1、4.1ARM系列處理器指令集概述4.1.1 ARM/Thumb/Thumb-2指令集演進(jìn)4.1.2 ARM/Thumb/Thumb-2指令特性4.1.3 ARM匯編器基本語(yǔ)法4.1.1ARM/Thumb/Thumb-2指令集演進(jìn)1)計(jì)算機(jī)指令集分類(lèi)：(1)復(fù)雜指令集(CISC)，特點(diǎn)：每條指令的編碼長(zhǎng)度不固定，可以是8位、16位、32位甚至更長(zhǎng)。CISC(complex instruction set computer)Intel 80x86系列微處理器是典型的CISC計(jì)算機(jī)，因?yàn)橹噶罹幋a長(zhǎng)短不一，導(dǎo)致指令譯碼器結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 譯碼電路需要更多的基本邏輯單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。(2)精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)RISC，

2、特點(diǎn)：每條指令長(zhǎng)度固定16位或32位。RISC(reduced instruction set computer)為了簡(jiǎn)化指令譯碼器結(jié)構(gòu)，降低譯碼電路復(fù)雜度，從而降低處理器功耗， 提升計(jì)算機(jī)整體性能，RISC微處理器得于提出并得到快速發(fā)展，ARM系列處理器是典型的RISC指令集處理器。2)ARM7-ARM11指令集歷史原因，從ARM7TDMI開(kāi)始，形式上相對(duì)獨(dú)立的指令集：ARM處理器一直支持兩種ARM指令集（32位），處理器執(zhí)行這類(lèi)指令應(yīng)處于ARM狀態(tài)；優(yōu)點(diǎn):指令功能強(qiáng)大，效率高，一條指令可完成功能多Thumb指令集（16位），處理器執(zhí)行這類(lèi)指令應(yīng)處于Thumb狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)：代碼密度高，但性能比

3、ARM指令稍低一些ARM7TDMI的苦惱：為了兼顧性能和代碼密度需要在2套指令集間頻繁切換。ARM指令Thumb指令兩者之間的切換還是比較相當(dāng)?shù)穆闊ｔ~(yú)與熊掌不可兼得？于是ARM公司在ARMv7-M架構(gòu)上，開(kāi)發(fā)了一套指令集稱(chēng)為T(mén)HUMB-2指令集的指令集。執(zhí)行效率低代碼密度低代碼密度高執(zhí)行效率高3）ARM架構(gòu)與指令集演進(jìn)關(guān)系A(chǔ)RMv7-M支持ARM、THUMB、THUMB-2指令集M3支持Thumb-2 的一個(gè)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位指令集高效處理能力，又具有16位指令的代碼空間壓縮能力，而且還無(wú)需在32位ARM狀態(tài)

4、與16Thumb狀態(tài)間來(lái)回切換，所有Thumb2指令只能在Thumb狀態(tài)下執(zhí)行。4）Thumb-2指令集與Thumb指令集的關(guān)系Thumb-2真不愧是一個(gè)突破性的指令集。它強(qiáng)大，它易用，它輕佻，它高效。 Thumb-2是16位Thumb指令集的一個(gè)超集，在Thumb-2中， 16位指令首次與32位指令并存，結(jié)果在Thumb狀態(tài)下可以做的事情一下子豐富了許多，同樣工作需要的指令周期數(shù)也明顯下降。Cortex-M3/4支持的Thumb-2指令“子集”包括下列三部分 :(1) 32位寬指令 ：即與32位ARM指令功能相當(dāng)；(2) 16位窄指令：即16位Thumb指令；(3) 擴(kuò)展的32位Thumb-

