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北航微机原理第6讲 ARM指令系统(3)


3.3.3 ARM指令
• ARM指令集——乘法指令
ARM7TDMI具有三种乘法指令，分别为： 32×32位乘法指令； 32× 32位乘加指令； 32× 32位结果为64位的乘/乘加指令。
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微机原理与接口技术（基于嵌入式芯片）
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3.3.3 ARM指令
• ARM指令集——乘法指令
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3.3.3 ARM指令
• 比较指令
应用示例： CMP R3,R1 ;R3减R1并影响标志位
R1
0x00000005
减法
0x08
R3
无符号小于 条件标志
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3.3.3 ARM指令
• 比较指令
应用示例： TST R3,#0x02 ;测试R3的第2位并影响标志位
部分逻辑运算符： AND：逻辑“与”运算
OpCode
ORR ：逻辑“或”运算 EOR：逻辑“异或”运算 BIC：位清除运算
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3.3.3 ARM指令
• 算术逻辑运算指令
应用示例： ADD R3,R1, #0x08 ;R3=R1+8
第二操作数 R1
应用示例： MUL R3,R2,R1 ; R3=R2×R1
R1
0x00000002
R3
乘法
0x00000008 R2
0x00000010 0x??
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3.3.3 ARM指令
• ARM指令集——32×32位乘加法指令
MLA
目标寄存器，运算寄存器1，运算寄存器2，第二操作数
1.用R1寄存器的最低字节替换掉R2寄存器的 最低字节，并不影响条件标志位？
AND AND ORR R1，R1，#0x000000FF R2，R2，#0xFFFFFF00 R2，R2，R1
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3.3.3 ARM指令
• 比较指令
比较指令将两个数值进行的特定运算，根据 运算结果影响CPSR的相关标志位，用于后面程序 的条件执行，但是运算结果不予保存。 OpCode
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?
思考与练习
1.用R1寄存器的最低字节替换掉R2寄存器的 最低字节，并不影响条件标志位？
R1 BYTE3 BYTE2 BYTE1 BYTE0
R2
BYTE3 BYTE2 BYTE1 BYTE0
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?
思考与练习
跳转目标
跳转指令 跳转目标 程序代码
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3.3.3 ARM指令
• ARM指令集—— 分支指令
OpCode
跳转目标
分支指令种类： 跳转指令 B：分支指令 BL ：带链接的分支指令 跳转目标 BX：带状态切换的分支指令 程序代码
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3.3.3 ARM指令
• 算术逻辑运算指令
算术逻辑运算指令包括“加/减”以及“与/ 或/异或”等指令，它们的格式如下： OpCode
结果寄存器，运算寄存器，第二操作数 运算寄存器 运算符 第二操作数
结果寄存器
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• 数据传送指令
MOV指令将8位图立即数或寄存器传送到目 标寄存器（Rd），可用于移位运算等操作。
装载指令：
MOV
目标寄存器，操作数 目标寄存器 操作数
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3.3.3 ARM指令
• 数据传送指令
MOV指令将8位图立即数或寄存器传送到目 标寄存器（Rd），可用于移位运算等操作。 同类型的指令还有MVN，它可以实现数据的 非传递，即把操作数取反后送至目标寄存器。 MVN
3.3.3 ARM指令
• 算术逻辑运算指令
部分算术运算符： ADD：加法运算 ADC：带进位加法运算
OpCode
SUB：减法运算 RSB：逆向减法运算 SBC：带进位减法运算 RSC：带进位逆向减法运算
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3.3.3 ARM指令
• 算术逻辑运算指令
微机原理与接口技术
第6讲 ARM指令系统（3）
3.3.3 ARM指令
ARM指令种类
1.存储器访问指令 2.数据处理指令 3.乘法指令 4.ARM分支指令 5.协处理器指令 6.杂项指令 7.伪指令
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3.3.3 ARM指令
• ARM指令集——ARM数据处理指令
数据处理指令大致可分为3类： 数据传送指令； 算术逻辑运算指令； 比较指令。 数据处理指令只能对寄存器的内容进行操作， 而不能对内存中的数据进行操作。所有ARM数据处 理指令均可选择使用S后缀，并影响状态标志。
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3.3.3 ARM指令
0x00000005
R3
加法
0x08
0x0000000D 0x??
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3.3.3 ARM指令
• 算术逻辑运算指令
应用示例： AND R3,R1, #0xFF ;R3=R1 & 0x000000FF
第二操作数 R1
0x12345678
R3
与
0x000000FF
运算寄存器1 第二操作数 加法
乘法
运算寄存器2
中间结果
目标寄存器
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3.3.3 ARM指令
• ARM指令集——32×32位乘加法指令
应用示例： MLA R3,R2,R1,R0 ; R3=R2×R1 + R0 乘法 0x00000008 R1
R2 0x00000002 R0 0x00000005
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3.3.3 ARM指令
• ARM指令集——32×32位乘法指令
MUL
目标寄存器，运算寄存器，第二操作数 运算寄存器 乘法 第二操作数
目标寄存器
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3.3.3 ARM指令
• ARM指令集——32×32位乘法指令
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R3 0x000000AA
0x000000CC R2
3.3.3 ARM指令
ARM指令种类
1.存储器访问指令 2.数据处理指令 3.乘法指令 4.ARM分支指令 5.协处理器指令 6.杂项指令 7.伪指令
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目标寄存器，操作数 操作数取反
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目标寄存器
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3.3.3 ARM指令
• 数据传送指令
应用示例： MOV R3,R1,LSL #3 ;R3=R1×8
逻辑左移3位 R1 0x01 R3 0x08 0x55 0x08
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0x00000078 0x??
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3.3.3 ARM指令
• 算术逻辑运算指令
应用示例： ORR R3,R1, R2 ;R3=R1|R2
R1
0x00112233
R3
或
0xAA000000 R2
0xAA112233 0x??
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助记符 MUL Rd,Rm,Rs MLA Rd,Rm,Rs,Rn UMULL RdLo,RdHi,Rm,Rs UMLAL RdLo,RdHi,Rm,Rs SMULL RdLo,RdHi,Rm,Rs SMLAL RdLo,RdHi,Rm,Rs 说明 32位乘法指令 32位乘加指令 64位无符号乘法指令 64位无符号乘加指令 64位有符号乘法指令 64位有符号乘加指令 操作 RdRm*Rs (Rd≠Rm) RdRm*Rs+Rn (Rd≠Rm) (RdLo,RdHi)Rm*Rs (RdLo,RdHi)Rm*Rs+(R dLo,RdHi) (RdLo,RdHi)Rm*Rs (RdLo,RdHi)Rm*Rs+(R dLo,RdHi) 条件码位置 MUL{cond}{S} MLA{cond}{S} UMULL{cond}{S} SMLAL{cond}{S} SMULL{cond}{S} SMLAL{cond}{S}
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?
思考与练习
1.MOV指令与LDR指令都是往目标寄存器中 传送数据，但是它们有什么区别吗？
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?
思考与练习
1.MOV指令与LDR指令都是往目标寄存器中 传送数据，但是它们有什么区别吗？
MOV 指令用于将数据从一个寄存器传送
到另一个寄存器中，或者将一个常数传送到 一个寄存器中，但是不能访问内存。LDR指 令用于从内存中读取数据放入寄存器中。
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第3章 ARM指令系统

