ARM体系结构与编程

1、1会计学ARM体系结构与编程体系结构与编程2021-12-6ARM概述和分类ARM指令集和汇编程序设计ARM体系结构和存储系统ARM中断和异常处理第一章第一章ARM概述和分类概述和分类2021-12-6ARM简介ARM的分类ARM的命名规则基于ARM的嵌入式系统概述2021-12-6800+ 雇员雇员全球全球EnglandCambridge, Maidenhead, Sheffield, BlackburnGermanyMunichFrance Paris, Sophia AntipolisKoreaSeoulUSSeattle, Los Gatos, Walnut Creek, Austin

2、, Boston, San DiegoChinaTaiwan and ShanghaiJapanShin-Yokohama (Tokyo)2021-12-62021-12-62021-12-62021-12-6核体系结构ARM1V1ARM2V2ARM2aS，ARM3V2aARM6，ARM600，ARM610V3ARM7，ARM700，ARM710V3ARM7TDMI，ARM710T，ARM720T ARM740TV4TStrong ARM，ARM8，ARM810V4ARM9TDMI，ARM920T，ARM940TV4TARM9E-SV5TEARM10TDMI，ARM1020EV5TEARM11

3、，ARM1156T2-S，ARM1156T2F-S，ARM1176JZ-S，ARM11JZF-SV62021-12-64）Java加速器Jazelle（J变种） ARM的Jazelle技术是Java语言和先进的32位RISC芯片完美结合的产物 。5）ARM媒体功能扩展（SIMD变种）2021-12-62021-12-6基于基于ARM Architecture的版本的版本nSIMD - ARM媒体功能扩展n例如，ARMv5TxM表示ARM指令集版本为5，支持T变种，不支持M变种2021-12-6基于基于ARM Architecture版本的版本的2021-12-62021-12-6和操作2021

4、-12-6CPU高速缓存控制器CACHE主存数据数据地址2021-12-6微处理器微处理器(Micro Processor Unit, MPU) 微控制器微控制器(Micro Controller Unit, MCU) 嵌入式嵌入式DSP (Digital Signal Processor, DSP) 片上系统片上系统(System On Chip)嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，这样可以大幅度减小系统体积和功耗。为满嵌入式应用 的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作

5、温度、抗电磁干扰、可靠性等方面都做了各种增强。n 目前主要的嵌入式处理器类型有目前主要的嵌入式处理器类型有Am186/88Am186/88、386EX386EX、SC-400SC-400、PowerPCPowerPC、6800068000、MIPSMIPS、ARM/StrongARMARM/StrongARM系列等系列等2021-12-6CPU低速设备桥数据高速总线存储器高速设备键盘低速总线2021-12-6、nASB：连接高性能系统模块，在某些需高速且不必使用AHB总线的场合使用2021-12-6存储器系统寄存器高速缓存SRAM主存储器DRAM本地存储器 Flash、ROM、磁盘网络存储器

6、Flash、ROM、磁盘时钟周期01105010020000000分层结构存储器种类RAMRAM：随机存取存储器：随机存取存储器SRAMSRAM：静态随机存储器（高速存储器或：静态随机存储器（高速存储器或cachecache）不需刷新电路即能保存内部存储数据。）不需刷新电路即能保存内部存储数据。 DRAMDRAM：动态随机存储器，一般使用电容存储，需经常刷新：动态随机存储器，一般使用电容存储，需经常刷新 1 1）SRAMSRAM比比DRAMDRAM快快 2 2）SRAMSRAM比比DRAMDRAM耗电多耗电多 3 3）DRAMDRAM存储密度比存储密度比SRAMSRAM高得多高得多 4 4）D

7、RAMDRAM需要周期性刷新需要周期性刷新SDRAMSDRAM：同步动态随机存储器，是：同步动态随机存储器，是DRAMDRAM中的一种，因与处理器总线同步，故能突发式地输中的一种，因与处理器总线同步，故能突发式地输出到总线出到总线ROMROM：只读存储器：只读存储器2021-12-6 I/O寄存器 快速SRAM 大块DRAM 启动ROM启动之前 I/O寄存器 快速SRAM 大块DRAM 启动ROM启动之后2021-12-62021-12-6第二章第二章ARM体系结构和存储系统体系结构和存储系统2021-12-6流水线（pipeline）存储模式（model）寄存器2021-12-6ARM结构使

