4 1 arm指令集概述2019 - 副本

1、4.1ARM系列处理器指令集概述4.1.1 ARM/Thumb/Thumb-2指令集演进4.1.2 ARM/Thumb/Thumb-2指令特性4.1.3 ARM汇编器基本语法4.1.1ARM/Thumb/Thumb-2指令集演进1)计算机指令集分类：(1)复杂指令集(CISC)，特点：每条指令的编码长度不固定，可以是8位、16位、32位甚至更长。CISC(complex instruction set computer)Intel 80x86系列微处理器是典型的CISC计算机，因为指令编码长短不一，导致指令译码器结构复杂， 译码电路需要更多的基本逻辑单元来实现。(2)精简指令集计算机RISC，

2、特点：每条指令长度固定16位或32位。RISC(reduced instruction set computer)为了简化指令译码器结构，降低译码电路复杂度，从而降低处理器功耗， 提升计算机整体性能，RISC微处理器得于提出并得到快速发展，ARM系列处理器是典型的RISC指令集处理器。2)ARM7-ARM11指令集历史原因，从ARM7TDMI开始，形式上相对独立的指令集：ARM处理器一直支持两种ARM指令集（32位），处理器执行这类指令应处于ARM状态；优点:指令功能强大，效率高，一条指令可完成功能多Thumb指令集（16位），处理器执行这类指令应处于Thumb状态。优点：代码密度高，但性能比

3、ARM指令稍低一些ARM7TDMI的苦恼：为了兼顾性能和代码密度需要在2套指令集间频繁切换。ARM指令Thumb指令两者之间的切换还是比较相当的麻烦。鱼与熊掌不可兼得？于是ARM公司在ARMv7-M架构上，开发了一套指令集称为THUMB-2指令集的指令集。执行效率低代码密度低代码密度高执行效率高3）ARM架构与指令集演进关系ARMv7-M支持ARM、THUMB、THUMB-2指令集M3支持Thumb-2 的一个子集，包含：所有基本的16位和32位Thumb-2指令 。16位/32位Thumb2指令集，既有32位指令集高效处理能力，又具有16位指令的代码空间压缩能力，而且还无需在32位ARM状态

4、与16Thumb状态间来回切换，所有Thumb2指令只能在Thumb状态下执行。4）Thumb-2指令集与Thumb指令集的关系Thumb-2真不愧是一个突破性的指令集。它强大，它易用，它轻佻，它高效。 Thumb-2是16位Thumb指令集的一个超集，在Thumb-2中， 16位指令首次与32位指令并存，结果在Thumb状态下可以做的事情一下子丰富了许多，同样工作需要的指令周期数也明显下降。Cortex-M3/4支持的Thumb-2指令“子集”包括下列三部分 :(1) 32位宽指令 ：即与32位ARM指令功能相当；(2) 16位窄指令：即16位Thumb指令；(3) 扩展的32位Thumb-

5、2指令。16b/32b Thumb-2指令集Cortex-M3/4/7Thumb2子集16b Thumb指令集图4-1-2 Thumb-2指令集与Thumb指令集的关系4.1.2ARM/Thumb/Thumb-2指令特性32位ARM指令（简称“ARM指令”）是指在经典ARM系列处理器（ARM7、ARM9、ARM10、ARM11）在ARM状态下执行的指令。Thumb-2指令集中的32位宽指令（简称“宽指令”）是指在Cortex M3/M4处理器在Thumb状态下的32位宽指令Cortex M3/M4处理器没有32位ARM状态，16/32位指令只能在Thumb状态下执行。ARM指令和宽指令虽然属于

6、不同处理器，且处理器所处状态也不同，但它们有大致相同指令格式和语法规则当然也有细微差别，比如所有ARM指令，在任何地方都可加条件后缀码， 而大多数情况下，THUMB-2指令只有在“IT指令块”中的宽指令可带条件后缀码。16位Thumb指令集与32位宽指令集的区别含3大点:(1)THUMB指令的第二操作数受到更多限制；(2)除了分支指令B有条件执行功能外，其它THUMB指令均为无条件执行；(3)大多数Thumb数据处理指令采用2操作数格式；更为详细的Thumb指令集与32位宽指令的区别见指令介绍。4.1.3ARM汇编器基本语法(1)汇编语句格式ARM/Thumb/Thumb-2汇编语言的语句格式

