《ARM指令系统》PPT课件

1、ARM指令系统,1、ARM指令分类,2、基本指令格式,S,指令助记符,可选条件码； 指令执行条件,可选后缀，可根据指令结果更新CPSR条件码,Rd：目标寄存器； Rn：第一操作数寄存器,第2操作数,基本指令格式举例,LDR R0，R1 BEQ DATAEVEN ADDS R2，R1，#1 SUBNES R2，R1，#0 x20,读取R1地址上的内容，执行条件AL（总是）,条件执行分支指令，执行条件EQ， 即相等则跳转,加法指令：R2R1+1； 影响CPSR的标志位,条件执行减法： R2 R1-0 x20； 执行条件NE，影响CPSR的标志位,3、ARM 指令集 跳转指,跳转指令用于实现程序的跳

2、转，有两种方法可实现跳转: 使用专门的跳转指令; 直接向程序计数器PC 写入跳转地址值，可以实现在 4GB 的地址空间中任意跳转。 ARM 指令集中的跳转指令可以完成从目前指令向前、或向后的 32MB 的地址空间的跳转。其中，包括以下 4 个指令: B: Branch (分支) ，跳转指令 BL: Branch with Link (分支连接)，包含返回的跳转指令，也即是调用子程序 BX: Branch and Exchange Instruction Set (分支交换) ，包括状态切换的跳转指令 BLX: Branch with Link and Exchange Instruction

3、Set (分支连接交换) ，包含返回和状态切换的跳转指令,跳转指令 B,B 指令的格式为 B 条件 目的地址 B 为单纯的跳转指令，程序控制权从目前的地址转移到另地址上。 超过 32MB 范围时，可以使用 LDR 指令修改PC的 值。 BLABEL1 ; 程序将无条件跳转到; LABEL1 处执行 CMPR1, #0; 比较指令 BEQLABEL1;若Z标志位置位，则跳转到 ;LABEL1处执行 BCS LABEL2; C 置位，跳转到LABEL2处 ;并根据结果修改CPSR的内容,跳转指令 BL,BL 指令的格式为 BL 条件 目的地址 BL 除转移程序控制权外，同时也将程序顺序执行的下一个

4、地址值保存在链接寄存器（LR）中，可用于子程序的调用。 子程序距离当前 PC 的范围与指令B是一样：+ 32MB 当子程序执行完毕后，可将链接寄存器（LR）的值写回PC中，实现子程序的返回。 BLSUB1 ; 无条件调用子程序SUB1，同时将顺序执 ;行的下一地址值保存到R14中 . SUB1; 子程序入口点 . MOV PC, LR ; 子程序返回,跳转指令 BX,BX 指令的格式为 BX 条件 目的地址 BX 将寄存器 的数值复制至 PC 中，以达到转移程序控制权; 根据寄存器 的最低位 0 来变更指令集状态，0为1，则变更为THUMB 指令集状态。0 为0，则变更为 ARM 指令集状态。

5、 此指令可将程序控制权转移到 4GB范围内的任意一地址上。 CODE 32; 从此处起程序以 ARM 指令集编译 . BX R0 ; R031:1 为地址 LABEL1，R00为1，跳转到 LABEL1处执行，并切换指令集状态为THUMB指令集. CODE 16 ; 指示从此处起为THUMB 指令集状态 LABEL1;LABEL1程序入口点 .,跳转指令 BLX,BLX 指令的格式为 BLX 条件 目的地址 BLX 指令从ARM 指令集跳转到指令中所指定的目的地址址，并将处理器的工作状态从ARM 状态切换到 THUMB 状态，该指令同时将顺序执行的下一地址值保存到R14中。該指令同時將 PC

6、的目前內容保存到暫存器 R14 中。 CODE32 ; 指示从此处起为ARM指令集状态 BLX R0 ; 调用子程序SUB1，R00为1，切换为THUMB 指令接 CODE 16 ; 指示从此处起为 THUMB 指令集状态 SUB1 ; SUB1 的程序入口点 BX R14,数据处理指令,数据处理指令可分为数据传送指令、算术逻辑运算指令和比较指令。 数据传送指令: 用于寄存器和存储器之间进行数据的双向传输； 算术逻辑运算指令: 完成常用的算术与逻辑运算,该类指令不但将运算结果保存在目的寄存器中，同时更新CPSR中相应的条件标志位； 比較指令: 不保存运算结果，只更新 CPSR 中相应的条件标志