8、用单个平面的232个8位字节地址空间。字节地址按照无符号数排列，从0到2321。地址空间可以看作是包含230个32位字 ，或231个16位半字。32位地址线/数据线，支持如下数据类型：字节（byte） 8bits半字（Half word） 16bits，半字必须对齐2字节边界字（Word） 32bits，字必须对齐4字节边界2021-12-6ARMARM处理器可以将存储器中的字以下列格式存储：处理器可以将存储器中的字以下列格式存储：大端格式（大端格式（Big-endianBig-endian）: :字数据的高字节存储在字数据的高字节存储在低地址中，而低字节存储在高地址中低地址中，而低字节存储在

9、高地址中小端格式（小端格式（Little-endianLittle-endian）：与小端对齐相反，字）：与小端对齐相反，字数据的高字节存储在高地址中，低字节存储在低数据的高字节存储在高地址中，低字节存储在低地址中地址中2021-12-6 ARM结构通常希望所有的存储器访问都合理的对齐。具体来说就是字访问的地址通常是字对齐的，而半字访问使用的地址是半字对齐的。不按这种方式对齐的存储器访问称为非对齐的存储器访问。非对齐的取指不可预知结果ARM状态忽略低2位；Thumb状态忽略最低位 （忽略由存储器实现）非对齐的数据访问执行结果不可预测忽略字单元地址的低2位；忽略半字单元地址的最低位（忽略可能由处

10、理器或存储器完成）FetchDecodeExecute从存储器中读取指令解码指令寄存器读（从寄存器Bank）移位及ALU操作寄存器写（到寄存器Bank ）PCPCPC-4PC-2PC - 8PC - 4ARMThumb2021-12-6ARM处理器包含32位ARM指令集和16位Thumb指令集。因此ARM处理器有两种操作态：ARM状态：32位，这种状态下执行的是字方式的ARM指令；Thumb状态：16位，这种状态下执行半字方式的Thumb指令。注意：两个状态之间的切换并不影响处理器模式或寄存器内容。2021-12-6ARM体系结构支持7种处理器模式，分别为：用户模式、快中断模式、中断模式、管理

11、模式、中止模式、未定义模式和系统模式，如下表所示。这样的好处是可以更好的支持操作系统并提高工作效率。特权模式：除用户模式外的6种模式异常模式：除系统模式外的特权模式 2021-12-6处理器模式处理器模式说明说明备注备注 用户用户 (usr)正常程序工作模式正常程序工作模式不能直接切换到其它模式不能直接切换到其它模式 系统系统 (sys)用于支持操作系统的用于支持操作系统的特权任务等特权任务等与用户模式类似，但具有与用户模式类似，但具有可以直接切换到其它模式可以直接切换到其它模式等特权等特权 快中断快中断 (fiq)支持高速数据传输及通支持高速数据传输及通道处理道处理FIQ异常响应时进入此异常

12、响应时进入此模式模式 中断中断(irq)用于通用中断处理用于通用中断处理IRQ异常响应时进入此模异常响应时进入此模式式 管理管理(svc)操作系统保护代码操作系统保护代码系统复位和软件中断响应系统复位和软件中断响应时进入此模式时进入此模式 中止中止(abt)用于支持虚拟内存和用于支持虚拟内存和/或或存储器保护存储器保护在在ARM7TDMI没有大用处没有大用处 未定义未定义 (und)支持硬件协处理器的支持硬件协处理器的软件仿真软件仿真未定义指令异常响应时未定义指令异常响应时进入此模式进入此模式2021-12-6在ARM处理器内部有37个用户可见的寄存器：30个通用寄存器6个状态寄存器1个专用于

13、记录当前状态5个专用于记录模式切换前的状态1个程序计数器PC在不同的工作模式和处理器状态下，程序员可以访问的寄存器也不尽相同。2021-12-6寄存寄存器类器类别别寄存器在汇寄存器在汇编中的名称编中的名称各模式下实际访问的寄存器各模式下实际访问的寄存器用户用户系统系统管理管理中止中止未定义未定义中断中断快中断快中断通用通用寄存寄存器和器和程序程序计数计数器器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(F

