ARM及Thumb指令集

課程安排ARM根本尋址方式ARM指令集 Thumb指令集 v5TE體系結(jié)構(gòu)擴展存放器尋址存放器的內(nèi)容為操作數(shù)ADDR0,R1,R2R0R1+R2立即尋址操作數(shù)直接包含在指令中ADDR３,R３,＃１R３R３+１ANDR8,R7,＃0xFF１R8

R7[7:0]存放器移位尋址存放器操作數(shù)需要經(jīng)過移位后參與第一個操作數(shù)操作ADDR３,R２,R１，LSL#3R３R２+８xR１移位操作如下幾種ＬＳＲ＼ＬＳＬ〔邏輯移位〕ＡＳＲ〔算術(shù)右移〕＼ＲＯＲ〔循環(huán)右移〕ＲＲＸ〔帶C循環(huán)移位〕存放器間接尋址被指定的存放器中存放的是操作數(shù)的有效地址LDRR0,[R1]

R0

[R1]

STRR0,[R1]

R0

[R1]變址尋址基址存放器中的內(nèi)容與指令中給出的位移量(最大４K)相加，形成操作數(shù)的有效地址前索引尋址LDRR0,[R1,#4]

R0

[R1+4]帶自動索引的前索引尋址

LDRR0,[R1,#4]！R0

[R1+4]；R１R1+4后索引尋址

LDRR0,[R1］,#4

R0

[R1]；R１R1+4基址加索引尋址LDRR0,[R1,R2]

R0

[R1+R2]多存放器尋址／塊拷貝尋址一次可以傳送幾個存放器的值，允許一條指令傳送１６個存放器的任何子集LDMIAR1,{R0,R2,R5}

R0

[R1];R2[R1+4];

R5

[R1+8]堆棧尋址向上生長：－－－－遞增堆棧向下生長：－－－－遞減堆棧滿堆棧：－－－－指向最后壓入堆棧的有效數(shù)據(jù)項空堆棧：－－－－指向下一個數(shù)據(jù)項放入的空位置ARM處理器支持４種類型堆棧滿遞增空遞增滿遞減空遞減相對尋址基址尋址中用PC提供基準(zhǔn)地址，指令中的地址碼字段作為位移量BLsubr……Subr:……. MOVPC,R14課程安排ARM根本尋址方式ARM指令集 Thumb指令集 v5TE體系結(jié)構(gòu)擴展ARM指令編碼格式說明Cond指令執(zhí)行的條件編碼Opcode指令操作符編碼S決定指令的操作是否影響CPSR的值Rd操作目標(biāo)存放器編碼Rn包含第一操作數(shù)的存放器編碼Shifter_operand表示第二操作數(shù)cond001opcodesRnRdShifter_operand31 2827

2524212019 16151211870ARM指令可以通過添加適當(dāng)?shù)臈l件碼后綴來到達條件執(zhí)行的目的。這樣可以提高代碼密度，減少分支跳轉(zhuǎn)指令數(shù)目，提高性能。CMPr3,#0CMPr3,#0

BEQskipADDNEr0,r1,r2

ADDr0,r1,r2

skip默認情況下，數(shù)據(jù)處理指令不影響條件碼標(biāo)志位，但可以選擇通過添加“S〞來影響標(biāo)志位。CMP不需要增加“S〞就可改變相應(yīng)的標(biāo)志位。 loop

…

SUBSr1,r1,#1

BNEloop條件執(zhí)行及標(biāo)志位如果Z標(biāo)志清零則跳轉(zhuǎn)R1減1，并設(shè)置標(biāo)志位ConditionCodes不等于（Notequal） 無符號的大于或等于無符號的小于負數(shù)（Minus）等于（Equal）溢出（Overflow）沒溢出無符號的大于無符號的小于或大于正數(shù)或零小于（LessThan）大于（GreaterThan）小于等于總是執(zhí)行（Always）大于等于EQNECS/HSCC/LOPLVSHILSGELTGTLEALMIVCSuffix描述Z=0C=1C=0Z=1測試的標(biāo)志位N=1N=0V=1V=0C=1&Z=0C=0orZ=1N=VN!=VZ=0&N=VZ=1orN=!V下表為所有可能的條件碼：注意:AL為默認狀態(tài)，不需要單獨指出條件執(zhí)行例如一系列的指令都使用條件指令 if(a==0)func(1); CMPr0,#0

MOVEQr0,#1

BLEQfunc

置標(biāo)志位，再使用不同的條件碼 if(a==0)x=0;

if(a>0)x=1; CMPr0,#0

MOVEQr1,#0

MOVGTr1,#1

使用條件比較指令 if(a==4||a==10)x=0; CMPr0,#4

CMPNEr0,#10

MOVEQr1,#0Branch: B{<cond>}labelBranchwithLink: BL{<cond>}subroutine_label(下條指令地址送到R14)處理器把偏移量左移兩位，進行符號擴展后再與PC相加