第3章 ARM指令系统
嵌入式技术基础
嵌入式技术基础
陈长顺
第三章 ARM指令系统
嵌入式技术基础
第三章 ARM指令系统
第三章 ARM指令系统
嵌入式技术基础
复习引入
ARM寄存器是如何组织的? ARM程序状态寄存器是如何定义的? ARM储存器采用哪些存储格式?如何定义?
第三章 ARM指令系统
嵌入式技术基础
ARM状态下的寄存器组织
C
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0 RRX移位操作
第三章 ARM指令系统
嵌入式技术基础
ARM寻址方式_寄存器间接寻址
寄存器间接寻址是指操作数保存在存储器指定地址 的存储单元中，地址通过寄存器给出，寄存器为操 作数的地址指针。ARM的传送指令都是基于寄存 器的间接寻址，即通过Load/Store完成对数据的传 送操作。 实例
1
ARM指令概述
2
ARM指令寻址方式
3
ARM指令集
4 Thumb指令集 5 ARM汇编伪指令 6
ARM 汇编程序设计
第三章 ARM指令系统
嵌入式技术基础
ARM指令集
ARM指令集可以分为分支指令、数据处理指令、寄存 器访问指令、加载/存储指令、协处理器指令、异常产 生指令、伪指令七大类 。
第三章 ARM指令系统
第三章 ARM指令系统
嵌入式技术基础
ARM指令集_分支指令
带链接的跳转指令BL 指令格式
BL{cond} label
指令功能
将下一条指令的地址复制到R14（即LR）链接寄存器中， 然后跳转到指定地址运行程序。
实例
BL DELAY ；跳转到DELAY标号处，同时将 ; PC的值保存到LR寄存器中
ASR：算术右移，移位过程中保持符号位不变，即 若源操作数为正数，则字的高位空出位补0，否则 补1；

