。,3.2 指令集介绍,ARM存储器访问指令多寄存器存取,多寄存器存取指令与堆栈操作指令的关系如下表所示。,0 x40000000,R1,R2,0 x?,0 x01,0 x40000000,0 x?,R3,R4,0 x?,R6,0 x?,0 x02,0 x03,0 x04,0 x40000004,0 x40000008,0 x4000000C,存储器,0 x40000010,应用示例：LDMIA R1!,R2-R4,R6 将R1指向的内存数据读取到R0-R4和R6寄存器中,ARM存储器访问指令多寄存器存

22、取,应用示例：STMFD SP!,R0-R7,LR,ARM存储器访问指令满递减压栈操作,栈 顶,1.压栈操作前寄存器和堆栈区的状态；,2.压栈操作前堆栈指针指向栈顶；,应用示例：STMFD SP!,R0-R7,LR,ARM存储器访问指令满递减压栈操作,1.压栈操作前寄存器和堆栈区的状态；,2.压栈操作前堆栈指针指向栈顶；,3.执行压栈操作指令保存R0-R7和LR,0 x0123,0 x3FFC,栈 顶,应用示例：LDMFD SP!,R0-R7,PC,ARM存储器访问指令满递减出栈操作,1.出栈操作前寄存器和堆栈区的状态；,2.出栈操作前堆栈指针指向栈顶；,栈 顶,应用示例：LDMFD SP!,

23、R0-R7,PC,ARM存储器访问指令满递减出栈操作,1.出栈操作前寄存器和堆栈区的状态；,2.出栈操作前堆栈指针指向栈顶；,栈 顶,3.执行出栈操作指令恢复R0-R7和PC,0 x4020,带状态寄存器恢复的出栈操作：LDMFD SP!,R0-R7,PC,ARM存储器访问指令满递减出栈操作,1.出栈操作前寄存器和堆栈区的状态；,2.出栈操作前堆栈指针指向栈顶；,栈 顶,栈 顶,带状态寄存器恢复的出栈操作：LDMFD SP!,R0-R7,PC,ARM存储器访问指令满递减出栈操作,1.出栈操作前寄存器和堆栈区的状态；,2.出栈操作前堆栈指针指向栈顶；,0 x4020,3.执行出栈操作指令恢复R0

24、-R7和PC,3.2 指令集介绍,SWP指令用于将一个内存单元(该单元地址放在寄存器Rn中)的内容读取到一个寄存器Rd中，同时将另一个寄存器Rm的内容写入到该内存单元中。使用SWP可实现信号量操作。,ARM存储器访问指令寄存器和存储器交换指令,3.2 指令集介绍,ARM存储器访问指令寄存器和存储器交换指令,3.2 指令集介绍,ARM存储器访问指令寄存器和存储器交换指令,装载指令：SWP 读入寄存器,输出寄存器,目标地址,3.2 指令集介绍,ARM存储器访问指令寄存器和存储器交换指令,应用示例：SWPR2,R1,R0将R1的内容与R0指向的存储单元的内容进行交换,0 x12345678,0 x1

25、1223344,ARM指令种类,1.存储器访问指令2.数据处理指令3.乘法指令4.ARM分支指令5.协处理器指令6.杂项指令7.伪指令,3.2 指令集介绍,ARM指令集ARM数据处理指令,数据处理指令大致可分为3类：数据传送指令；算术逻辑运算指令；比较指令。数据处理指令只能对寄存器的内容进行操作，而不能对内存中的数据进行操作。所有ARM数据处理指令均可选择使用S后缀，并影响状态标志。,3.2 指令集介绍,数据传送指令,MOV指令将8位图立即数或寄存器传送到目标寄存器（Rd），可用于移位运算等操作。,3.2 指令集介绍,数据传送指令,MOV指令将8位图立即数或寄存器传送到目标寄存器（Rd），可用

26、于移位运算等操作。,同类型的指令还有MVN，它可以实现数据的非传递，即把操作数取反后送至目标寄存器。,3.2 指令集介绍,数据传送指令,应用示例：MOVR3,R1,LSL#3;R3=R18,0 x08,0 x08,逻辑左移3位,思考与练习,?,1.MOV指令与LDR指令都是往目标寄存器中传送数据，但是它们有什么区别吗？,思考与练习,?,1.MOV指令与LDR指令都是往目标寄存器中传送数据，但是它们有什么区别吗？MOV指令用于将数据从一个寄存器传送到另一个寄存器中，或者将一个常数传送到一个寄存器中，但是不能访问内存。LDR指令用于从内存中读取数据放入寄存器中。,3.2 指令集介绍,算术逻辑运算指