跳轉(zhuǎn)范圍：±32Mbyte如何執(zhí)行長跳轉(zhuǎn)？2831240

Cond101L偏移量 條件碼區(qū)域Linkbit 0=Branch 1=Branchwithlink232527分支指令數(shù)據(jù)處理指令包括：算術(shù)指令： ADD ADC SUB SBC RSB RSC邏輯指令： AND ORR EOR BIC比較指令： CMP CMN TST TEQ數(shù)據(jù)搬移： MOV MVN上述指令只能對存放器操作，不能針對存儲器。

語法： <操作>{<cond>}{S}Rd,Rn,Operand2只有比較指令影響標(biāo)志位-不指定Rd數(shù)據(jù)搬移不指定Rn第二個操作數(shù)通過桶型移位器送到ALU中。桶型移位器DestinationCF0DestinationCFLSL:LogicalLeftShiftASR:ArithmeticRightShift〔無符號數(shù)〕乘2除2，并保存符號位DestinationCF...0DestinationCFLSR:LogicalShiftRightROR:RotateRight〔無符號數(shù)〕除2位循環(huán)

DestinationRRX:RotateRightExtended位輪換，從CF到MSB都參與操作CF存放器,可選擇是否增加移位操作.移位值可以是：5bit無符號整數(shù)放在另一個存放器的低字節(jié)用于常數(shù)乘法立即數(shù)8bit，大小范圍0-255。右移偶數(shù)位允許直接加載32-bit常數(shù)到存放器中。結(jié)果操作數(shù)1Barrel

Shifter操作數(shù)2ALU桶型移位器:

第二個操作數(shù)沒有任何一條ARM指令可包括一個32bit的立即數(shù)所有的ARM指令都是32bits固定長度數(shù)據(jù)處理指令格式中，第二個操作數(shù)有12位4bit移位值(0-15)乘于2，得到一個范圍在0-30，步長為2的移位值。記住一條準(zhǔn)那么：“最后8位一定要移動偶數(shù)位〞.07118immed_8Shifter

RORrotx2QuickQuiz:

0xe3a004ff

MOVr0,#???立即數(shù)(1)Examples:以下命令中，匯編器把立即數(shù)轉(zhuǎn)換為移位操作：MOVr0,#4096 ;uses0x40ror26ADDr1,r2,#0xFF0000 ;uses0xFFror16也可使用MVN來進行位反轉(zhuǎn):MOVr0,#0xFFFFFFFF ;assemblestoMVNr0,#0使用無法用上述方法生成的數(shù)據(jù)，將產(chǎn)生錯誤。031ror#0range0-0xff000000step0x01000000ror#8range0-0x000000ffstep0x00000001range0-0x000003fcstep0x00000004ror#30000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000立即數(shù)(2)為允許裝載大常數(shù)，匯編器提供了一條偽指令:LDRrd,=const它可能匯編成以下指令：MOVorMVN。 或LDR指令，從數(shù)據(jù)池〔Literalpools〕讀取常數(shù)。ForexampleLDRr0,=0xFF => MOVr0,#0xFFLDRr0,=0x55555555 => LDRr0,[PC,#Imm12]

…

…

DCD0x55555555推薦使用這種方法把常數(shù)裝入存放器。裝載32bit常數(shù)Quiz#11.寫一條ARM指令，分別完成以下操作： a)r0=16 b)r0=r1/16 (帶符號的數(shù)字) c)r1=r2*3 d)r0=-r02.下面哪些立即數(shù)是數(shù)據(jù)處理指令中有效的數(shù)據(jù)? a)0x00AB0000b)0x0000FFFFc)0xF000000F d)0x08000012e)0x00001f80f)0xFFFFFFFF3.BIC指令做什么用？4.為什么ARM處理器增加了一條RSB指令?StartStopr0=r1

?r0>r1

?r0=r0-r1r1=r1-r0YesNoYesNo你只需要使用CMP、SUB和B指令。充分使用條件執(zhí)行！

AREAmyarea,CODE ENTRY MOVr0,#n1 MOVr1,#n2start ;yourcodeherestop Bstop ENDQuiz#2程序結(jié)構(gòu)如下：完成流程圖所對應(yīng)的程序乘法語法：MUL{<cond>}{S}Rd,Rm,Rs Rd=Rm*RsMLA{<cond>}{S}Rd,Rm,Rs,Rn Rd=(Rm*Rs)+Rn[U|S]MULL{<cond>}{S} RdLo,RdHi,Rm,Rs RdHi,RdLo:=Rm*Rs[U|S]MLAL{<cond>}{S}RdLo,RdHi,Rm,Rs RdHi,RdLo:=(Rm*Rs)+RdHi,RdLo占用的周期數(shù)根本MUL指令A(yù)RM7TDMI上為2-5周期StrongARM/XScale上為1-3周期ARM9E/ARM102xE上為2周期ARM9TDMI比ARM7TDMI多1周期累加再多1周期(不針對9E，盡管結(jié)果延遲多于1周期)對于“l(fā)ong〞型數(shù)據(jù)，多1周期以上均為一般規(guī)那么，確切細節(jié)查看相應(yīng)手冊。單存放器數(shù)據(jù)傳送

