第三章ARM微处理器的指令系统

1、ARM 应用系统设计应用系统设计第三章第三章ARM微处理器的指令系统微处理器的指令系统佘黎煌佘黎煌东北大学信息科学与工程学院东北大学信息科学与工程学院电子信息工程研究所电子信息工程研究所q1. ARM处理器寻址方式q2. ARM指令集介绍q3. Thumb指令集ARM芯片芯片(W90P710)ARM核(ARM7)片外存储器(SRAM,SDRAM,FLASH)通用寄存器通用寄存器（37个，个，R0-R15）片内存储器片内存储器(SRAM,FLASH)特殊功能寄存器特殊功能寄存器地址线地址线数据线数据线ARM寻址部件部件,UART,LCD,I2C等等1,片内存储器和片外存储器通过统一编址进行访问片

2、内存储器和片外存储器通过统一编址进行访问,比如比如0 x30000000.2,ARM的各个部件的控制通过读写特殊功能寄存器来实现的各个部件的控制通过读写特殊功能寄存器来实现.3,ARM核用来执行核用来执行ARM的指令的指令(加加,减减,乘乘,除等除等),通用寄存器是通用寄存器是ARM核执行指核执行指令时所使用的缓存令时所使用的缓存.ARM微处理器的体系结构（1）RISC体系结构特点：体系结构特点：u在进行指令系统设计时，只选择使用频率很高的指令，在此基础上增加在进行指令系统设计时，只选择使用频率很高的指令，在此基础上增加少量能有效支持操作系统和高级语言实现以及其他功能的指令，使指令少量能有效支

3、持操作系统和高级语言实现以及其他功能的指令，使指令条数大大减少条数大大减少u采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有23种种u使用单周期指令，便于流水线操作执行使用单周期指令，便于流水线操作执行u大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/存储指存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率令可以访问存储器，以提高指令的执行效率u为提高指令执行速度，大部分指令直接采用硬件电路实现，少量采用微为提高指令执行速度，大部分指令直接采用硬件电路实现，少量采用微码实现码

4、实现 ARM微处理器的体系结构（2）ARM体系结构还采用了一些特别的技术，在保证高性能的前体系结构还采用了一些特别的技术，在保证高性能的前提下尽量缩小芯片的面积，并降低功耗。提下尽量缩小芯片的面积，并降低功耗。u大多数的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从大多数的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从而提高指令的执行效率而提高指令的执行效率u可用加载可用加载/存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率u可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理u在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行

5、效率在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率 ARM指令长度概述nARM指令长度n指令集可以是以下任一种n32 bits 长 (ARM状态)n16 bits 长 (Thumb 状态)nARM7TDMI 支持3种数据类型n字节 (8-bit)n半字 (16-bit)n字 (32-bit)n字必须被排成4个字节边界对齐,半字必须被排列成2个字节边界对齐n向后兼容：新版本增加指令，并保持指令向后兼容；nLoad-store 结构*uload/store 从存储器中读某个值,操作完后再将其放回存储器中u只对存放在寄存器的数据进行处理u对于存储器中的数据，只能使用load/store指令进行存取AR

6、M指令长度概述q1. ARM处理器寻址方式q2. ARM指令集介绍q3. Thumb指令集ARM7TDMI(-S)指令系统n简介 ARM处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

7、切换开销几乎为零。 第4章 ARM7TDMI(-S)指令系统nARM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，具有高效、快速的特点1.ARM处理器寻址方式处理器寻址方式 寻址方式是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；寄存器寻址； (2).立即寻址；立即寻址；(3).寄存器偏移寻址；寄存器偏移寻址； (4).寄存器间接寻址；寄存器间接寻址；(5).基址寻址；基址寻址； (6).多寄存器寻址；多寄存器寻址；(7).堆栈寻址；堆栈寻址； (8).块拷贝寻址

8、；块拷贝寻址；(9).相对寻址。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：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 0 xAA0 x55R2R1(1).寄存器寻址MOV R1,R20 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：立即寻址指令举例如下： SUBS R0,R0,#1

9、 ;R0减1，结果放入R0，并且影响标志位MOV R0,#0 xFF000 ;将立即数0 xFF000装入R0寄存器 0 x55R0MOV R0,#0 xFF00程序存储(2).立即寻址MOV R0,#0 xFF000 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。寄存器移位寻址指寄存器移位寻址指令举例如下：令举例如下：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