14、P,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15CPSRCPSRSPSR无无SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq无CPSRR15R14R13R12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0用户无CPSRR15R14R13R12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0系统SPSR_svcCPSRR15R14_svcR1

15、3_svcR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0管理SPSR_abtCPSRR15R14_abtR13_abtR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0中止SPSR_undCPSRR15R14_undR13_undR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0未定义SPSR_irqCPSRR15R14_irqR13_irqR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0中断SPSR_fiqCPSRR15R14_fiqR13_fiqR12_fiqR11_fiqR10_fiqR9_fiqR8_fiqR7R6R5R4R3R2R1R0快中断AR

16、M状态各模式下可以访问的寄存器2021-12-62021-12-6Label程序A程序BR14BL Label地址A?MOV PC,LRR14(地址A)Label?1.程序A执行过程中调用程序B；操作流程2.程序跳转至标号Label，执行程序B。同时硬件将“BL Label”指令的下一条指令所在地址存入R14；3.程序B执行最后，将R14寄存器的内容放入PC，返回程序A；2021-12-6正常操作时，从R15读取的值是处理器正在取指的地址，即当前正在执行指令的地址加上8个字节（两条ARM指令的长度）。由于ARM指令总是以字为单位，所以R15寄存器的最低两位总是为0。LDR R0,PC?PCPC

17、-4PC-8正在执行正在译码正在取指流水线状态地址程序代码2021-12-6ARM内核包含1个CPSR和5个供异常处理程序使用的SPSR。CPSR反映了当前处理器的状态，其包含： 4个条件代码标志（负(N)、零(Z)、进位(C)和溢出(V) ）； 2个中断禁止位，分别控制一种类型的中断； 5个对当前处理器模式进行编码的位； 1个用于指示当前执行指令(ARM还是Thumb)的位。 2021-12-6NZCVIM0M1M2M3M4TF. . .31 30 29 28 27 26 8 7 6 5 4 3 2 1 0条件代码标志保留控制位溢出标志进位或借位扩展零负或小于IRQ禁止FIQ禁止状态位模式位

18、NZCVIM0M1M2M3M4TFCPSR寄存器的格式M4:0模式模式可见的可见的Thumb状态寄存器状态寄存器可见的可见的ARM状态寄存器状态寄存器10000用户用户R0R7,SP,LR,PC,CPSRR0R14,PC, CPSR 10001快中断快中断R0R7,SP_fiq,LR_fiq,PC,CPSR,SPSR_fiq R0R7,R8_fiqR14_fiq,PC,CPSR, SPSR_fiq 10010中断中断R0R7,SP_irq,LR_irq,PC,CPSR, SPSR_fiq R0R12,R13_irq,R14_irq,PC,CPSR, SPSR_irq 10011管理管理R0R7

19、,SP_svc,LR_svc,PC,CPSR, SPSR_svc R0R12,R13_svc,R14_svc,PC,CPSR, SPSR_svc 10111中止中止R0R7,SP_abt,LR_abt,PC,CPSR, SPSR_abt R0R12,R13_abt,R14_abt,PC,CPSR, SPSR_abt 11011未定义未定义R0R7,SP_und,LR_und,PC,CPSR, SPSR_und R0R0R12,R13_und,R14_und,R12,R13_und,R14_und,PC,CPSR,SPSR_undPC,CPSR,SPSR_und11111系统系统R0R7,SP,

20、LR,PC,CPSR R0R14,PC, CPSR CPSR模式位设置表2021-12-6每个异常模式还带有一个程序状态保存寄存器 （SPSR），它用于保存在异常事件发生之前的CPSR。CPSR和SPSR通过特殊指令进行访问。注意：如果通过程序修改CPSR寄存器中的模式位进入异常模式，那么硬件将不会把CPSR保存至SPSR中。2021-12-6第三章第三章ARM指令系统指令系统2021-12-6ARM指令集ARM汇编程序设计ARM处理器寻址2021-12-6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

21、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.块拷贝寻址；9.相对寻址。2021-12-6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 0 xAA0 x55R2R1MOV R1,R20 xAA2021-12-6 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