北航微机原理第6讲 ARM指令系统(3)

北航微机原理第6讲 ARM指令系统(3)

3.3.3 ARM指令
• ARM指令集——程序如何跳转
在ARM中有两种方式可以实现程序的跳转：
1.直接向PC寄存器赋值实现跳转；
例：
MOV
PC,R14
2.使用分支指令直接跳转。
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3.3.3 ARM指令
• ARM指令集—— 分支指令
OpCode
操作数 R3
0x00000005
相与 为 条件标志 0
0x02
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3.3.3 ARM指令
• 比较指令
应用示例： TEQ R3,R2 ; R3与R2是否相等并影响标志位 异或 不等 条件标志 与CMP的区别在于TEQ不影响C(进、借、扩展位)和V(溢出) 位，也就是只能判断是否相等，而不能判断是否大于，或小于。
运算寄存器，操作数 运算寄存器 运算符 操作数
影响标志位
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3.3.3 ARM指令
• 比较指令
比较运算符： CMP：数值比较 CMN：负数比较 TST：位测试 TEQ：相等测试
OpCode
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3.3.3 ARM指令
• 算术逻辑运算指令
部分算术运算符： ADD：加法运算 ADC：带进位加法运算
OpCode
SUB：减法运算 RSB：逆向减法运算 SBC：带进位减法运算 RSC：带进位逆向减法运算
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6-arm3伪指令

6-arm3伪指令

例： short DCB 1 string DCB “string”,0
;为short分配了一个 为 分配了一个 ;字节 并初始化为 。 字节,并初始化为 字节 并初始化为1。 ;构造一个以 构造一个以0 构造一个以 ;结尾的字符串 结尾的字符串
4、DCD、分配一段字内存单元 、 、
（1）DCD ——分配一段字对齐的内存单元 ） 分配一段字对齐的内存单元 用于分配一段字对齐的内存单元，并初始化。 用于分配一段字对齐的内存单元，并初始化。 DCD也可以用符号”&”表示 也可以用符号” 表示 也可以用符号 语法格式： 语法格式： {label} DCD expr{,expr}……
3、DCB——也可以用符号”=”表示 、 也可以用符号” 表示 也可以用符号
用于定义并且初始化一个或者多个字节的 内存区域。 内存区域。 语法格式： 语法格式： {label} DCB expr{,expr}……
或 {label} = expr{,expr}
其中expr表示： 表示： 其中 表示
– -128到255之间的一个数值常量或者表达式。 之间的一个数值常量或者表达式。 到 之间的一个数值常量或者表达式 – 一个字符串。 一个字符串。 注意： 后面紧跟一个指令时， 注意：当DCB后面紧跟一个指令时，可能需要 后面紧跟一个指令时 使用ALIGN确保指令是字对齐的。 确保指令是字对齐的。 使用 确保指令是字对齐的
• • • • CODE：定义代码段。 ：定义代码段。 DATA：定义数据段。 ：定义数据段。 READONLY：指定本段为只读 代码段的默认属性。 代码段的默认属性。 ：指定本段为只读,代码段的默认属性 READWRITE：指定本段为可读可写 数据段的默认 ：指定本段为可读可写,数据段的默认 属性。 属性。