10、R1相 ;“与”操作，结果放入R10 x55R0R20 x01(3).寄存器移位寻址MOV R0,R2,LSL #30 x080 x08逻辑左移3位ARM指令的寻址方式u寄存器移位寻址寄存器移位寻址ARM集特有。集特有。第二个操作数第二个操作数先进行移位操作。先进行移位操作。ADDR3，R2，R1，LSL #3；R3R28*R1LSL：逻辑左移（：逻辑左移（Logical Shift Left）LSR：逻辑右移（：逻辑右移（Logical Shift Right）ASR：算术右移（：算术右移（Arithmetic Shift Right）ROR：循环右移（：循环右移（Rotate Right）

11、RRX：扩展为：扩展为1的循环右移（的循环右移（Rotate Right eXtended by 1 place ）0LSL0LSRASRRORRRXC寄存器移位寻址寄存器移位寻址0LSL0LSRASRRORRRXC 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。寄存器间接寄存器间接寻址指令举例如下：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 SWP R1,R1,R2;将寄存器R1的值和R2指定的存储;单元的内容交换 0 x55R0R2 0 x400000000 xAA

12、0 x40000000(4).寄存器间接寻址LDR R0,R20 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 (5).基址寻址0 x55R2R3 0 x400000000 xAA0 x4000000CLDR R2,R3,#0 x0C0 xAA将R3+0 x0C作为地址装载数据ARM指令的寻址方式u基址寻址基址寻址将基址寄存器的内容与指令中给出

13、的地址偏移量相加，形成操作数的有将基址寄存器的内容与指令中给出的地址偏移量相加，形成操作数的有效地址。基址寻址常用于访问基地址附近的存储单元。包括基址加偏移效地址。基址寻址常用于访问基地址附近的存储单元。包括基址加偏移和基址加索引寻址。和基址加索引寻址。基址加偏移前索引寻址基址加偏移前索引寻址LDR R0，R1，4；R0R14基址加偏移带自动索引的前索引寻址基址加偏移带自动索引的前索引寻址LDR R0，R1，4！ ；R0R14、R1R14基址加偏移后索引寻址基址加偏移后索引寻址LDR R0，R1，4；R0R1、R1R14基址加索引寻址基址加索引寻址LDR R0，R1，R2；R0R1R2 多寄存

14、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：多寄存器寻址指令举例如下： LDMIA R1!,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) STMIA R0!,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) 使用多寄存器寻址指令时，寄存器子集的顺序是按由小到大的顺序排列，连续的寄存器可用“”连接；否则用“，”分隔书写。(6).多寄存器寻址0 x40000000R1R20 x?0 x010 x400000000 x?R3R40 x

15、?R60 x?0 x020 x030 x040 x400000040 x400000080 x4000000C存储器LDMIA R1!,R2-R4,R6 0 x400000100 x010 x020 x030 x04 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)，指针所指向的存储单元即是堆栈的栈顶。存储器堆栈可分为两种：存储器堆栈可分为两种： 向上生长向上生长：向高地址方向生长，称为递增堆栈向下生长向下生长：向低地址方向生长，称为递减堆栈(7).堆栈寻址(7).堆栈寻址栈底栈顶栈区SP堆栈存储区栈顶

16、栈底栈区SP向下增长向上增长0 x123456780 x12345678堆栈压栈堆栈压栈栈顶SP栈顶SP栈底空堆栈栈底满堆栈 堆栈指针指向最后压入的堆栈的有效数据项，称为满堆栈满堆栈；堆栈指针指向下一个待压入数据的空位置，称为空堆栈空堆栈。 (7).堆栈寻址0 x123456780 x12345678栈顶SP0 x12345678栈顶SP压栈压栈所以可以组合出四种类型的堆栈方式：满递增满递增：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； 空递增空递增：堆栈向上增长，堆栈指针指向堆栈上的第一个空位置。指令如LDMEA、STMEA等； 满递减满递减：堆栈向下

17、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。 (7).堆栈寻址ARM指令的寻址方式STMFA r13!, r0-r3 ; Push onto a Full Ascending StackLDMFA r13!, r0-r3 ; Pop from a Full Ascending StackSTMFD r13!, r0-r3 ; Push onto a Full Descending StackLDMFD r13!, r0-r3 ; Pop from a Full Desce