22、例如下： SUBSR0,R0,#1 ;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MOV R0,#0 xFF000 xFF00从代码中获得数据2021-12-6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

23、，然后和R1相 ;“与”操作，结果放入R10 x55R0R20 x01MOV R0,R2,LSL #30 x080 x08逻辑左移3位2021-12-6LSL移位操作：0LSR移位操作：0ASR移位操作：ROR移位操作：RRX移位操作：C2021-12-6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;单元的内容交换 0 x55R0R2 0 x400000000

24、 xAA0 x40000000LDR R0,R20 xAA2021-12-6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（4K）相加/减，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。寄存器间接寻址是偏移量为0的基址加偏移寻址。基址寻址指令举例如下(前索引寻址)： 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R0的值寄存 ;到保存到R1指定的存储单元 0 x55R2R3 0 x400000000 xAA0 x4000000CLDR R2

25、,R3,#0 x0C0 xAA将R3+0 x0C作为地址装载数据基址寻址指令举例如下： L D RR 0 , R 1 , # 4 ; R 0 = R 1 ， R 1 R 1 4 ;后索引基址寻址 ;ARM这种自动索引机制不消耗额外的时间LDR R0，R1,R2 ;R0=R1+R22021-12-6多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4) STMIAR0!,R2-R7,R12 ;将寄存器R2R7、R12的值保 ;存

26、到R0指向的存储, 单元中(R0自动加4)0 x40000000R1R20 x?0 x010 x400000000 x?R3R40 x?R60 x?0 x020 x030 x040 x400000040 x400000080 x4000000C存储器LDMIA R1!,R2-R4,R6 0 x010 x020 x030 x040 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

27、长：向低地址方向生长，称为递减堆栈2021-12-6栈底栈顶栈区SP堆栈存储区栈顶栈底栈区SP向下增长向上增长0 x123456780 x12345678堆栈压栈堆栈压栈2021-12-6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（压栈时先修改sp，后数据压栈；出栈时先数据出栈，后修改sp） 堆栈指针指向下一个待压入数据的空位置，称为空堆栈。 （压栈时先数据压栈，后修改sp；出栈时先修改sp，后数据出栈） 0 x123456780 x12345678栈顶SP0 x12345678栈顶SP压栈压栈2021-12-6所以可以组合出四种类型的堆栈方式：满

28、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。 2021-12-6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：STMIAR0!,R1-R7;将R1R7的数据保存到存储器中。;存储指针R0在保存第一个值之后增加，;增长方向为向上增长。STMIBR0!,R1-R7

29、;将R1R7的数据保存到存储器中。;存储指针R0在保存第一个值之前增加，;增长方向为向上增长。 2021-12-6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：BL SUBR1;调用到SUBR1子程序BEQLOOP;条件跳转到LOOP标号处.LOOPMOVR6,#1.SUBR1. 2021-12-6ARM指令小节目录1.指令格式2.数据处理指令3.条件码4.乘法指令5.ARM分支指令6.存储器访问指令7.杂项指令8.伪指令2021-12-6n ARM指令集指令格式2021-12-6 AR

30、M是三地址指令格式，指令的基本格式如下： 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；指令语法指令语法目标寄存器（目标寄存器（Rd)源寄存器源寄存器1(Rn)源寄存器源寄存器2(Rm)ADD r3,r1,r2r3r1r2例:2021-12-6ARM指令的基本格式如下： 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

31、器移位方式；2021-12-6#immed_8r常数表达式该常数必须对应8位位图，即一个8位的常数通过循环右移偶数位得到。循环右移10位0 x120 0 0 1 0 0 1 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位常数例如：ADDR1,R2,#0 x0F (0 x103)、（、（0 x104）(0 x102)2021-12-6Rm寄存器方式 在寄存器方

32、式下，操作数即为寄存器的数值。例如：SUBR1,R1,R22021-12-6Rm,shift寄存器移位方式将寄存器的移位结果作为操作数（移位操作不消耗额外的时间），但Rm值保持不变2021-12-6Rm,shift寄存器移位方式例如：ADDR1,R1,R1,LSL #3;R1=R1+R1R32021-12-6ARM指令小节目录1.指令格式2.数据处理指令3.条件码4.乘法指令5.ARM分支指令6.存储器访问指令7.杂项指令8.伪指令2021-12-6;文件名：test.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