5、2指令。16b/32b Thumb-2指令集Cortex-M3/4/7Thumb2子集16b Thumb指令集圖4-1-2 Thumb-2指令集與Thumb指令集的關(guān)系4.1.2ARM/Thumb/Thumb-2指令特性32位ARM指令（簡(jiǎn)稱(chēng)“ARM指令”）是指在經(jīng)典ARM系列處理器（ARM7、ARM9、ARM10、ARM11）在ARM狀態(tài)下執(zhí)行的指令。Thumb-2指令集中的32位寬指令（簡(jiǎn)稱(chēng)“寬指令”）是指在Cortex M3/M4處理器在Thumb狀態(tài)下的32位寬指令Cortex M3/M4處理器沒(méi)有32位ARM狀態(tài)，16/32位指令只能在Thumb狀態(tài)下執(zhí)行。ARM指令和寬指令雖然屬于

6、不同處理器，且處理器所處狀態(tài)也不同，但它們有大致相同指令格式和語(yǔ)法規(guī)則當(dāng)然也有細(xì)微差別，比如所有ARM指令，在任何地方都可加條件后綴碼， 而大多數(shù)情況下，THUMB-2指令只有在“IT指令塊”中的寬指令可帶條件后綴碼。16位Thumb指令集與32位寬指令集的區(qū)別含3大點(diǎn):(1)THUMB指令的第二操作數(shù)受到更多限制；(2)除了分支指令B有條件執(zhí)行功能外，其它THUMB指令均為無(wú)條件執(zhí)行；(3)大多數(shù)Thumb數(shù)據(jù)處理指令采用2操作數(shù)格式；更為詳細(xì)的Thumb指令集與32位寬指令的區(qū)別見(jiàn)指令介紹。4.1.3ARM匯編器基本語(yǔ)法(1)匯編語(yǔ)句格式ARM/Thumb/Thumb-2匯編語(yǔ)言的語(yǔ)句格式

7、為：匯編指令的最典型書(shū)寫(xiě)模式如下所示：標(biāo)號(hào)是可選的，如果有，它必須頂格寫(xiě)。標(biāo)號(hào)的作用是讓匯編器來(lái)計(jì)算程序轉(zhuǎn)移的地址。操作碼是指令的助記符，它的前面必須有至少一個(gè)空白符，通常使用一個(gè)“Tab”鍵來(lái)產(chǎn)生。操作碼后面往往跟隨若干個(gè)操作數(shù)，而第1 個(gè)操作數(shù)，通常都給出本指令執(zhí)行結(jié)果的存儲(chǔ)地。不同指令需要不同數(shù)目的操作數(shù)，并且對(duì)操作數(shù)的語(yǔ)法要求也可以不同。舉例來(lái)說(shuō)，立即數(shù)必須以“#”開(kāi)頭。標(biāo)號(hào)S ,；注解簡(jiǎn)單但完整的ARM匯編語(yǔ)代碼程序段還可以使用EQU 指示字來(lái)定義符號(hào)常量（僅在編譯階段有用，沒(méi)有分配存儲(chǔ)單元）NVIC_IRQ_SETEN0EQU0xE000E100NVIC_IRQ0_ENABLEEQ

8、U0x1LDR R0, =NVIC_IRQ_SETEN0;在這里的LDR 是個(gè)偽指令，；它會(huì)被匯編器轉(zhuǎn)換成 ;一條“相對(duì)PC 的加載指令”MOV R1, #NVIC_IRQ0_ENABLE; 把立即數(shù)傳送到指令中STR R1, R0; *R0=R1，執(zhí)行完此指令后;IRQ #0 被使能。VARDCD NVIC_IRQ_SETEN0注意：常數(shù)定義必須頂格寫(xiě)如果匯編器不能識(shí)別某些特殊指令的助記符，你就要“手工匯編”查出該指令的確切二進(jìn)制機(jī)器碼，然后使用DCI 編譯器指示字。例如，BKPT 指令的機(jī)器碼是0xBE00，即可以按如下格式書(shū)寫(xiě)：DCI0xBE00； 斷點(diǎn)(BKPT)，這是一條16 位指令