27、令,算术逻辑运算指令包括“加/减”以及“与/或/异或”等指令，它们的格式如下：,3.2 指令集介绍,算术逻辑运算指令,OpCode,3.2 指令集介绍,算术逻辑运算指令,OpCode,3.2 指令集介绍,算术逻辑运算指令,应用示例：ADDR3,R1,#0 x08;R3=R1+8,0 x0000000D,3.2 指令集介绍,算术逻辑运算指令,应用示例：ANDR3,R1,#0 xFF;R3=R1&0 x000000FF,0 x00000078,3.2 指令集介绍,算术逻辑运算指令,应用示例：ORRR3,R1,R2;R3=R1|R2,0 xAA112233,3.2 指令集介绍,算术逻辑运算指令,应用

28、示例：EORR3,R1,R2,LSL 0 x03;R3=R1(R2 8),0 x00000077,逻辑左移3位,0 x00000088,思考与练习,?,1.用R1寄存器的最低字节替换掉R2寄存器的最低字节，并不影响条件标志位？,BYTE0,BYTE0,思考与练习,?,1.用R1寄存器的最低字节替换掉R2寄存器的最低字节，并不影响条件标志位？AND R1，R1，#0 x000000FFAND R2，R2，#0 xFFFFFF00ORR R2，R2，R1,3.2 指令集介绍,比较指令,比较指令将两个数值进行的特定运算，根据运算结果影响CPSR的相关标志位，用于后面程序的条件执行，但是运算结果不予保

29、存。,3.2 指令集介绍,比较指令,OpCode,3.2 指令集介绍,比较指令,应用示例：CMPR3,R1;R3减R1并影响标志位,无符号小于,3.2 指令集介绍,比较指令,应用示例：TSTR3,#0 x02;测试R3的第2位并影响标志位,为1,3.2 指令集介绍,比较指令,应用示例：TEQR3,R2;R3与R2是否相等并影响标志位,不等,与CMP的区别在于TEQ不影响C和V位，也就是只能判断是否相等，而不能判断是否大于，或小于。,ARM指令种类,1.存储器访问指令2.数据处理指令3.乘法指令4.ARM分支指令5.协处理器指令6.杂项指令7.伪指令,3.2 指令集介绍,ARM指令集乘法指令,A

30、RM7TDMI具有三种乘法指令，分别为：3232位乘法指令；32 32位乘加指令；32 32位结果为64位的乘/乘加指令。,3.2 指令集介绍,ARM指令集乘法指令,3.2 指令集介绍,ARM指令集3232位乘法指令,3.2 指令集介绍,应用示例：MULR3,R2,R1;R3=R2R1,ARM指令集3232位乘法指令,0 x00000010,3.2 指令集介绍,ARM指令集3232位乘加法指令,3.2 指令集介绍,应用示例：MLAR3,R2,R1,R0;R3=R2R1+R0,ARM指令集3232位乘加法指令,0 x00000010,0 x00000015,ARM指令种类,1.存储器访问指令2.

31、数据处理指令3.乘法指令4.ARM分支指令5.协处理器指令6.杂项指令7.伪指令,3.2 指令集介绍,ARM指令集程序如何跳转,在ARM中有两种方式可以实现程序的跳转：1.直接向PC寄存器赋值实现跳转；例：MOV PC,R142.使用分支指令直接跳转。,3.2 指令集介绍,ARM指令集,分支指令,3.2 指令集介绍,ARM指令集,分支指令,OpCode 跳转目标,ARM指令分支指令,B/BL指令编码格式,因为用来表示目标地址的位数有限，所以B/BL指令无法实现4G（32位）范围内的任意跳转,3.2 指令集介绍,B指令为简单的跳转指令，不附带其它功能。跳转范围限制在当前指令的32M字节地址内(A

32、RM指令为字对齐，最低2位地址固定为0)。,ARM指令集,分支指令,“B”,ARM指令分支指令,带链接的分支指令BL指令除了具有跳转功能，还能在跳转之前将下一条指令的地址拷贝到R14(即LR)链接寄存器中，它适用于子程序调用。跳转范围限制在当前指令的32M字节地址内。指令格式如下：,Addr1,Addr2,1.当程序执行到BL跳转指令时，硬件将下一条指令的地址Addr2装入LR寄存器，并把跳转地址装入程序计数器（PC）,2.程序跳转到目标地址Label继续执行，当子程序执行结束后，将LR寄存器内容存入PC，返回调用函数继续执行,“BL”,例如：BL DelayNS;调用子程序DelayNS,A