33、 ;声明代码段Example1 ENTRY ;标识程序入口 CODE32 ;声明32位ARM指令START MOV R0,#0 ;设置参数 MOV R1,#10LOOPBLADD_SUB ;调用子程序ADD_SUB BLOOP ;跳转到LOOPADD_SUB ADDSR0,R0,R1 ;R0 = R0 + R1 MOV PC,LR ;子程序返回 END ;文件结束 2021-12-6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数据传送或算术逻辑运算指令均可选择使用S后缀，以使指令影响CP

34、SR中的标志。 2021-12-6助记符助记符说明说明操作操作条件码位置条件码位置MOV Rd,operand2MOV Rd,operand2数据传送数据传送RdRdoperand2 operand2 MOVcondSMOVcondSMVN Rd,operand2MVN Rd,operand2数据非传送数据非传送RdRd(operand2)(operand2)MVNcondSMVNcondSARM数据处理指令数据传送注：当后缀S时，这些指令根据结果更新标志N和Z，在计算Operand2时更新标志C，不影响标志V。2021-12-6助记符助记符说明说明操作操作条件码位置条件码位置ADD Rd,

35、Rn, ADD Rd, Rn, operand2operand2加法运算指令加法运算指令RdRdRn+operand2Rn+operand2ADDcondSADDcondS SUB Rd, Rn, SUB Rd, Rn, operand2operand2减法运算指令减法运算指令RdRdRn-operand2Rn-operand2SUBcondSSUBcondS RSB Rd, Rn, RSB Rd, Rn, operand2operand2逆向减法指令逆向减法指令RdRdoperand2-Rnoperand2-RnRSBcondSRSBcondS ADC Rd, Rn, ADC Rd, Rn,

36、 operand2operand2带进位加法带进位加法RdRdRn+operand2+CarryRn+operand2+CarryADCcondSADCcondS SBC Rd, Rn, SBC Rd, Rn, operand2operand2带借位减法指令带借位减法指令RdRdRn-operand2-Rn-operand2-(NOT)Carry(NOT)CarrySBCcondSSBCcondS RSC Rd, Rn, RSC Rd, Rn, operand2operand2带借位逆向减法指带借位逆向减法指令令RdRdoperand2-Rn-operand2-Rn-(NOT)Carry(NO

37、T)CarryRSCcondSRSCcondS ARM数据处理指令算术运算注：这些指令影响N，Z，C和V标志位。2021-12-6助记符助记符说明说明操作操作条件码位置条件码位置AND Rd, Rn, operand2AND Rd, Rn, operand2逻辑与操作指令逻辑与操作指令RdRdRn & operand2Rn & operand2ANDcondSANDcondSORR Rd, Rn, operand2ORR Rd, Rn, operand2逻辑或操作指令逻辑或操作指令RdRdRn | operand2Rn | operand2ORRcondSORRcondSEOR

38、 Rd, Rn, operand2EOR Rd, Rn, operand2逻辑异或操作指逻辑异或操作指令令RdRdRn operand2Rn operand2EORcondSEORcondSBIC Rd, Rn, operand2BIC Rd, Rn, operand2位清除指令位清除指令RdRdRn & (operand2)Rn & (operand2)BICcondSBICcondSARM数据处理指令逻辑运算指令注：当后缀S时，这些指令根据结果更新标志N和Z，在计算Operand2时更新标志C，不影响标志V。2021-12-6助记符助记符说明说明操作操作条件码位置条件码位置

39、CMP Rn, operand2CMP Rn, operand2比较指令比较指令标志标志N N、Z Z、C C、V VRn-Rn-operand2operand2CMPcondCMPcondCMN Rn, operand2CMN Rn, operand2负数比较指令负数比较指令标志标志n n、z z、c c、V VRn+operand2Rn+operand2CMNcondCMNcondTST Rn, operand2TST Rn, operand2位测试指令位测试指令标志标志N N、Z Z、C C、V VRn &Rn & operand2 operand2TSTcondTSTc