7、位。 数据处理指令包括算术指令（加、减），逻辑指令（AND，OR，NOT，XOR，位清除），比较测试指令，以及复制指令。,MOV 指令,MOV 指令的格式 MOV 条件 S 目的寄存器，源寄存器 MOV 指令可以完成从另一个寄存器、被移位的寄存器或将一个立即数载入到目的寄存器。其中，S 选项决定指令的操作是否影响 CPSR中条件标志位的值，当没有 S 时，指令不更新 CPSR 中条件标志位的值。 程序范例 MOV R1, R0;将寄存器R0 的值传送到寄存器 R1 MOV PC, R14;将寄存器R14 的值传送到 PC，常用于子程序返回 MOV R1, R0, LSL #3;将寄存器R0 的

8、值左移3位后传送 R1,MVN 指令,MVN 指令的格式 MVN 条件 S 目的寄存器，源寄存器 MVN 指令可以完成从另一个寄存器、被移位的寄存器，或将一个立即数载入到目的寄存器。与MOV 指令不同之处是在传送之前，对源寄存器的值进行取反。其中，S 选项决定指令的操作是否影响 CPSR中条件标志位的值，当没有 S 时，指令不更新 CPSR 中条件标志位的值。 程序范例 MVN R0, #0; 将立即数0 取反相值传送到寄存器 R0 中，完成后 R0= 1,CMP 指令,CMP 指令的格式 CMP 条件 操作数1，操作数2 CMP 指令用于把一个寄存器的內容和另一个寄存器的內容，或立即数进行比

9、较。同时更新 CPSR 中条件标志位的值。 该指令进行一次減法运算，但不保存结果，只更改条件标志位。 程序范例 CMP R1, R0;将寄存器R1 的值与寄存器 R0 的值相减，并根据结果设定 CPSR 的标志位 CMP R1, #100;将寄存器 R1 的值与立即数100相减，并根据结果设定 CPSR 的标志位,CMN 指令,CMN 指令的格式 CMN 条件 操作数1，操作数2 CMN指令用于把一个寄存器的內容和另一个寄存器的內容，或立即数进行比较。同时更新 CPSR 中条件标志位的值。 该指令实际完成操作数1与操作数2相加，并根据结果更改CPSR中的条件标志位。更改條件旗標位元。 程序范例

10、 CMN R1, R0;将寄存器R1 的值与寄存器 R0 的值相加，并根据结果设定 CPSR 的标志位 CMN R1, #100;将寄存器 R1 的值与立即数100相加，并根据结果设定 CPSR 的标志位,TST 指令,TST 指令的格式 TST 条件 操作数1，操作数2 TST 指令用于把一个寄存器的內容和另一个寄存器的內容，或立即數进行每一位的 AND 运算，并根据结果修改CPSR中的条件标志位。 操作数1是要测试的数据，而操作数2是一个位屏蔽数，该指令一般用来检测是否设定了特殊位。 程序范例 TST R1, #%1;用于测试在寄存器 R1 中是否设定了最低位元(%表示二进制数) TST

11、R1, #oxffe;将寄存器 R1 的值与立即数 0 xffe 按位AND 运算，并根据结果设定 CPSR中的条件标志位,TEQ 指令,TEQ 指令的格式 TEQ 条件 操作数1，操作数2 TEQ 指令用于把一个寄存器的內容和另一个寄存器的內容，或立即数进行每一位的 XOR 运算，并根据结果更新 CPSR 中条件标志位的值。 该指令通常用于比较操作数1和操作数2是否相等。 程序范例 TEQ R1, R2;寄存器R1 的值与寄存器 R2 的值执行XOR 运算，并根据结果来设定 CPSR 中的条件标志位,ADD 指令,ADD 指令的格式 ADD 条件 S 目的寄存器，操作数1，操作数2 ADD

12、指令用于把两个操作数相加，并将结果值存放到目的寄存器中。 操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器、被移位的寄存器，或是一个立即数 程序范例 ADD R0, R1, R2; R0 = R1 + R2 ADD R0, R1, #256; R0 = R1 + 256 ADD R0, R2, R3, LSL#1; R0 = R2 + (R3 1),ADC 指令,ADC 指令的格式 ADC 条件 S 目的寄存器，操作数1，操作数2 ADC指令用于把两个操作数相加，再加上 CPSR 中的 C 条件标志位，并将结果值存放到目的寄存器中。它使用了进位标志，可以执行比32位数还要大的数值加法。 操作数