18、nding StackSTMEA r13!, r0-r3 ; Push onto an Empty Ascending StackLDMEA r13!, r0-r3 ; Pop from an Empty Ascending StackSTMED r13!, r0-r3 ; Push onto Empty Descending StackLDMED r13!, r0-r3 ; Pop from an Empty Descending Stack注意注意:1.不论那时压栈过程还是出栈过程不论那时压栈过程还是出栈过程,存储器中的高地址的数据对应高编号寄存器存储器中的高地址的数据对应高编号寄存器.并

19、且与大括号中寄存器的排放顺序无关并且与大括号中寄存器的排放顺序无关F：满，E：空，A，加，D：减 0X300000000X300000040X110X220X300000080X330X3000000C0X440X300000100X550X300000140X660X300000180X770X30000000开始存放连续的字数据（开始存放连续的字数据（4个字节）个字节）SP=0 x30000010,0X3000002C0X88STMFA r13!, r0-r3 ;LDMFA r13!, r0-r3 ; STMFD r13!, r0-r3 ; LDMFD r13!, r0-r3 ; STME

20、A r13!, r0-r3 ;LDMEA r13!, r0-r3 ; STMED r13!, r0-r3 ;LDMED r13!, r0-r3 ; 注意注意:1.不论那时压栈过程还是出栈过不论那时压栈过程还是出栈过程程,存储器中的高地址的数据对存储器中的高地址的数据对应高编号寄存器且应高编号寄存器且0X990X30000020 多寄存器传送指令用于将一块数据从存储器的某一位置拷贝到另一位置。 如：STMIA R0!,R1-R7;将R1R7的数据保存到存储器中。;存储指针在保存第一个值之后增加，;增长方向为向上增长。STMIB R0!,R1-R7;将R1R7的数据保存到存储器中。;存储指针在保存

21、第一个值之前增加，;增长方向为向上增长。 (8).块拷贝寻址块拷贝寻址LDMIA R0，R1，R2，R3，R4；R1R0，R2R04，R3R08，R4R012地址增加在先（地址增加在先（IB）：）：STMIB，LDMIB地址增加在后（地址增加在后（IA）：）：STMIA，LDMIA地址减少在先（地址减少在先（DB）：）：STMDB，LDMDB地址减少在后（地址减少在后（DA）：）：STMDA，LDMDA I：IncrementD：DecrementB：BeforeA：AfterI：加，D：减，A，后，B：先 0X300000000X300000040X110X220X300000080X330

22、X3000000C0X440X300000100X550X300000140X660X300000180X770X30000000开始存放连续的字数据（开始存放连续的字数据（4个字节）个字节）R0=0 x30000010, r5=0 x01,r6=0 x02,r7=0 x030X3000002C0X88STMIA r0!, r5-r7 ;LDMIA r0!, r5-r7 ; STMIB r0!, r5-r7 ; LDMIB r0!, r5-r7 ; STMDA r0!, r5-r7 ;LDMDA r0!, r5-r7 ; STMDB r0!, r5-r7 ;LDMDB r0!, r5-r7 ;

23、 注意注意: 存储器中的高地址的数据存储器中的高地址的数据对应高编号寄存器且对应高编号寄存器且0X990X30000020 增加 之前STMIBSTMFALDMIBLDMED 之后STMIASTMEALDMIALDMFD 减少 之前LDMDBLDMEASTMDBSTMFD 之后LDMDALDMFASTMDASTMED 向上生长 向下生长 满 空 满 空 增长的方向增长的先后多寄存器传送指令映射 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：相对寻址指令举例如下：BL SUBRl ；调用

24、到SUBRl子程序 . . .SUBR1 MOV PC,R14 ；返回(9). 相对寻址n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 BLOOP ;跳转到LOOPADD_SUB ADDSR0,R0,R1 ;R0 = R0 + R1 MOVPC,LR ;子程序返回 EN

25、D ;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n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 BLOOP ;跳转到LOOPADD_SUB ADDSR0,R0,R1 ;R0 = R0 + R1 MOVPC,LR ;子程序返回 END ;文件结束 nC语

26、言调用汇编程序;文件名：function.s ;功能：实现两个寄存器相加 ;说明：使用ARMulate软件仿真调试 AREA function, CODE, READONLY ;声明代码段function ENTRY ;标识程序入口 CODE32 ;声明32位ARM指令 EXPORTmyadd ;导出函数申明，可被别的文件调用myadd ADD r0,r1,r0 ;r0=r1+r0 MOV pc,lr ;子程序返回 END ;文件结束 /文件名：main.c int myadd(int a,int b);/申明在汇编中定义的函数，函数调用时，/参数a放入r0,参数b放入r1中int main(