40、ondTEQ Rn, operand2TEQ Rn, operand2相等测试指令相等测试指令标志标志N N、Z Z、C C、V VRn Rn operand2 operand2TEQcondTEQcondARM数据处理指令比较指令注：这些指令影响N，Z，C和V标志位。如：CMN R0,1 ；测试R0的值是否为1的补码，若是z置位2021-12-6ARM指令小节目录1.指令格式2.数据处理指令3.条件码4.乘法指令5.ARM分支指令6.存储器访问指令7.杂项指令8.伪指令2021-12-6 ARM指令的基本格式如下： S , 使用条件码“cond”可以实现高效的逻辑操作(节省跳转和条件语句)，

41、提高代码效率。2021-12-6操作码操作码条件助记符条件助记符标志标志含义含义0000EQZ=1相等相等0001NEZ=0不相等不相等0010CS/HSC=1无符号数大于或等于无符号数大于或等于0011CC/LOC=0无符号数小于无符号数小于0100MIN=1负数负数0101PLN=0正数或零正数或零0110VSV=1溢出溢出0111VCV=0没有溢出没有溢出1000HIC=1,Z=0无符号数大于无符号数大于1001LSC=0,Z=1无符号数小于或等于无符号数小于或等于1010GEN=V有符号数大于或等于有符号数大于或等于 1011LTN!=V有符号数小于有符号数小于 1100GTZ=0,N

42、=V有符号数大于有符号数大于 1101LEZ=1,N!=V有符号数小于或等于有符号数小于或等于 1110AL任何任何无条件执行无条件执行 (指令默认条件指令默认条件) 1111NV任何任何从不执行从不执行(不要使用不要使用) 指令条件码表2021-12-6C代码：if(a b)a+;elseb+;对应的汇编代码：CMPR0,R1 ;R0（a）与R1（b）比较ADDHIR0,R0,#1 ;若R0R1，则R0=R0+1ADDLSR1,R1,#1 ;若R0R1，则R1=R1+1示例：2021-12-6ARM指令小节目录1.指令格式2.数据处理指令3.条件码4.乘法指令5.ARM分支指令6.存储器访问

43、指令7.杂项指令8.伪指令2021-12-6ARM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。2021-12-6助记符助记符说明说明操作操作条件码位置条件码位置MUL Rd,Rm,RsMUL Rd,Rm,Rs3232位乘法指令位乘法指令RdRdRmRm* *Rs(RdRs(RdRm)Rm)MULcondSMULcondSMLA Rd,Rm,Rs,RnMLA Rd,Rm,Rs,Rn3232位乘加指令位乘加指令RdRdRmRm* *Rs+Rn(RdRs+Rn(RdRm)Rm)MLAcondSMLAcondSUMULLRdLo,RdHi

44、,Rm,UMULLRdLo,RdHi,Rm,RsRs6464位无符号乘法指位无符号乘法指令令(RdLo,RdHi)(RdLo,RdHi)RmRm* *Rs Rs UMULLcondSUMULLcondS UMLALRdLo,RdHi,Rm,UMLALRdLo,RdHi,Rm,RsRs6464位无符号乘加指位无符号乘加指令令(RdLo,RdHi)(RdLo,RdHi)RmRm* *Rs+Rs+(RdLo,RdHi)(RdLo,RdHi)UMLALcondSUMLALcondS SMULLRdLo,RdHi,Rm,SMULLRdLo,RdHi,Rm,RsRs6464位有符号乘法指位有符号乘法指令令

45、(RdLo,RdHi)(RdLo,RdHi)RmRm* *RsRsSMULLcondSSMULLcondS SMLALRdLo,RdHi,Rm,SMLALRdLo,RdHi,Rm,RsRs6464位有符号乘加指位有符号乘加指令令(RdLo,RdHi)(RdLo,RdHi)RmRm* *Rs+Rs+(RdLo,RdHi)(RdLo,RdHi)SMLALcondSSMLALcondS ARM指令乘法指令2021-12-6ARM指令小节目录1.指令格式2.数据处理指令3.条件码4.乘法指令5.ARM分支指令6.存储器访问指令7.杂项指令8.伪指令2021-12-6在ARM中有两种方式可以实现程序的跳