13、1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器、被移位的寄存器，或是一个立即数 程序范例: 完成两个128位数的加法 ADDS R0, R4, R8; 加最低端的字 ADCS R1, R5, R9; 加第二个字，包含进位 ADCS R2, R6, R10;加第三个字，包含进位 ADC R3, R7, R11;加第四个字，包含进位,SUB 指令,SUB 指令的格式 SUB 条件 S 目的寄存器，操作数1，操作数2 SUB 指令用于把操作数1減去操作数2，并将结果值存放到目的寄存器中。 操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器、被移位的寄存器，或是一个立即数。 程序范例 SUB R0, R1,

14、 R2; R0 = R1 R2 SUB R0, R1, #256; R0 = R1 256 SUB R0, R2, R3, LSL#1; R0 = R2 (R3 1),SBC 指令,SBC 指令的格式 SBC 条件 S 目的寄存器，操作数1，操作数2 SBC指令用于把操作数1減去操作数2 ，再减去 CPSR 中的 C 条件标志位的反码，并结果值存放到目的寄存器中。它使用了进位标志表示借位，可以执行大于32位的减法。 操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器、被移位的寄存器，或是一个立即数。 程序范例 SUBS R0, R1, R2; R0 = R1 R2 !C，并根据结果来设定CPSR

15、 中条件标志位的值。,RSB 指令,RSB 指令的格式 RSB 条件 S 目的寄存器，操作数1，操作数2 RSB 指令称为逆向减法指令，用于把操作数2减去操作数1，并将结果值存放到目的寄存器中。 操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器、被移位的寄存器，或是一个立即数。 程序范例 RSB R0, R1, R2; R0 = R2 R1 RSB R0, R1, #256; R0 = 256 R1 RSB R0, R2, R3, LSL#1; R0 = (R3 1) R2,RSC 指令,RSC 指令的格式 RSC 条件 S 目的寄存器，操作数1，操作数2 RSC 指令用于把操作数2减去操作数

16、1，再減去 CPSR 中的 C 条件标志位的反码，并将结果值存放到目的寄存器中。它使用了进位标志表示借位，可以执行大于32位的减法。 操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器、被移位的寄存器，或是一个立即数。 程序范例: RSC R0, R1, R2; R0 = R2 R1 !C，并根据结果来设定CPSR 中条件标志位的值。,AND 指令,AND 指令的格式 AND 条件 S 目的寄存器，操作数1，操作数2 AND 指令用于在两个操作数上进行逻辑AND运算，并将结果值存放到目的寄存器中。该指令常用于屏蔽操作数1的某些位。 操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器、被移位的寄存器

17、，或是一个立即数。 程序范例: AND R0, R0, #3; 该指令保持 R0 的第0与1位，其余位清除,ORR 指令,ORR 指令的格式 ORR 条件 S 目的寄存器，操作数1，操作数2 ORR 指令用于在两个操作数上进行逻辑 OR 运算，并将结果值存放到目的寄存器中。该指令常用于设置操作数1的某些位。 操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器、被移位的寄存器，或是一个立即数 程序范例: ORR R0, R0, #3; 该指令设置 R 0 的第0与1位，其余位保持不变,EOR指令,EOR 指令的格式 EOR 条件 S 目的寄存器，操作数1，操作数2 EOR 指令用于在两个操作数上进

18、行逻辑XOR 运算，并将结果值存放到目的寄存器中。该指令常用于反转操作数1的某些位。 操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器、被移位的寄存器，或是一个立即数。 程序范例: EOR R0, R0, #3; 该指令翻转R0 的第0与1位，其余位保持不变,BIC 指令,BIC 指令的格式 BIC 条件 S 目的寄存器，操作数1，操作数2 BIC 指令用于清除操作数1的某些位，并将结果值存放到目的寄存器中。该指令常用于清除操作数1的某些位。 操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器、被移位的寄存器，或是一个立即数。 程序范例: BIC R0, R0, #%1011; 该指令清除 R0

19、 的第0、1与3位元，其余位保持不变,乘法指令与乘加指令,支持的乘法指令与乘加指令共有 6 个，可分为运算结果为 32位与 64 位等两种类型。 MUL:32 位元乘法指令 MLA: 32 位元乘加指令 SMULL 64: 64 位有符号数乘法指令 SMLAL 64: 64 位有符号数乘加指令 UMULL 64: 64 位无符号数乘法指令 UMLAL 64: 64 位无符号乘加指令,注1：与数据处理指令不同的是，指令中所有操作数与目的寄存器必须为通用寄存器，且不能对操作数使用立即数或被移位的寄存器。 注2: 目的寄存器和操作数1必须是不同的寄存器。,MUL 指令,MUL 指令的格式 MUL 条