27、void) while(1) printf(“myadd 2 and 3 is :%dn”,myadd(2,3);/函数调用 n超过四个参数传输/文件名：main.c int myadd_c(int a,int b)return (a+b);int myadd_v5(int a,int b,int c,int d,int e,int f);/申明在汇编中定义的函数，函数调用时，/参数a放入r0,参数b放入r1中,参数c放入r2中,参数d放入r3中/参数e和f放在堆栈当中,int main(void) while(1) printf(“myadd 2 and 3 is :%dn”,myadd_v

28、5(2,3,4,5,6,7); ;文件名：function.s EXPORTmyadd_v2myadd_v2add r0,r0,r1add r0,r0,r2add r0,r0,r3ldmfd sp,r1,r2 ;从堆栈中把e 和f装入r1和r2add r0,r0,r1add r0,r0,r2mov pc,lrn汇编调用C语言程序/文件名：main.c int myadd_c(int a,int b)return (a+b);int myadd_v5(int a,int b,int c,int d,int e,int f);/申明在汇编中定义的函数，函数调用时，/参数a放入r0,参数b放入r1中

29、,参数c放入r2中,参数d放入r3中/参数e和f放在堆栈当中,int main(void) while(1) printf(“myadd 2 and 3 is :%dn”,myadd_v5(2,3,4,5,6,7); ;文件名：function.s EXPORTmyadd_v5IMPORT myadd_cmyadd_v5mov r5,lr ;保存返回地址bl myadd_c ;调用c语言函数mov r1,r2bl myadd_cmov r1,r3bl myadd_cldmfd sp,r1,r2bl myadd_cmov r1,r2bl myadd_cmov lr,r5mov pc,lr仿真调试

30、仿真调试仿真调试仿真调试仿真调试仿真调试仿真调试q1. ARM处理器寻址方式q2. ARM指令集介绍q3. Thumb指令集2. ARM指令集介绍(1).指令格式(2).条件码(3).ARM存储器访问指令(4). ARM数据处理指令(5).乘法指令(6). ARM分支指令(7).协处理器指令(8).杂项指令(9).伪指令2. ARM指令集介绍nARM7TDMI(-S)的指令集，包括ARM指令集指令集Thumb指令集指令集。n首先介绍ARM指令的基本格式及灵活的操作数，然后介绍条件码，再把ARM指令集、Thumb指令集按类分别说明。 (1). ARM指令的基本格式 S , 其中号内的项是必须的，

31、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；指令语法目标寄存器（Rd) 源寄存器1(Rn)源寄存器2(Rm)ADD r3,r1,r2r3r1r2例:cond001opcodeSRnRdShifter_operand31 2827 2524 212019 1615 1211 0LDR R0，R1 ；读取R1地址上的存储器单元内容，执行条件ALBEQ D1 ；分支指令，执行条件EQ，即相等则跳转到D1ADDS R1，R1，#1 ；加法指令，R1+1R1

32、，影响CPSR ；寄存器(S)SUBNES R1，R1，#0 x10 ；条件执行减法运算(NE)，R1 - ; 0 x10=R1，影响CPSR寄存器(S)指令格式举例如下：指令格式举例如下：(1).指令格式： 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；第第2个操作数个操作数(1).指令格式：第第2 2个操作数个操作数#immed_8r常数表达式 该常数必须对应8位位图，即一个8位的常数通过位的常数通过循环右移偶数位循环右移偶数位得到。循环右移10位0 x120 0 0 1 0 0 1

33、 00 x000 0 0 0 0 0 0 00 x000 0 0 0 0 0 0 00 x000 0 0 0 0 0 0 00 x000 0 0 0 0 0 0 00 x000 0 0 0 0 0 0 00 x801 0 0 0 0 0 0 00 x040 0 0 0 0 1 0 08位常数0 x3FC、0、0 xF0000000、200、0 xF0000001、0 xlFE、511、0 xFFFF、0 x1010、0 xF0000010。cond001opcodeSRnRdShifter_operand31 2827 2524 212019 1615 1211 0(1).指令格式：第第2个操