33、RM指令分支指令,带状态切换的分支指令BX指令除了具有跳转功能，还能在跳转的同时切换处理器状态。其跳转范围不受限制。指令格式如下：,“BX”,ARM指令分支指令,带状态切换的分支指令BX指令除了具有跳转功能，还能在跳转的同时切换处理器状态。其跳转范围不受限制。指令格式如下：,“BX”,例如：ADRLR0,T_Fun+1;将Thumb程序的入口地址加1存入R0BXR0;跳转到R0指定的地址，;并根据R0的最低位来切换处理器状态,ARM指令种类,1.存储器访问指令2.数据处理指令3.乘法指令4.ARM分支指令5.协处理器指令6.杂项指令7.伪指令,3.2 指令集介绍,ARM指令集协处理器指令,AR

34、M内核支持协处理器操作，协处理器的控制要通过协处理器命令实现。,ARM内核与协处理器的关系,ARM指令协处理器指令,ARM指令种类,1.存储器访问指令2.数据处理指令3.乘法指令4.ARM分支指令5.协处理器指令6.杂项指令7.伪指令,在ARM指令集中杂项指令共有3条，它们非常重要，特别是与操作系统的使用息息相关：1.软件中断产生指令：SWI2.程序状态寄存器读指令：MRS3.程序状态寄存器写指令：MSR,3.2 指令集介绍,ARM指令集杂项指令,3.2 指令集介绍,ARM指令集软中断指令,SWI指令用于产生软中断，主要用于用户程序调用操作系统的系统服务。执行该指令后，处理器将完成以下动作：1

35、.切换到管理模式2.将CPSR备份到管理模式下的SPSR寄存器3.程序跳转到软件中断入口,“SWI”,1.使用操作系统后，为了防止出错的任务影响其它任务的执行，通常将任务放在用户模式执行，以限制其权限；,2.对于一些重要的操作，如中断的开关，必须由操作系统完成。使用软件中断指令即可完成系统功能调用；,ARM杂项指令软中断指令,3.2 指令集介绍,ARM指令集软中断指令,SWI指令格式如下所示：,“SWI”,ARM杂项指令软中断指令,根据SWI指令传递的参数SWI异常处理程序可以作出相应的处理。SWI指令传递参数有以下两种方法，指令中的24位立即数指定了用户请求的服务类型，参数通过通用寄存器传递

36、。MOV R0,#34;设置子功能号为34 SWI 12;调用12号软中断 指令中的24位立即数被忽略，用户请求的服务类型由寄存器R0的值决定，参数通过其它的通用寄存器传递。MOV R0,#12;调用12号软中断 MOV R1,#34;设置子功能号为34 SWI 0,ARM杂项指令软中断指令,在SWI异常中断处理程序中，取出SWI指令中立即数的步骤为：首先确定引起软中断的SWI指令是ARM指令还是Thumb指令，这可通过对SPSR访问得到；然后取得该SWI指令的地址，这可通过访问LR寄存器得到；接着读出该SWI指令，分解出立即数。,SWI_Handler STMFD SP!,R0-R3,R12

37、,LR;现场保护 MRS R0,SPSR;读取SPSR STMFD SP!,R0;保存SPSR TST R0,#0 x20;测试T标志位 LDRNEH R0,LR,#-2;若是Thumb指令，读取指令码(16位)BICNE R0,R0,#0 xFF00;取得Thumb指令的8位立即数 LDREQ R0,LR,#-4;若是ARM指令，读取指令码(32位)BICEQ R0,R0,#0 xFF000000;取得ARM指令的24位立即数.LDMFD SP!,R0-R3,R12,PC;SWI异常中断返回,3.2 指令集介绍,ARM指令集状态寄存器读指令,在ARM处理器中，只有MRS指令可以对状态寄存器C

38、PSR和SPSR进行读操作。通过读CPSR可以了解当前处理器的工作状态。读SPSR寄存器可以了解到进入异常前的处理器状态。指令格式如下所示：,“MRS”,3.2 指令集介绍,ARM指令集状态寄存器读指令,应用示例：MRS R1,CPSR;读取CPSR状态寄存器到R1 MRS R2,SPSR;读取SPSR状态寄存器到R2,“MRS”,ARM杂项指令状态寄存器写指令,在ARM处理器中，只有MSR指令可以对状态寄存器CPSR和SPSR进行写操作。与MRS配合使用，可以实现对CPSR或SPSR寄存器的读-修改-写操作，可以切换处理器模式等操作。,“MSR”,3.2 指令集介绍,ARM指令集状态寄存器写