20、件 S 目的寄存器，操作数1，操作数2 MUL 指令完成将操作数1与操作数2的乘法运算，并将结果值存放到目的寄存器中，并根据结果来更新 CPSR 中的条件标志位。 操作数1与操作数2均为 32 位的有符号数或无符号数。 程序范例: MULR0, R1, R2; R0 = R1 R2 MULS R0, R1, R2; R0 = R1 R2，同时设定 CPSR 中相应条件标志位,MLA 指令,MLA 指令的格式 MLA 条件 S 目的寄存器，操作数1，操作数2 ，操作数3 MLA 指令完成将操作数1与操作数2的乘法运算，再将乘积加上操作数3，并将结果值存放到目的寄存器中，并根据结果来更新 CPSR

21、 中的条件标志位。 操作数1、操作数2、操作数3均为 32 位的有符号数或无符号数。 程序范例: MLA R0, R1, R2, R3; R0 = R1 R2 + R3 MLAS R0, R1, R2, R3; R0 = R1 R2 + R3，同时设定 CPSR 中 相关条件标志位 MUL R1, R2, R3; R1 = R2 R3 MLAEQS R1, R2, R3, R4; R1 = R2 R3 + R4，同时设定 CPSR 中 相关条件标志位,SMULL 指令,SMULL 指令的格式 SMULL 条件 S 低目的寄存器 (RdLo)，高目的寄存器 (RdHi)，操作数1，操作数2 SM

22、ULL 指令完成将操作数1与操作数2的乘法运算，并把结果的低32位放置到 RdLo 中，结果的高32位元放置到 RdHi 中，同时可以根据运算结果来设定 CPSR 中相应的条件标志位。 操作数1与操作数2均为32位的有符号数。 程序范例: SMULL R0, R1, R2, R3; R0 = (R2 R3) 的低32位 ; R1 = (R2 R3) 的高32位,SMLAL 指令,SMLAL 指令的格式 SMLAL 条件 S 低目的寄存器 (RdLo)，高目的寄存器 (RdHi)，操作数1，操作数2 SMLAL指令完成将操作数1与操作数2的乘法运算，并把结果的低32位同目的寄存器 RdLo 的值

23、相加后又放置到 RdLo 中，结果果的高32位同目的寄存器 RdHi 的值相加后又放置到 RdHi 中，同时可以根据运算结果来设定 CPSR 中相应的条件标志位。 操作数1与操作数2均为32位的有符号数。 程序范例: SMLAL R0, R1, R2, R3; R0 = (R2 R3) 的低32位 +R0 ; R1 = (R2 R3) 的高32位 +R1,UMULL 指令,UMULL 指令的格式 UMULL 条件 S 低目的寄存器 (RdLo)，高目的寄存器 (RdHi)，操作数1，操作数2 UMULL指令完成将操作数1与操作数2的乘法运算，并把结果的低32位放置到 RdLo 中，结果的高32

24、位放置到 RdHi 中，同时可以根据运算结果来设定 CPSR 中相应的条件标志位。 操作数1与操作数2均为32位的无符号数。 程序范例: SMULL R0, R1, R2, R3; R0 = (R2 R3) 的低32位 ; R1 = (R2 R3) 的高32位,UMLAL 指令,UMLAL 指令的格式 UMLAL 条件 S 低目的寄存器 (RdLo)，高目的寄存器 (RdHi)，操作数1，操作数2 UMLAL指令完成将操作数1与操作数2的乘法运算，并把结果的低32位同目的寄存器 RdLo 的值相加后又放置到 RdLo 中，结果果的高32位同目的寄存器 RdHi 的值相加后又放置到 RdHi 中

25、，同时可以根据运算结果来设定 CPSR 中相应的条件标志位。 操作数1与操作数2均为32位的无符号数。 程序范例: UMLAL R0, R1, R2, R3; R0 = (R2 R3) 的低32位 +R0 ; R1 = (R2 R3) 的高32位 +R1,程序状态寄存器 (PSR) 存取指令,程序状态寄存器存取指令: 用于在程序状态寄存器和通用寄存器之间传送数据。 包括两种指令 MRS 存取指令: 程序状态寄存器到通用寄存器的数据传送指令 MSR 存取指令: 通用寄存器到程序状态寄存器的数据传送指令,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CPSR和SPSR进行读操作

26、。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。,MRScond Rd,psr,MRS指令格式,指令对应编码,指令执行的条件码,目标寄存器，不能为R15,区别CPSR（为0）和SPSR（为1）寄存器,MRScond Rd,psr,MRS指令格式,应用示例： MRS R1,CPSR; 将CPSR状态寄存器读取，保存到R1中 MRS R2,SPSR; 将SPSR状态寄存器读取，保存到R2中,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