34、作数个操作数合法常量：0 x3FC、0、0 xF0000000、200、0 xF0000001。 非法常量 ： 0 xlFE、511、0 xFFFF、0 x1010、0 xF0000010。 #immed_8r常数表达式 常数表达式应用举例：常数表达式应用举例：MOV R0，#1 ；R01AND R1，R2，#0 x0F ；R2与0 x0F，结果保存在RlLDR R0，R1，#-4 ；读取R1地址上的存储器单元内容，且 R1 R1- 4(1).指令格式：第第2个操作数个操作数Rm寄存器方式 在寄存器方式下，操作数即为寄存器的数值。寄存器方式应用举例：SUB R1，R1，R2 ；R1-R2R1M

35、OV PC，R0 ；PC=R0，程序跳转到指定地址LDR R0，R1，-R2 ；Rl所指存储器单元 内容存人R0，且R1 = R1 - R2 (1).指令格式：第第2个操作数个操作数Rm,shift寄存器移位方式 将寄存器的移位结果作为操作数，但Rm值保持不变，移位方法如下：操作码说明操作码说明ASR #n算术右移n位ROR #n循环右移n位LSL #n逻辑左移n位RRX带扩展的循环右移1位LSR #n逻辑右移n位Type RsType为移位的一种类型，Rs为偏移量寄存器，低8位有效。(1).指令格式：第第2个操作数个操作数LSL移位操作：0LSR移位操作：0ASR移位操作：ROR移位操作：R

36、RX移位操作：C寄存器偏移方式应用举例寄存器偏移方式应用举例： ARM指令的基本格式如下：(2).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。 所有的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，将默认为无条件（AL）执行。操作码条件助记符标志含义0000EQZ=1相等0001NEZ=0不相等0010CS/HSC=1无符号数大于或等于0011CC/LOC=0无符号数小于0100MIN=1负数0101PLN=0正数或零0110VSV=1溢出0111VCV=0没有溢出1000HIC=1,Z=0无符号数大于10

37、01LSC=0,Z=1无符号数小于或等于1010GEN=V有符号数大于或等于 1011LTN!=V有符号数小于 1100GTZ=0,N=V有符号数大于 1101LEZ=1,N!=V有符号数小于或等于 1110AL任何无条件执行 (指令默认条件) 1111NV任何从不执行(不要使用) 指令条件码表(2).条件码nARM指令集条件码C代码：If(a b)a+;Elseb+;对应的汇编代码：CMPR0,R1 ;R0（a）与R1（b）比较ADDHI R0,R0,#1 ;若R0R1，则R0=R0+1ADDLS R1,R1,#1 ;若R0R1，则R1=R1+1示例：(3). ARM存储器访问指令 ARM处

38、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单寄存器操作指令和多寄寄存器操作指令存器操作指令。助记符说明操作条件码位置LDR Rd,addressing 加载字数据Rdaddressing，addressing索引LDRcondLDRB Rd,addressing 加载无符号字节数据Rdaddressing，addressing索引LDRcondBLDRT Rd,addressing

39、以用户模式加载字数据Rdaddressing，addressing索引LDRcondTLDRBT Rd, addressing 以用户模式加载无符号字节数据Rdaddressing，addressing索引LDRcondBTLDRH Rd, addressing 加载无符号半字数据Rdaddressing，addressing索引LDRcondHLDRSB Rd, addressing 加载有符号字节数据Rdaddressing，addressing索引LDRcondSBLDRSH Rd, addressing加载有符号半字数据 Rdaddressing，addressing索引 LDRcon

40、dSH (3). ARM存储器访问指令：单寄存器加载单寄存器加载助记符说明操作条件码位置STR Rd, addressing 存储字数据addressingRd，addressing索引STRcondSTRB Rd,addressing 存储字节数据addressingRd，addressing索引STRcondBSTRT Rd,addressing 以用户模式存储字数据addressingRd， addressing索引STRcondTSTRBT Rd,addressing 以用户模式存储字节数据addressingRd，addressing索引STRcondBTSTRH Rd,addres

41、sing 存储半字数据addressing Rd，addressing索引STRcondH(3). ARM存储器访问指令：单寄存器存储单寄存器存储 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。 说明：说明： 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字和无符号字节加载存储指令” “半字和有符号字节加载存储指令半字和有符号字节加载存储指令。LDR和STR字和无符号字节加载/存储指令 LDR指令用于从内存中读取单一字或字节数据存入寄存器中，STR指令用于