7、为：汇编指令的最典型书写模式如下所示：标号是可选的，如果有，它必须顶格写。标号的作用是让汇编器来计算程序转移的地址。操作码是指令的助记符，它的前面必须有至少一个空白符，通常使用一个“Tab”键来产生。操作码后面往往跟随若干个操作数，而第1 个操作数，通常都给出本指令执行结果的存储地。不同指令需要不同数目的操作数，并且对操作数的语法要求也可以不同。举例来说，立即数必须以“#”开头。标号S ,；注解简单但完整的ARM汇编语代码程序段还可以使用EQU 指示字来定义符号常量（仅在编译阶段有用，没有分配存储单元）NVIC_IRQ_SETEN0EQU0xE000E100NVIC_IRQ0_ENABLEEQ

8、U0x1LDR R0, =NVIC_IRQ_SETEN0;在这里的LDR 是个伪指令，；它会被汇编器转换成 ;一条“相对PC 的加载指令”MOV R1, #NVIC_IRQ0_ENABLE; 把立即数传送到指令中STR R1, R0; *R0=R1，执行完此指令后;IRQ #0 被使能。VARDCD NVIC_IRQ_SETEN0注意：常数定义必须顶格写如果汇编器不能识别某些特殊指令的助记符，你就要“手工汇编”查出该指令的确切二进制机器码，然后使用DCI 编译器指示字。例如，BKPT 指令的机器码是0xBE00，即可以按如下格式书写：DCI0xBE00； 断点(BKPT)，这是一条16 位指令

9、类似地，你还可以使用DCB 来定义存储在RAM/ROM中的一串字节常数允许以字符串的形式表达，还可以使用DCD 来定义一串32 位整数。它们最常被用来在代码中书写表格。例如：LDR R3, =MY_NUMBER; R3= MY_NUMBERLDR R4, R3; R4= *R3LDR R0, =HELLO_TEXT; R0= HELLO_TEXTBLPrintText; 呼叫PrintText 以显示字符串;R0 传递参数MY_NUMBERDCD0x12345678HELLO_TEXTDCB”Hellon”,0请注意：不同汇编器的指示字和语法都可以不同。上述示例代码都 是按 ARM 汇编器的语

10、法格式写的。如果使用其它汇编器，最好看一看它附带的示例代码。（2）汇编语言：统一的汇编语言为了最有力地支持Thumb-2，引用了一个“统一汇编语言（UAL）”语法机制：对于16 位指令和32 位指令均能实现的一些操作（常见于数据处理操作），有时虽然指令的实际操作数不同，或者对立即数的长度有不同的限制，但是汇编器允许开发者以相同的语法格式书写，并且由汇编器来决定是使用16 位指令，还是使用32 位指令。Thumb 的语法和ARM的语法虽不同，但在有了UAL 之后，两者的书写格式就统一了。ADD R0, R1 ;使用传统的Thumb 语法 ADD R0, R0, R1 ;UAL 语法允许的等值写法

11、（R0=R0+R1）虽然引入了UAL，但是仍然允许使用传统的Thumb语法。必须注意：如果使用传统的Thumb 语法，有些指令会默认地更新APSR/CPSR，即使你没有加上S 后缀。如果使用UAL 语法，则必须指定S 后缀才会更新。例如：ANDR0,R1;传统的Thumb语法ANDS R0, R0, R1 ;等值的UAL 语法（必须有S 后缀）在Thumb-2 指令集中，有些操作既可以由16 位指令完成，也可以由位指令完成。例如：ADDS R0, #1 ;汇编器将为了节省空间而使用16 位指令ADDS.N R0, #1 ;指定使用16 位指令（NNarrow） ADDS.W R0, #1 ;指

12、定使用32 位指令（W=Wide）.W(Wide)后缀指定32 位指令。如果没有给出后缀，汇编器会先试着32用16 位指令以缩小代码体积，如果不行再使用32 位指令。因此，使用“.N”其实是多此一举，不过汇编器可能仍然允许这样 的语法。统一的汇编语言(UAL)实例“等价”UAL语法绝大多数16位指令只能访问R0R7；32位Thumb2 指令则无任何限制。再次重申，这是ARM公司汇编器的语法，其它汇编器的可能略有区别，但如果没有给出后缀，汇编器就总是会尽量选择更短的指令。其实在绝大多数情况下，程序是用C 写的，C 编译器也会尽可能地使用短指令。当立即数超出一定范围时，或者32 位指令能更好地适合某个操作，将使用32 位指令。32位Thumb2指令也可以按半字对齐。（以前ARM32位指令都必须按字对齐），因此下例是允许的。例:0x1000:LDR