LDR STR WordLDRB STRB ByteLDRH STRH HalfwordLDRSB 帶符號的byteloadLDRSH 帶符號的halfwordload存儲器系統(tǒng)必須支持所有訪問寬度語法：

LDR{<cond>}{<size>}Rd,<address>STR{<cond>}{<size>}Rd,<address>e.g.LDREQB地址訪問LDR/STR訪問的地址由基址存放器加上偏移量來產(chǎn)生。針對word和無符號byte的訪問,偏移量可以是：一個無符號12-bit立即數(shù)(如0-4095bytes).

LDRr0,[r1,#8]一個存放器，或再加上移位〔由立即數(shù)指定〕

LDRr0,[r1,r2]

LDRr0,[r1,r2,LSL#2]可以是從基址存放器上加或減去偏移量:

LDRr0,[r1,#-8]

LDRr0,[r1,-r2]

LDRr0,[r1,-r2,LSL#2]對于halfword和帶符號的halfword/byte,偏移量可以是:一個無符號8bit立即數(shù)(如0-255bytes).一個存放器(不能移位)?？蛇x擇采用pre-indexed或post-indexed方式尋址0x50x5r10x200基址

存放器0x200r00x5源存放器

forSTR偏移量120x20cr10x200原基址

存放器0x200r00x5源存放器

forSTR偏移量120x20cr10x20c更新

基址存放器通過STRr0,[r1,#12]!來自動更新基址存放器PreorPostIndexed尋址?

Pre-indexed:STRr0,[r1,#12]

Post-indexed:STRr0,[r1],#12編寫一個ARM匯編程序，累加一個隊列中的所有元素，碰上0時停止。結(jié)果放入r4。在源文件末尾按如下方式聲明隊列：

myarray

DCD0x11

DCD0x22

DCD0用r0指向隊列的入口

ADRr0,myarray

使用LDRr1,[r0],#4從隊列中裝載數(shù)據(jù)累加并放入r4循環(huán)，直到r1為0停止，進入死循環(huán)Quiz#3-Totalofarray0x2200x11r0地址增加LDM/STM指令允許一次傳送1到16個存放器到/從存儲器中。存放器傳送順序不能被指定最小數(shù)字的存放器總是被傳送到/從存儲器的最低地址上。 LDMIA r10,{r0,r1,r4}基址存放器指定存儲器訪問開始的地址

快傳送指令針對以下情況很有效：從存儲器中搬運一塊數(shù)據(jù)保存或恢復(fù)堆棧中的內(nèi)容如果是慢速存儲器，會影響中斷響應(yīng)時間塊數(shù)據(jù)傳送r1r4r0r10地址增加LDM/STM操作語法：<LDM|STM>{<cond>}<addressing_mode>Rb{!},<存放器list>4中尋址操作:LDMIA/STMIA IncrementAfter〔先操作，后增加〕LDMIB/STMIB IncrementBefore〔先增加，后操作〕LDMDA/STMDA DecrementAfter〔先操作，后遞減〕LDMDB/STMDB DecrementBefore〔先遞減，后操作〕IAr1地址增加r4r0r1r4r0r1r4r0r1r4r0r10IBDADBLDMxxr10,{r0,r1,r4}STMxxr10,{r0,r1,r4}基址存放器(Rb)存儲器塊拷貝可選項“!〞將導(dǎo)致LDM/STM指令去自動更新基址存放器后綴為IA,IB時，加上4乘以用于傳送的存放器的數(shù)目的值后綴為DA,DB時，減去4乘以用于傳送的存放器的數(shù)目的值例如:;r12指向源數(shù)據(jù)起始地址;r14指向源數(shù)據(jù)尾地址;r13指向目的數(shù)據(jù)起始地址loop LDMIA r12!,{r0-r11} ;裝載48bytes STMIA r13!,{r0-r11} ;和存儲them CMP r12,r14 ;checkfortheend BNE loop ;和loopuntildone此循環(huán)傳送48bytes占用了31周期時鐘為33MHz時傳輸速率超過50Mbytes/sec存儲器增加r13r14r12LDMFDsp!,{r4-r7,pc}SP100FF1234AOBE80341010123484209753r41r514544r60r712lr9048pc9020r4100100FFr5FF1234r61234A0BEr7A0BE8034pc8034堆棧r4100r5FFr61234r7A0BElr8034ABCD8765102E16FFFF1010123484209753存儲器頂SPSP100FF1234A0BE8034SPOldSP100FF1234A0BE8034ARM堆棧操作通過塊傳送指令來完成:STMFD

