arm指令集基础系列.doc
- 文档编号:229632
- 上传时间:2022-10-07
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arm指令集基础系列.doc
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ARM指令和指令系统:
指令是指示计算机某种操作的命令,指令的集合称为指令系统。
指令系统的功能强弱很大程度上决定了这类计算机智能的高低,它集中地反应了微处理器的硬件功能和属性。
ARM指令在机器中的表示格式是用32位的二进制数表示。
如ARM中有一条指令为
ADDEQSR0,R1,#8;
其二进制代码形式为:
31~28 | 27~25 | 24~21 | 20 | 19~16 | 15~12 | 11~0
0000 | 001 | 0100 | 1 | 0001 | 0000 | 000000001000
cond | opcode | Rn | Rd | Op2
ARM指令格式一般如下:
格式中<>的内容是必不可少的,{}中的内容可忽略
如ADD表示算术加法
{
如EQ、NE等,缺省为AL。
{S} 决定指令的执行结果是否影响CPSR的值,使用该后缀则指令执行结果影响CPSR的值,否则不影响
寄存器和寄存器移位操作数
ARM指令后缀:
S、!
S后缀:
指令中使用S后缀时,指令执行后程序状态寄存器的条件标志位将被刷新,不使用S后缀时,指令执行后程序状态寄存器的条件标志将不会发生变化。
S后缀常用于对条件进行测试,如是否有溢出,是否进位等,根据这些变化,就可以进行一些判断,如是否大于,相等,从而影响指令执行的顺序。
!
后缀:
如果指令地址表达式中不含!
后缀,则基址寄存器中的地址值不会发生变化。
加上此后缀后,基址寄存器中的值(指令执行后)=指令执行前的值+地址偏移量
(1)!
后缀必须紧跟在地址表达式后面,而地址表达式要有明确的地址偏移量
(2)!
后缀不能用于R15(PC)的后面
(3)当用在单个地址寄存器后面时,必须确信这个寄存器有隐性的偏移量,例如“STMDBR1!
,{R3,R5,R7}”。
此时地址基址寄存器R1的隐性偏移量为4(一条指令占32位,即4个字节)
指令的条件码:
31-28位4个字节存储,共16个条件码
条件码 助记符后缀 标志 含义
0000 EQ Z置位 相等
0001 NE Z清零 不相等
0010 CS C置位 无符号数大于或等于
0011 CC C清零 无符号数小于
0100 MI N置位 负数
0101 PL N清零 正数或零
0110 VS V置位 溢出
0111 VC V清零 未溢出
1000 HI C置位Z清零 无符号数大于
1001 LS C清零Z置位 无符号数小于或等于
1010 GE N等于V 带符号数大于或等于
1011 LT N不等于V 带符号数小于
1100 GT Z清零且(N等于V) 带符号数大于
1101 LE Z置位或(N不等于V) 带符号数小于或等于
1110 AL 忽略 无条件执行
ARM指令分类:
六大类
ARM指令集可以分为数据处理指令,数据加载指令和存储指令,分支指令,程序状态寄存器(PSR)处理指令,协处理器指令和异常产生指令六大类。
ARM指令的寻址方式:
8类
ARM指令的寻址方式一般可以分为8类:
立即数寻址,寄存器寻址,寄存器间接寻址,寄存器移位寻址,基址变址寻址,多寄存器寻址,相对寻址,堆栈寻址等
举例:
MOV R0,#15 ;立即数15放入寄存器R0中
ADD R0,R1,R2 ;R0<=R1+R2
LDR R0,[R4] ;R0<=[R4](R4中存放的是一个指针变量,[]表示取改地址值指向的内容)
ADD R0,R1,R2,LSL#1 ;R0<=R1+R2(R2左移一位后的值)
MOV R0,R1,LSLR3 ;R0<=R1(R1左移R3位后)
LDR R0,[R1,#4] ;R0<=[R1+4]
LDR R0,[R1,#4]!
;R0<=[R1+4],R1<=R1+4。
同时更新基址
LDR R0,[R1],#4 ;R0<=[R1],R1<=R1+4
LDR R0,[R1,R2] ;R0<=[R1+R2]
LDMIA R0!
,{R1-R4} ;R1<=[R0]、R1<=[R0+4]、R1<=[R0+8]、R1<=[R0+12]
BL proc ;跳转到子程序proc处执行,执行完毕后返回(L标记,带返回的跳转)。
STMFD R13!
,{R0-R4} ;R0-R4压栈,FD为满栈递减,地址从高到低,R13为SP堆栈指针
LDMFD R13!