39、指令,示例，将R0的内容写入CPSR寄存器的控制位域MSR CPSR_c,R0,“MSR”,Byte0,ARM杂项指令状态寄存器写指令,“MSR”,启动代码堆栈初始化应用示例：INITSTACKMOV R0,LR;设置管理模式堆栈MSR CPSR_C,#0 xD3LDR SP,StackSvc;设置中断模式堆栈MSR CPSR_C,#0 xD2LDR SP,StackIrq.,MSR CPSR_C,#0 xD3,CPRS寄存器,ARM杂项指令状态寄存器写指令,“MSR”,启动代码堆栈初始化应用示例：INITSTACKMOV R0,LR;设置管理模式堆栈MSR CPSR_C,#0 xD3LDR

40、SP,StackSvc;设置中断模式堆栈MSR CPSR_C,#0 xD2LDR SP,StackIrq.,MSR CPSR_C,#0 xD2,CPRS寄存器,思考与练习,?,1.使用MSR和MRS指令，通过修改CPSR寄存器，实现打开/关闭IRQ中断的两个子程序，注意不能影响其它位？,(1),(2),(3),(4),;子程序：使能IRQ中断Enable_IRQ MRS R0,CPSR BIC R0,R0,#0 x80 MSR CPSR_c,R0 MOV PC,LR,;子程序：禁能IRQ中断Disable_IRQ MRS R0 CPSR ORR R0,R0,#0 x80 MSR CPSR_c,

41、R0 MOV PC,LR,1.将CPSR寄存器内容读出到R0；,2.修改对应于CPSR中的I控制位；,3.将修改后的值写回 CPSR寄存器的对应控制域；,4.返回上一层函数；,思考与练习,?,ARM指令种类,1.存储器访问指令2.数据处理指令3.乘法指令4.ARM分支指令5.协处理器指令6.杂项指令7.伪指令,3.2 指令集介绍,ARM伪指令,ARM伪指令不属于ARM指令集中的指令，是为了编程方便而定义的。伪指令可以像其它ARM指令一样使用，但在编译时这些指令将被等效的ARM指令代替。,3.2 指令集介绍,ARM伪指令,ARM伪指令有四条：1.小范围地址读取指令：ADR2.中等范围地址读取指令

42、：ADRL3.大等范围地址读取指令：LDR4.空操作指令：NOP,ARM伪指令小范围的地址读取,ADR伪指令将基于PC相对偏移的地址值或基于寄存器相对偏移的地址值读取到寄存器中。在汇编编译器编译源程序时，ADR伪指令被编译器替换成一条合适的指令，若不能用一条指令实现，则产生错误，编译失败。,ARM伪指令小范围的地址读取,地址表达式expr的取指范围：当地址值不是字对齐时，其取指范围为255；当地址值是字对齐时，其取指范围为1020；当地址值是16字节对齐时，其取指范围将更大。,ARM伪指令小范围的地址读取,.ADR R0,Delay.Delay MOV R0,r14.,应用示例（源程序）：,使

43、用伪指令将程序标号Delay的地址存入R0,.0 x20 ADD r0,pc,#0 x3c.0 x64 MOV r0,r14.,编译后的反汇编代码：,ARM伪指令小范围的地址读取,.ADR R0,Delay.Delay MOV R0,r14.,应用示例（源程序）：,使用伪指令将程序标号Delay的地址存入R0,.0 x20 ADD r0,pc,#0 x3c.0 x64 MOV r0,r14.,编译后的反汇编代码：,ADR伪指令被汇编成一条指令,ARM伪指令小范围的地址读取,ARM伪指令中等范围的地址读取,ADRL伪指令将基于PC相对偏移的地址值或基于寄存器相对偏移的地址值读取到寄存器中，比AD

44、R伪指令可以读取更大范围的地址。在汇编编译器编译源程序时，ADRL伪指令被编译器替换成两条合适的指令。若不能用两条指令实现，则产生错误，编译失败。,ARM伪指令中等范围的地址读取,地址表达式expr的取指范围：当地址值不是字对齐时，其取指范围为64K当地址值是字对齐时，其取指范围为256K当地址值是16字节对齐时，其取指范围将更大,ARM伪指令中等范围的地址读取,.ADRL R0,Delay.Delay MOV R0,r14.,应用示例（源程序）：,使用伪指令将程序标号Delay的地址存入R0,.0 x20 ADD r0,pc,#400 x24 ADD r0,r0,#0.0 x68 MOV r