第三章 ARM指令集3

第三章 ARM指令集3
加载字数据 加载无符号字节数据 用户模式加载字数据
操作
Rd←[addr]，addr索引 Rd←[addr]，addr索引 Rd←[addr]，addr索引
条件码位置
LDR{cond} LDR{cond}B LDR{cond}T LDR{cond}BT LDR{cond}H LDR{cond}SB LDR{cond}SH
•LDR和STR——字和无符号字节加载/存储指令 LDR指令用于从内存中读取单一字或字节数据存入寄存 器中，STR指令用于将寄存器中的单一字或字节数据保存到 内存。指令格式如下：
LDR{cond}{T} Rd,<地址> STR{cond}{T} Rd,<地址> ;将指定地址上的字数据读入Rd ;将Rd中的字数据存入指定地址
LDR{cond}B{T} Rd,<地址> ;将指定地址上的字节数据读入Rd
STR{cond}B{T} Rd,<地址> ;将Rd中的字节数据存入指定地址
其中，T为可选后缀
若指令有T，那么即使处理器是在特权模式下，存储系统也将访问 看成是在用户模式下进行的。T在用户模式下无效，不能与前索引 偏移一起使用T
ARM存储器访问指令——单寄存器存取
例：变量的访问
AddCount & 0x40003000 …… LDR R0, AddCount LDR R1, [R0] ADD R1, R1, #1 STR R1, [R0] ……
ARM存储器访问指令——多寄存器存取
助记符 说明 操作
reglist←[Rn...]， Rn回写等 [Rn...]←reglist, Rn回写等
ARM存储器访问指令——单寄存器存取
•LDR和STR指令应用示例：

第三讲 ARM微处理器的指令系统

第三讲 ARM微处理器的指令系统

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• • • • • •
6. TEQ指令 TEQ指令的格式为： TEQ{条件} 操作数1，操作数2 TEQ指令用于把一个寄存器的内容和另一个寄存器的内容或立即数进 行按位的异或运算，并根据运算结果更新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。 指令示例： TEQ R1，R2 ；将寄存器R1的值与寄存器R2的值按位异或， 并根据结果设置CPSR的标志位
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8) ARM指令集 • 跳转指令 – 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。 — B跳转指令 – BL 带返回的跳转指令 – BLX 带返回和状态切换的跳转指令 – BX 带状态切换的跳转指令
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2)寄存器寻址 寄存器寻址就是利用寄存器中的数值作为操作数 ; ADD R0，R1，R2 ；R0←R1＋R2
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3)寄存器间接寻址 寄存器间接寻址就是以寄存器中的值作为操作数的地址 ; • ADD R0，R1，[R2] ；R0←R1＋[R2] • LDR R0，[R1] ；R0←[R1] • STR R0，[R1] ；[R1]←R0
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• • • •
• • •
Hale Waihona Puke 4. CMN指令 CMN指令的格式为： CMN{条件} 操作数1，操作数2 CMN指令用于把一个寄存器的内容和另一个寄存器的内容或立即数取 反后进行比较，同时更新CPSR中条件标志位的值。该指令实际完成 操作数1和操作数2相加，并根据结果更改条件标志位。 指令示例： CMN R1，R0 ；将寄存器R1的值与寄存器R0 的值相加，并根据结果设置CPSR的标志位 CMN R1，＃100 ；将寄存器R1的值与立即数 100相加，并根据结果设置CPSR的标志位