42、将寄存器中的单一字或字节数据保存到内存。指令格式如下：(3). ARM存储器访问指令：单寄存器存储单寄存器存储 LDRcondT Rd, ;将指定地址上的字数据读入Rd STRcondT Rd, ;将Rd中的字数据存入指定地址 LDRcondBT Rd, ;将指定地址上的字节数据读入Rd STRcondBT Rd, ;将Rd中的字节数据存入指定地址注意：注意：T为可选后缀。若指令有T，那么即使处理器是在特权模式下，存储系统也将访问看成是在用户模式下进行的。T在用户模式下无效，不能与前索引偏移一起使用T。(3). ARM存储器访问指令：单寄存器存储单寄存器存储LDR和STR字和无符号字节加载/存

43、储指令 LDR/STR指令寻址非常灵活，它由两部分组成，其中一部分为一个基址寄存器，可以为任一个通用寄存器；另一部分为一个地址偏移量。地址偏移量有以下3种格式： 立即数：立即数：立即数可以是一个无符号的数值。这个数据可以加到基址寄存器，也可以从基址寄存器中减去这个数值。 寄存器寄存器：寄存器中的数值可以加到基址寄存器，也可以从基址寄存器中减去这个数值。 寄存器及移位常数寄存器及移位常数：寄存器移位后的值可以加到基址寄存器，也可以从基址寄存器中减去这个数值。 (3). ARM存储器访问指令：单寄存器存储单寄存器存储 从寻址方式的地址计算方法分，加载/存储指令有以下4种格式： 零偏移零偏移：如：L

44、DR Rd,Rn 前索引偏移前索引偏移：如：LDR Rd,Rn,#0 x04!LDR Rd，Rn，# -0 x04程序相对偏移程序相对偏移：如：LDR Rd,labe1 后索引偏移后索引偏移：如：LDR Rd,Rn,#0 x04LDR和STR字和无符号字节加载/存储指令注意：注意： 大多数情况下，必须大多数情况下，必须保证字数据操作的地址是保证字数据操作的地址是32位对齐的。位对齐的。LDR和STR半字和有符号字节加载/存储指令 这类LDR/STR指令可加载有符号半字或字节，可加载/存储无符号半字。偏移量格式、寻址方式与加载/存储字和无符号字节指令相同。 注意：注意： 1.有符号位半字有符号位

45、半字/字节加载是指用符号位加载扩展到字节加载是指用符号位加载扩展到32位，无符号位，无符号 半字加载是指用零扩展到半字加载是指用零扩展到32位；位；2.地址对齐地址对齐半字读写的指定地址必须为偶数，否则将产生不可半字读写的指定地址必须为偶数，否则将产生不可 靠的结果。靠的结果。(3). ARM存储器访问指令：单寄存器存储单寄存器存储 LDRcondSB Rd, ;将指定地址上的有符号字节读入Rd LDRcondSH Rd, ;将指定地址上的有符号半字读入Rd LDRcondH Rd, ;将指定地址上的半字数据读入Rd STRcondH Rd, ;将Rd中的半字数据存入指定地址(3). ARM存

46、储器访问指令：单寄存器存储单寄存器存储LDR和STR半字和有符号字节加载/存储指令编码 举例如下举例如下：LDRSB R1，R0，R3 ；将R0+R3地址上的字节数据读到R1，高24位 ；用符号位扩展LDRSH R1，R9 ；将R9地址上的半字数据读出到R1，高16位用符号 ； 位扩展LDRH R6,R2，#2；将R2地址上的半字数据读出到R6，高16位用零扩 ； 展，R2=R2+2STRH R1，Ro，#2! ；将R1的数据保存到R0+2地址中，只存储低2 ；字节数据，R0=R0+2 说明：说明： LDR/STR指令用于对内存变量指令用于对内存变量的访问、内存缓冲区数据的访问、查的访问、内存

47、缓冲区数据的访问、查表、外围部件的控制操作等等。若使表、外围部件的控制操作等等。若使用用LDR指令加载数据到指令加载数据到PC寄存器，寄存器，则实现程序跳转功能，这样也就实现则实现程序跳转功能，这样也就实现了程序散转。了程序散转。 (3). ARM存储器访问指令：LDM和STM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。 指令格式如下： LDMcond Rn!,reglist STMcond Rn!,reglist多寄存器存取多寄存器存取LDM和STM的主要用途主要用途是现场