46、转，一种是使用分支指令直接跳转，另一种则是直接向PC寄存器赋值实现跳转。 分支指令有以下三种：分支指令B；带链接的分支指令BL；带状态切换的分支指令BX。2021-12-6助记符助记符说明说明操作操作条件码位置条件码位置B labelB label分支指令分支指令PCPClabellabelBcondBcondBL labelBL label带链接的分支指令带链接的分支指令LRLRPC-4PC-4，PCPClabellabelBLcondBLcondBX RmBX Rm带状态切换的分支指令带状态切换的分支指令PCPCRmRm，切换处理器状态，切换处理器状态BXcondBXcondARM指令分支

47、指令2021-12-6ARM指令小节目录1.指令格式2.数据处理指令3.条件码4.乘法指令5.ARM分支指令6.存储器访问指令7.杂项指令8.伪指令2021-12-6ARM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。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。2021-12-6助记符助记符说明说明操作操作条件码位置条件码位置LDR Rd,addressing 加载字数据加载字数据RdRdaddressingaddressing，addressingaddressing索引索引LDRcondLDRcondLDRB Rd,addressing 加载无符号字节

48、数据加载无符号字节数据RdRdaddressingaddressing， addressingaddressing索引索引 LDRcondBLDRcondBLDRT Rd,addressing以用户模式加载字数以用户模式加载字数据据RdRdaddressingaddressing，addressingaddressing索引索引LDRcondTLDRcondTLDRBT Rd, addressing 以用户模式加载无符以用户模式加载无符号字节数据号字节数据RdRdaddressingaddressing，addressingaddressing索引索引LDRcondBTLDRcondBTLDR

49、H Rd, addressing 加载无符号半字数据加载无符号半字数据RdRdaddressingaddressing，addressingaddressing索引索引LDRcondHLDRcondHLDRSB Rd, addressing 加载有符号字节数据加载有符号字节数据RdRdaddressingaddressing，addressingaddressing索引索引LDRcondSBLDRcondSBLDRSH Rd, addressing加载有符号半字数据加载有符号半字数据 Rdaddressing，addressing索引索引 LDRcondSH ARM存储器访问指令单寄存器加载2

50、021-12-6助记符助记符说明说明操作操作条件码位置条件码位置STR Rd, addressing 存储字数据存储字数据addressingaddressingRdRd，addressingaddressing索引索引STRcondSTRcondSTRB Rd,addressing 存储字节数据存储字节数据addressingaddressingRdRd，addressingaddressing索引索引STRcondBSTRcondBSTRT Rd,addressing 以用户模式存储字数以用户模式存储字数据据addressingaddressingRdRd， addressingaddre

51、ssing索引索引STRcondTSTRcondTSTRBT Rd,addressing 以用户模式存储字节以用户模式存储字节数数据据addressingaddressingRdRd，addressingaddressing索引索引STRcondBTSTRcondBTSTRH Rd,addressing 存储半字数据存储半字数据addressing addressing RdRd，addressingaddressing索引索引STRcondHSTRcondHARM存储器访问指令单寄存器存储2021-12-6 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

52、存入寄存器中，STR指令用于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：ARM存储器访问指令单寄存器存储 LDRcondTRd, ;将指定地址上的字数据读入Rd STRcondTRd, ;将Rd中的字数据存入指定地址 LDRcondBTRd, ;将指定地址上的字节数据读入Rd STRcondBTRd, ;将Rd中的字节数据存入指定地址2021-12-6ARM存储器访问指令单寄存器存储变址模式变址模式数据数据基址寄存器基址寄存器示例示例回写前变回写前变址址membase+offset基址寄存器基址寄存器加上偏移加上偏移LDR r0,r1,#4!前变址前变址membase+offset不

53、变不变LDR r0,r1,#4后变址后变址membase基址寄存器加基址寄存器加上偏移上偏移LDR r0,r1,#4ARM指令集提供了几种存储器寻址的不同方式，这些方式是以下几种变址模式的组合：注：”!”表示要把计算出的地址回写到基址寄存器2021-12-6 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。 ARM存储器访问指令单寄存器存储 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 LDR