9、類(lèi)似地，你還可以使用DCB 來(lái)定義存儲(chǔ)在RAM/ROM中的一串字節(jié)常數(shù)允許以字符串的形式表達(dá)，還可以使用DCD 來(lái)定義一串32 位整數(shù)。它們最常被用來(lái)在代碼中書(shū)寫(xiě)表格。例如：LDR R3, =MY_NUMBER; R3= MY_NUMBERLDR R4, R3; R4= *R3LDR R0, =HELLO_TEXT; R0= HELLO_TEXTBLPrintText; 呼叫PrintText 以顯示字符串;R0 傳遞參數(shù)MY_NUMBERDCD0x12345678HELLO_TEXTDCB”Hellon”,0請(qǐng)注意：不同匯編器的指示字和語(yǔ)法都可以不同。上述示例代碼都 是按 ARM 匯編器的語(yǔ)

10、法格式寫(xiě)的。如果使用其它匯編器，最好看一看它附帶的示例代碼。（2）匯編語(yǔ)言：統(tǒng)一的匯編語(yǔ)言為了最有力地支持Thumb-2，引用了一個(gè)“統(tǒng)一匯編語(yǔ)言（UAL）”語(yǔ)法機(jī)制：對(duì)于16 位指令和32 位指令均能實(shí)現(xiàn)的一些操作（常見(jiàn)于數(shù)據(jù)處理操作），有時(shí)雖然指令的實(shí)際操作數(shù)不同，或者對(duì)立即數(shù)的長(zhǎng)度有不同的限制，但是匯編器允許開(kāi)發(fā)者以相同的語(yǔ)法格式書(shū)寫(xiě)，并且由匯編器來(lái)決定是使用16 位指令，還是使用32 位指令。Thumb 的語(yǔ)法和ARM的語(yǔ)法雖不同，但在有了UAL 之后，兩者的書(shū)寫(xiě)格式就統(tǒng)一了。ADD R0, R1 ;使用傳統(tǒng)的Thumb 語(yǔ)法 ADD R0, R0, R1 ;UAL 語(yǔ)法允許的等值寫(xiě)法

11、（R0=R0+R1）雖然引入了UAL，但是仍然允許使用傳統(tǒng)的Thumb語(yǔ)法。必須注意：如果使用傳統(tǒng)的Thumb 語(yǔ)法，有些指令會(huì)默認(rèn)地更新APSR/CPSR，即使你沒(méi)有加上S 后綴。如果使用UAL 語(yǔ)法，則必須指定S 后綴才會(huì)更新。例如：ANDR0,R1;傳統(tǒng)的Thumb語(yǔ)法ANDS R0, R0, R1 ;等值的UAL 語(yǔ)法（必須有S 后綴）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 ;匯編器將為了節(jié)省空間而使用16 位指令A(yù)DDS.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)后綴指定32 位指令。如果沒(méi)有給出后綴，匯編器會(huì)先試著32用16 位指令以縮小代碼體積，如果不行再使用32 位指令。因此，使用“.N”其實(shí)是多此一舉，不過(guò)匯編器可能仍然允許這樣 的語(yǔ)法。統(tǒng)一的匯編語(yǔ)言(UAL)實(shí)例“等價(jià)”UAL語(yǔ)法絕大多數(shù)16位指令只能訪問(wèn)R0R7；32位Thumb2 指令則無(wú)任何限制。再次重申，這是ARM公司匯編器的語(yǔ)法，其它匯編器的可能略有區(qū)別，但如果沒(méi)有給出后綴，匯編器就總是會(huì)盡量選擇更短的指令。其實(shí)在絕大多數(shù)情況下，程序是用C 寫(xiě)的，C 編譯器也會(huì)盡可能地使用短指令。當(dāng)立即數(shù)超出一定范圍時(shí)，或者32 位指令能更好地適合某個(gè)操作，將使用32 位指令。32位Thumb2指令也可以按半字對(duì)齊。（以前ARM32位指令都必須按字對(duì)齊），因此下例是允許的。例:0x1000:LDR