48、保护、数据复制、常数传递等(3). ARM存储器访问指令：多寄存器存取多寄存器存取 多寄存器加载/存储指令的8种模式如下表所示，右边四种为堆栈操作、左边四种为数据传送操作。模式说明模式说明IA每次传送后地址加4FD满递减堆栈IB每次传送前地址加4ED空递减堆栈DA每次传送后地址减4FA满递增堆栈DB每次传送前地址减4EA空递增堆栈数据块传送操作堆栈操作 进行数据复制时，先设置好源数据指针和目标指针，然后使用块拷贝寻址指令LDMIA/STMIA、LDMIB/STMIB、LDMDA/STMDA、LDMDB/STMDB进行读取和存储 。 进行堆栈操作时，要先设置堆栈指针（SP），然后使用堆栈寻址指令

49、STMFD/LDMFD 、STMED/LDMED、STMFA/LDMFA和STMEA/LDMEA实现堆栈操作。 指令格式中，寄存器Rn为基址寄存器，装有传送数据的初始地址，Rn不允许为R15。 后缀“!”表示最后的地址写回到Rn中。寄存器列表reglist可包含多于一个寄存器或包含寄存器范围，使用“，”分开，如R1，R2，R6-R9，寄存器按由小到大排列。 后缀“”不允许在用户模式或系统模式下使用。若在LDM指令且寄存器列表中包含有PC时使用，那么除了正常的多寄存器传送外，将SPSR也拷贝到CPSR中，这可用于异常处理返回。 使用后缀“”进行数据传送且寄存器列表不包含PC时，加载存储的是用户模

50、式的寄存器，而不是当前模式的寄存器。当Rn在寄存器列表中且使用后缀“!”时,对于STM指令,若Rn为寄存器列表中的最低数字的寄存器,则会将Rn的初值保存;其它情况下Rn的加载值和存储值不可预知。 地址对齐这些指令忽略地址位1:0。 举例如下：举例如下：LDMIA R0!，R3 - R9；加载R0指向地址上的多字数据，保存 ；到R3R9中，R0值更新STMIA R1!，R3 - R9；将R3R9的数据存储到R1指向的地址 ；上，R1值更新 STMFD SP!，R0 - R7，LR ；现场保存，将R0R7、LR人栈LDMFD SP!，R0 - R7，PC ；恢复现场，异常处理返回(3). ARM存

51、储器访问指令： 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。 指令格式如下：SWPcondB Rd,Rm,Rn 其中，B B为可选后缀，若有B，则交换字节，否则交换32位字；RdRd用于保存从存储器中读入的数据；RmRm的数据用于存储到存储器中，若Rm与Rn相同，则为寄存器与存储器内容进行交换；Rn为要进行数据交换的存储器地址，Rn不能与Rd和Rm相同。 SWPSWP指令应用示例：指令应用示例：SWPR1,R1,R0;将R1的内容与R0指向的存储单元的内容进行交换 SWPBR

52、1,R2,R0;将R0指向的存储单元内的容读取一字节数据到R1中;(高24位清零)，并将R2的内容写入到该内存单元中;(最低字节有效) 寄存器和存储器交换指令寄存器和存储器交换指令n内存0X30000000开始有80个字数据，编写程序，将其拷贝到0 x40000000的位置，nR0=0 x30000000,R1=0X40000000,R2=80n(使用LDMIA和STMIA指令，一次传送8个字数据) n MOV R0,#0X30000000n MOV R1,#0X40000000n MOV R2,#80nLOOP n LDR R3,R0,#4n STR R3,R0,#4n SUBS R2,R2

53、,#1n BNE LOOPn MOV R0,#0X30000000n MOV R1,#0X40000000n MOV R2,#80nLOOP n LDMIA R0!,R4-R11n STMIA R1!,R4-R11n SUBS R2,R2,#8n BNE LOOPnVoid data_Wcopy(int* src,int *dest,int num)nR0=src, R1=dest, R2=numdata_Wcopy MOVSR3,R2,LSR #3 ; R3中存放 拷贝数量num的8的倍数 BEQ Wordcopy STMFD SP!,R4-R11 ; 保存用到的寄存器到Copy ; 一次拷