45、0,r14.,编译后的反汇编代码：,ARM伪指令中等范围的地址读取,.ADRL R0,Delay.Delay MOV R0,r14.,应用示例（源程序）：,使用伪指令将程序标号Delay的地址存入R0,.0 x20 ADD r0,pc,#400 x24 ADD r0,r0,#0.0 x68 MOV r0,r14.,编译后的反汇编代码：,ADRL伪指令被汇编成两条指令，尽管第2条指令并没有意义,ARM伪指令大范围的地址读取,LDR伪指令用于加载32位的立即数或一个地址值到指定寄存器。在汇编编译源程序时，LDR伪指令被编译器替换成一条合适的指令。若加载的常数未超出MOV或MVN的范围，则使用MOV

46、或MVN指令代替该LDR伪指令，否则汇编器将常量放入文字池，并使用一条程序相对偏移的LDR指令从文字池读出常量。,地址表达式expr的取指范围为任意值,ARM伪指令大范围的地址读取,.LDR R0,=Delay.Delay MOV R0,r14.,应用示例（源程序）：,使用伪指令将程序标号Delay的地址存入R0,.0 x60 LDR R0,0 xb4.0 x64 MOV R0,LR.0 xb4 DCD 0 x64,编译后的反汇编代码：,ARM伪指令大范围的地址读取,.LDR R0,=Delay.Delay MOV R0,r14.,应用示例（源程序）：,.0 x60 LDR R0,0 xb4.

47、0 x64 MOV R0,LR.0 xb4 DCD 0 x64,编译后的反汇编代码：,LDR伪指令被汇编成一条LDR指令，并在文字池中定义了一个常量，该常量为Delay标号的地址,使用伪指令将程序标号Delay的地址存入R0,必须加入”=”,3.2 指令集介绍,NOP伪指令在汇编时将会被代替成ARM中的空操作，比如可能是“MOV R0,R0”指令等。NOP可用于延时操作。指令格式：,“NOP”,ARM伪指令空操作伪指令,思考与练习,?,1.请使用NOP伪指令、比较指令、条件跳转指令等完成一个软件延时子程序，延时长度由R0寄存器的数值控制？,思考与练习,?,1.请使用NOP伪指令、比较指令、条件

48、跳转指令等完成一个软件延时子程序，延时长度由R0寄存器的数值控制？Delay NOP;空操作 NOP NOP SUBS R0,R0,#1;循环次数减一 BNE Delay;如果循环未结束,跳转Delay继续 MOV PC,LR;子程序返回,1.ARM处理器的寻址方式 共有9种寻址方式；2.ARM指令的特点可条件执行、可选择影响标志位、具有非常灵活的第二操作数；3.ARM指令的种类，它能完成哪些功能共有7类指令，可以完成存储器访问、数据运算、程序跳转、处理器控制、以及帮助编程的伪指令等。,本章学习重点,第4章 目录,1.ARM处理器寻址方式2.指令集介绍ARM指令集Thumb指令集,3.2 指令

49、集介绍,Thumb指令,Thumb指令集可以看作是ARM指令压缩形式的子集，它是为减小代码量而提出的，具有16位的代码密度。Thumb指令体系不完整，只支持通用功能。必要时仍需要使用ARM指令，如进入异常时。,简单的Thumb程序,;功能：使用BX指令切换处理器状态AREAExample8,CODE,READONLYENTRYCODE32ARM_CODEADRR0,THUMB_CODE+1BXR0;跳转并切换处理器状态CODE16THUMB_CODEMOVR0,#10;R0=10MOVR1,#20;R1=20ADDR0,R1;R0=R0+R1B.END,在Thumb程序段之前要用CODE16声

50、明。,3.2 指令集介绍,Thumb指令集与ARM指令集的相似处,Thumb指令的格式与使用方式与ARM指令集类似，它也具有以下种类的指令：存储器访问指令数据处理指令分支指令杂项指令伪指令,3.2 指令集介绍,Thumb指令集与ARM指令集的区别,Thumb指令集较ARM指令集有如下限制：只有B指令可以条件执行，其它指令都不能条件执行；分支指令的跳转范围有更多限制；数据处理指令的操作结果必须放入其中一个；单寄存器访问指令，只能操作R0R7；LDM和STM指令可以对R0R7的任何子集进行操作；,C语言编程中声明变量的几个重要关键词,_packed 用于将一个结构体在存储器中紧凑存储 volati