27、操作，可以切换处理器模式、或者允许/禁止IRQ/FIQ中断等。,MSRcond psr_fields,#immed_8r,MSR指令格式1,MSRcond psr_fields,Rm,MSR指令格式2,指令执行的条件码,CPSR或SPSR,指定传送的区域，可以为以下字母（必须小写）的一个或者组合： c 控制域屏蔽字节(psr7.0) x 扩展域屏蔽字节(psr15.8) s 状态域屏蔽字节(psr23.16) f 标志域屏蔽字节(psr31.24),保存要传送到状态寄存器指定域数据的源寄存器,要传送到状态寄存器指定域的立即数,(1),(2),(3),(4),在ARM处理器中，只有MSR指令可以

28、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、或者允许/禁止IRQ/FIQ中断等。,应用示例1： ;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,应用示例2： ;子程序：禁能IRQ中断 DISABLE_IRQ MRS R0 CPSR ORR R0, R0,#0 x80 MSR CPSR_c,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

29、改后的值写回 CPSR寄存器的对应控制域；,4.返回上一层函数；,单寄存器加载/存储指令,ARM 处理器支持加载/存储指令，用于寄存器和存储器之间传送数据，加载指令用于将存储器的数据传送到寄存器，存储指令则完成相反的动作。 常用的加载/存储指令 LDR字数据加载指令 STR字数据存储指令 LDRB字节数据加载指令 STRB字节数据存储指令 LDRH半字数据加载指令 STRH半字数据存储指令,LDR 指令,LDR 指令的格式为: LDR 条件 目的寄存器，存储器地址 程序范例 LDR R0, R1 ;将存储器地址为R1 的字数据读到 R0 LDR R0, R1, R2;将存储器地址为R1+R2

30、的字数据读到 R0 LDR R0, R1, #8 ;将存储器地址为R1+8 的字数据读到 R0 LDR R0, R1, R2 !;将存储器地址为R1+R2 的字数据读到 R0，并将新地址R1+R2 写入 R1 LDR R0, R1, #8 !;将存储器地址为R1+8 的字数据读到 R0，并将新地址R1+8 写入 R1 LDR R0, R1, R2 ;将存储器地址为R1 的字数据读到 R0， 并将新地址R1+R2 写入R1 LDR R0, R1, R2, LSL #2 !;将存储器地址为R1+R24 的字数据读到R0，并将新地址R1+R24 写入R1 LDR R0, R1, R2, LSL #2

31、;将存储器地址为R1 的字数据读到R0，并将新地址R1+R24 写入 R1,STR 指令,STR 指令的格式为: STR 条件 源寄存器，存储器地址 程序范例 STR R0, R1, #8 ;将 R0 中的字数据写到到以 R1 +8为地址的存储器中，R1的内容不变 STR R0, R1, #8 !;将R0 中的字数据写到以 R1+8 为地址的存储器中，并将新地址R1+8 写入 R1,举例,LDR R8，R10 LDRNE R1，R5，#960！ STR R2，R9，#consta-struc LDR R1，localdata LDR R0，R1 ，R2，LSL #2 LDRB R0，R2，#3

32、 LDR R1，R0，-R2，LSL #2 STR R0， R7，# -8,R8 R10,（有条件地）R1R5+960，然后 R5R5+960,常量表达式，-40954095,加载一个字，该字位于标号Localdata所在位置,先将R1指向的内存单元的数据读入，再将R1 R1+R2x4,将R2+3中的字节数据读入R0，R0高24位置0,将R0-R2x4处的数据读到R1中， R0，R2中的值不变,将R0的数据写入到R7位置，再R7 R7-8,多寄存器存取/加载指令,LDM/STM Rn! ,编号低的寄存器在存储数据或者加载数据时对应于存储器的低地址,举例,LDMIA R1，R0，R2，R5 STMDB R1！，R3-R6，R11，R12 STMED SP！，R0-R7，LR,R0 R1 R2 R1+4 R5 R1+8,R1-4 R3 R1-8 R4 R1-12 R5 R1-16 R6 R1-20 R11 R1-24 R12 R1 R1-24,现场保存：将R0R7，LR入栈 R13 R0 R13-4 R1 。 R13 R13-36,SWP交换指令,在寄存器和存储器之间进行数据交换。使用SWP来实现信号量。 句法: SWP cond B Rd, Rm, Rn 其中：B 可选后缀。若有B，则交换字节；否则，交换32位字。 Rd ARM寄存