54、贝8个字 LDMIA R0!,R4-R11 STMIA R1!,R4-R11 SUBS R3,R3,#1 BNE CopyWordcopy ANDS R2,R2,#7 ； 求R2中存放 拷贝数量num的8的余数 MOVEQ PC,LRCopyloop ;一次拷贝1个字 LDR R3,R0,#4STRR3,R1,#4 SUBS R2,R2,#1 BNE Copyloop LDMFD SP!, R4-R11 MOV PC,LR2. ARM指令集介绍(1).指令格式(2).条件码(3).ARM存储器访问指令(4). ARM数据处理指令数据处理指令(5).乘法指令(6). ARM分支指令(7).协处理

55、器指令(8).杂项指令(9).伪指令(4).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。 比较指令比较指令CMP、CMN、TST和和TEQ不需要后不需要后缀缀S，它们会直接影响状态标志。，它们会直接影响状态标志。n后缀后缀sn数据处理指令可以选择s后缀，以影响状态标志。但是比较指令（cmp、cmn、tst和teq）不需要后缀s，它们总会直接影响cpsr中的状态标志。n在数据处理指令中，除了比较指令以外，其它的指令如果带

56、有s后缀，同时又以pc为目标寄存器进行操作，则操作的同时从spsr恢复cpsr。比如：nmovs pc, #0 xff/* cpsr = spsr; pc = 0 xff */nadds pc, r1, #0 xffffff00 /* cpsr = spsr; pc = r1 + 0 xffffff00 */nands pc, r1, r2/* cpsr = spsr; pc = r1 & r2; */n如果在user或者system模式下使用带有s后缀的数据处理指令，同时以pc为目标寄存器，那么会产生不可预料的结果。因为user和system模式下没有spsr。2731N Z C V Q28

57、67I F T mode162381554024fsxc U n d e f i n e dJ操作码条件助记符标志含义0000EQZ=1相等0001NEZ=0不相等0010CS/HSC=1无符号数大于或等于0011CC/LOC=0无符号数小于0100MIN=1负数0101PLN=0正数或零0110VSV=1溢出0111VCV=0没有溢出1000HIC=1,Z=0无符号数大于1001LSC=0,Z=1无符号数小于或等于1010GEN=V有符号数大于或等于 1011LTN!=V有符号数小于 1100GTZ=0,N=V有符号数大于 1101LEZ=1,N!=V有符号数小于或等于 1110AL任何无条

58、件执行 (指令默认条件) 1111NV任何从不执行(不要使用) 指令条件码表条件nARM指令集条件码C代码：If(a b)a+;Elseb+;对应的汇编代码：CMPR0,R1 ;R0（a）与R1（b）比较ADDHI R0,R0,#1 ;若R0R1，则R0=R0+1ADDLS R1,R1,#1 ;若R0R1，则R1=R1+1示例：C代码：for(i=100;i!=0;i-)对应的汇编代码： MOV R0,#100LOOP SUBS R0,R0,#1;RO减1,影响标志位 BNE LOOP;不等于0,运行下一循环n例2：条件执行n实现类似于C语言中的if-else功能的代码段。下例的功能为求最大公

59、约数。nC语言代码为：int gcb (int a,int b) while (a!=b) if (ab) a=a-b; else b=b-a; return a; v对应的对应的ARM代码段。（代码执行前代码段。（代码执行前R0中存放中存放a，R1中存放中存放b；代码执行后；代码执行后R0中存放最大公约数。中存放最大公约数。gcb CMP R0,R1 ;比较比较a和和b的大小的大小 SUBGT R0,R0,R1 ;if(ab) a=a-b SUBLT R1,R1,R0 ;if(ba) b=b-a BNE gcb ;if(a!=b)跳转到跳转到gcb继续执行继续执行 MOV PC,LR ;子程

60、序结束，返回子程序结束，返回助记符说明操作条件码位置MOV Rd,operand2数据传送Rdoperand2 MOVcondSMVN Rd,operand2数据非传送Rd(operand2)MVNcondS(4). ARM数据处理指令： 数据传送数据传送助记符说明操作条件码位置MOV Rd,operand2MOV Rd,operand2数据传送Rdoperand2 MOVcondSMVN Rd,operand2数据非传送Rd(operand2)MVNcondS MOV指令将8位图立即数（参看“第第2 2操作数：操作数：#immed_8r#immed_8r常数表常数表达式达式”）或寄存器传送到