,{R0-R4} ;R0-R4出栈,FD为满栈递减
ARM寄存器数据处理指令:
1、数据处理指令机器编码格式:
31~28 |27~26 25 | 24~21 | 20 | 19~16 | 15~12 | 11~0
cond |00 I | opcode | S | Rn | Rd | Op2
cond:
指令执行的条件码
I:
用于区别第二操作数是立即数(I=1)还是寄存器移位(I=0)
opcode:
数据处理指令操作码
S:
用于设置条件码,S=0时,条件码不改变,S=1时,条件码根据具体指令的结果修改
Rn:
第一操作数寄存器
Rd:
目标寄存器
Op2:
第二操作数,该数可以是立即数或寄存器移位数
2、数据传送指令:
MOVMVN
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的值左移3位后传送到R1
MOV R0,#5 ;将立即数5传送到寄存器R0
MVN R0,#0 ;将立即数0按位取反后传送到寄存器R0中,完成后R0=-1
MVN R1,R2 ;将R2按位取反后,结果存到R1
3、移位指令:
LSL、LSR、ASR、ROR、RRX
MOV R0,R1,LSL#1 ;寄存器R1左移一位后传送到R0
MOVS R0,R1,LSL#1 ;寄存器R1左移一位后传送到R0,并更新状态标志位
MOVS R0,R1,LSR#1 ;寄存器R1右移一位后传送到R0,并更新状态标志位
MOVS R0,R1,ASR#1 ;寄存器R1算术右移一位后传送到R0,并更新状态标志位
;算术右移,第一位符号位不变
MOV R0,R1,ROR#1 ;寄存器R1循环右移一位后传送到R0
MOVS R0,R1,RRX ;寄存器R1循环右移一位后传送到R0,用C标志位作为最高位扩展
4、算术指令:
ADD、ADC、SUB、SBC、RSB、RSC
ADD R0,R1,R2 ;寄存器R1和R2的值相加后传送到R0
ADD R0,R1,#5 ;寄存器R1的值加上5后传送到R0
ADD R0,R1,R2,LSL#2 ;寄存器R2左移两位后与R1相加,得到的结果传送到R0
ADD R0,R1,R2,LSLR3 ;寄存器R2左移R3后与R1相加,得到的结果传送到R0
ADDS R0,R2,R4 ;64位加,低位放在R0
ADC R1,R3,R5 ;64位加,高位放在R1,注意要加上低位的进位
SUB R0,R1,R2 ;寄存器R1和R2的值相减后传送到R0
SUB R0,R1,#6 ;寄存器R1的值减6后传送到R0
SUB R0,R1,R2,LSL#1 ;R1与寄存器R2左移一位后的值相减,得到的结果传送到R0
SUBS R0,R2,R4 ;64位减,低位放在R0
SBC R1,R3,R5 ;64位减,高位放在R1,注意要减去低位的借位
RSB R0,R1,R2 ;寄存器R2和R1的值相减后传送到R0,注意是R2-R1,方向相反
RSB R0,R1,#6 ;6与寄存器R1的值相减后传送到R0
RSB R0,R1,R2,LSL#1 ;寄存器R2左移一位后与R1相减,得到的结果传送到R0
RSC R0,R1,R2 ;寄存器R2和R1的值相减,再减去借位后传送到R0
5、逻辑运算指令:
AND、ORR、EOR、BIC
AND R0,R0,#0xF ;R0的值与0xF相位与后的值传送到R0
ORR R0,R0,#9 ;R0的值与9相位与后的值传送到R0
EOR R0,R0,#0xF ;R0的值与0xF相异或后的值传送到R0
BIC R0,R0,#9 ;位清除指令R0的第0位和第3位清零
6、比较指令:
CMP、CMN、TST、TEQ
CMP R1,#10 ;将寄存器R1的值与10相减,并设置CPSR标志位
ADDGT R0,R0,#5 ;如果R1>10,则执行ADDGT指令,将R0加5
CMN R0,R1 ;R0-(-R1),反值比较,影响CPSR标志位
CMN R0,#10 ;R0-(-10),反值比较,影响CPSR标志位
TST R1,#3 ;检查R1中第0位和第1位是否为1,根据结果更新条件标志位
TEQ R1,R2 ;将寄存器R1的值与寄存器R2的值进行按位异或,
;并根据结果设置CPSR的标志位
7、乘法指令:
MUL、MLA、SMULL、SMLAL、UMULL、UMLAL
MUL R0,R1,R2 ;R1和R2相乘的结果发送到R0
MULS R0,R1,R2 ;R1和R2相乘的结果发送到R0,同时设置CPSR的相关条件标志位
MLA R0,R1,R2,R3 ;R1和R2相乘的结果再加上R3后发送到R0
MLAS R0,R1,R2,R3 ;R1和R2相乘的结果再加上R3后发送到R0,更新CPSR标志位
SMULL R0,R1,R2,R3 ;R2和R3相乘的结果的低32位放在R0,高32位放在R1
SMLAL R0,R1,R2,R3 ;R2和R3相乘的结果的低32位加上R0后放在R0,
;高32位加上R1后放在R1
UMULL R0,R1,R2,R3 ;无符号数相乘,结果与SMULL类似
UMLAL R0,R1,R2,R3 ;无符号数乘加,结果与SMLAL类似
ARM数据加载和存储指令:
1、数据加载和存储的方向。
寄存器到存储器方向:
Store;从存储器到寄存器方向:
Load
数据加载和存储指令共有三种类型:
单寄存器加载和存储指令,多寄存器加载和存储指令和交换指令
2、数据加载与存储器指令寻址
LDR R5,[R6,#0x08] ;R6寄存器加0x08的和的地址值内的数据传送到R5
STR R6,[R7],#-0x08 ;R6寄存器的数据传送到R7存储的地址值指向的存储空间,
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