(Push) 塊存儲-FullDescendingstack[STMDB]LDMFD

(Pop) 塊裝載-FullDescendingstack[LDMIA]STMFDsp!,{r4-r7,lr}在存放器和存儲器之間，由一次存儲器讀和一次存儲器寫組成的原子操作。完成一個字節(jié)或字的交換。語法：SWP{<cond>}{B}Rd,Rm,[Rn]可用作信號量不能由armcc編譯產(chǎn)生，必須使用匯編器。RmRd321temp存儲器RnSWP軟件中斷(SWI)產(chǎn)生一個異常陷阱，跳轉(zhuǎn)到SWI硬件向量。SWI處理程序可以檢測SWI號，從而決定采取何種操作。通過SWI機制，運行在用戶模式下的應(yīng)用程序，可請求操作系統(tǒng)執(zhí)行一系列特權(quán)操作。語法：

SWI{<cond>}<SWInumber>283124270

Cond1111SWInumber(ignoredbyprocessor)23條件域PSR傳送指令MRS和MSR允許傳送CPSR/SPSR中的內(nèi)容到/從一個通用存放器中。語法：MRS{<cond>}Rd,<psr>;Rd=<psr>MSR{<cond>}<psr[_fields]>,Rm;<psr[_fields]>=Rm在這里：<psr>=CPSRorSPSR[_fields]=‘fsxc’的任意組合也允許送一個立即數(shù)到psr_fieldsMSR{<cond>}<psr_fields>,#Immediate用戶模式下，所有位均可以被讀取，但只有條件標(biāo)志位(_f)可被寫。2731NZCVQ2867IFTmode1623

815

54024fsxc

UndefinedJ協(xié)處理器指令A(yù)RM體系支持16個協(xié)處理器針對每個協(xié)處理器的指令占用ARM指令集中的固定局部如果相應(yīng)的協(xié)處理器不存在，將發(fā)生一個未定義指令異常。這有三種協(xié)處理器指令協(xié)處理器數(shù)據(jù)處理指令CDP：初始化協(xié)處理器數(shù)據(jù)處理操作協(xié)處理器存放器傳送指令MRC：從ARM存放器移到協(xié)處理器存放器MCR：從協(xié)處理器存放器移到ARM存放器協(xié)處理器存儲器傳送指令LDC：從存儲器裝載到協(xié)處理器存放器STC：從協(xié)處理器存放器存儲到存儲器Quiz#41.寫幾條ARM指令，使能IRQ中斷2.以下ARM指令將做什么? a)LDRHr0,[r1,#6] b)LDRr0,=0x9993.在裝載或存儲指令中，“!〞表示什么?4.當(dāng)執(zhí)行SWI指令時，會發(fā)生什么?5.SWP指令的優(yōu)勢是什么?課程安排

ARM指令集Thumb指令集

v5TE體系結(jié)構(gòu)擴展015310ADDSr2,r2,#1ADDr2,#132-bitARM指令16-bitThumb指令對于由編譯器產(chǎn)生的大局部指令：沒有條件執(zhí)行源、目的存放器必須相同僅能使用低存放器常數(shù)大小有限制不能使用在線移位器ThumbThumb是16-bit指令集代碼密度優(yōu)化〔總代碼大小約為ARM指令的65%〕使用窄總線存儲器時可以大大提高性能。是ARM指令集的一個子集。核存在一個執(zhí)行狀態(tài)–Thumb狀態(tài)ARM和Thumb之間切換使用BX指令使用BranchExchange

指令來完成InterworkingBXRn

;Thumb狀態(tài)下的Bx指令BX<condition>Rn

;ARM狀態(tài)下的Bx指令也可以只是執(zhí)行一個絕對跳轉(zhuǎn)，無須狀態(tài)更換。ARM/ThumbInterworkingRnBX跳轉(zhuǎn)的地址31013101ARM/Thumb選擇0-ARM狀態(tài)1-Thumb狀態(tài)0寫Thumb匯編程序Thumb不是一個“好〞指令集！最好用編譯器來產(chǎn)生約束并不一致手動編碼使用ARM指令集比較好更多細節(jié)，參看：ARM“ArchitectureReferenceManual〞ChaptersA6和A7課程安排

ARM指令集 Thumb指令集v5TE體系結(jié)構(gòu)擴展v5TE結(jié)構(gòu)v5TE體系包括全部的v4TARM和Thumb指令集，還有：增強的interwor