54、condH 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注意：半字数据加载，寄存器高两个字节置零 ；字节数据加载，寄存器高三个字节置零 2021-12-6 LDR和STR指令应用示例：1.加载/存储字和无符号字节指令LDRR2,R5;将R5指向地址的字数据存入R2STRR1,R0,#0 x04;将R1的数据存储到R0+0 x04地址LDRBR3,R2,#-1 ;将R2指向地址的字节数据存入R3，R2R21STRBR0,R3,-R8, ASR 2 ;R0-R3-R8/4,存储R0的最低有效字节2.加载/存储半字和有符号字节指令LDRSB R

55、1,R0,R3;将R0+R3地址上的字节数据存入R1，;高24位用符号扩展LDRH R6,R2,#2;将R2指向地址的半字数据存入R6，高16位用0扩展;读出后，R2=R2+2STRH R1,R0,#2!;将R1的半字数据保存到R0+2地址，;只修改低2字节数据，然后R0=R0+2ARM存储器访问指令单寄存器存储2021-12-6助记符助记符说明说明操作操作条件码位置条件码位置LDMmode Rn!,reglist 多寄存器多寄存器加载加载reglistreglistRn.Rn.，RnRn回写等回写等LDMcondLDMcondmodemodeSTMmode Rn!,reglist 多寄存器多

56、寄存器存储存储Rn.reglist,Rn.reglist,RnRn回写等回写等STMcondSTMcondmodemodeARM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。2021-12-6ARM存储器访问指令多寄存器存取多寄存器加载/存储指令格式如下： LDMcond Rn!,reglist STMcond Rn!,reglistcond：指令执行的条件；模式：控制地址的增长方式，一共有8种

57、模式；!：表示在操作结束后，将最后的地址写回Rn中；reglist ：表示寄存器列表，可以包含多个寄存器，它们使用“,”隔开，如R1,R2,R6-R9，寄存器由小到大排列；：可选后缀。允许在用户模式或系统模式下使用。它有以下两个功能：1）若op是LDM且寄存器列表包含R15时，那么除了正常的多寄存器传送外，还将SPSR也复制到CPSR中。这用于异常处理返回，仅在异常模式下使用。2）数据传入或传出的是用户模式下的寄存器，而不是当前模式的寄存器。2021-12-6ARM存储器访问指令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。模式模式说明说明

58、模式模式说明说明IA每次传送后地址加每次传送后地址加4FD满递减堆栈满递减堆栈IB每次传送前地址加每次传送前地址加4ED空递减堆栈空递减堆栈DA每次传送后地址减每次传送后地址减4FA满递增堆栈满递增堆栈DB每次传送前地址减每次传送前地址减4EA空递增堆栈空递增堆栈数据块传送操作数据块传送操作堆栈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 。进行堆栈操作操作时，要先设置堆栈指针（SP），然后使用堆栈寻址指令STMFD/LDMFD 、STMED/LDME

59、D、STMFA/LDMFA和STMEA/LDMEA实现堆栈操作。2021-12-6ARM存储器访问指令多寄存器存取数据块传送数据块传送存储存储堆栈操作堆栈操作压栈压栈说明说明数据块传送数据块传送加载加载堆栈操作堆栈操作出栈出栈说明说明STMDASTMED空递减空递减LDMDALDMFA满递增满递增STMIASTMEA空递增空递增LDMIALDMFD满递减满递减STMDBSTMFD满递减满递减LDMDBLDMEA空递增空递增STMIBSTMFA满递增满递增LDMIBLDMED空递减空递减;使用数据块传送指令进行堆栈操作STMDAR0!,R5-R6. . .LDMIBR0!,R5-R6;使用堆栈指

60、令进行堆栈操作STMEDR13!,R5-R6. . .LDMEDR13!,R5-R6两段代码的执行结果是一样的，但是使用堆栈指令的压栈和出栈操作编程很简单（只要前后一致即可），而使用数据块指令进行压栈和出栈操作则需要考虑空与满、加与减对应的问题。堆栈操作和数据块传送指令类似，也有4种模式，它们之间的关系如下表所示：2021-12-6助记符助记符说明说明操作操作条件码位置条件码位置SWP Rd,Rm,Rn 寄存器和存储器字数寄存器和存储器字数据据交换交换RdRdRnRn，RnRnRmRm (Rn (RnRdRd或或Rm)Rm)SWPcondSWPcondSWPB Rd,Rm,Rn 寄存器和存储器字节寄存器和存储器字节数数据交换据交换RdR