第三章 ARM指令系统简介

第三章 ARM指令系统简介

(1).寄存器寻址
操作数的值在寄存器中，指令中的地址码字段指出
的是寄存器编号，指令执行时直接取出寄存器值来操
作。
寄存器寻址指令举例如下： R2 0xAA MOV R1,R2 ;将R2的值存入R1 R1 0xAA 0x55 SUB R0,R1,R2 ;将R1的值减去R2的值，结果保存到R0 MOV R1,R2
第三章 ARM指令系统简介
3.1 ARM处理器寻址方式
寻址方式是根据指令中给出的地址码字段来实现寻 找真实操作数地址的方式。ARM处理器具有9种基本寻址 方式。
(1).寄存器寻址；
(2).立即寻址；
(3).寄存器偏移寻址； (4).寄存器间接寻址； (5).基址寻址； (7).堆栈寻址； (9).相对寻址。 (6).多寄存器寻址； (8).块拷贝寻址；
STMFD sp!,{r4-r7,lr} 满递减
9753 8420 1234 1010 8034 FFFF A0BE 16 1234 102E 8765 FF ABCD 100
LDMFA sp!,{r4-r7,pc}
高地址
满递增
9753 8420 1234 1010 8034 A0BE AOBE 1234 FF 100 pc lr 9020 8034 9048
operand2：第2个操作数；
指令格式举例如下：

LDR BEQ ADDS
R0，[R1] D1
；读取R1地址上的存储器单元内容， ；执行条件AL ；分支指令，执行条件EQ，即相等则跳转到D1 ；加法指令，R1+1＝>R1，影响CPSR ；寄存器(S) ；条件执行减法运算(NE)， ；R1-0x10=>R1，影响CPSR寄存器(S)

ARM体系结构详解 第3章


ARM指令的寻址方式
多寄存器寻址和堆栈寻址之间的关系 堆栈 之前 之后 之前 之后
LDMDA LDMFA
向上生长 满
STMIB STMFA STMIA STMEA LDMDB LDMEA
向下生长 满 空
LDMIB LDMED LDMIA LDMFD STMDB STMFD STMDA STMED
多寄存器 寻址
ARM指令的寻址ห้องสมุดไป่ตู้式
STMFA r13!, {r0-r5} ; Push onto a Full Ascending Stack LDMFA r13!, {r0-r5} ; Pop from a Full Ascending Stack STMFD r13!, {r0-r5} ; Push onto a Full Descending Stack LDMFD r13!, {r0-r5} ; Pop from a Full Descending Stack STMEA r13!, {r0-r5} ; Push onto an Empty Ascending Stack LDMEA r13!, {r0-r5} ; Pop from an Empty Ascending Stack STMED r13!, {r0-r5} ; Push onto Empty Descending Stack LDMED r13!, {r0-r5} ; Pop from an Empty Descending Stack
ARM指令的寻址方式
堆栈寻址 堆栈是一种数据结构,按先进后出( 堆栈是一种数据结构,按先进后出(First In Last Out,FILO)的 , ) 方式工作,使用一个称作堆栈指针的专用寄存器指示当前的操作位置,堆 方式工作,使用一个称作堆栈指针的专用寄存器指示当前的操作位置, 栈指针总是指向栈顶. 栈指针总是指向栈顶. 当堆栈指针指向最后压入堆栈的数据时,称为满堆栈( 满堆栈 ), 当堆栈指针指向最后压入堆栈的数据时,称为满堆栈(Full Stack), 而当堆栈指针指向下一个将要放入数据的空位置时,称为空堆栈 空堆栈( 而当堆栈指针指向下一个将要放入数据的空位置时,称为空堆栈(Empty Stack). ) 同时,根据堆栈的生成方式,又可以分为递增堆栈( 同时,根据堆栈的生成方式,又可以分为递增堆栈(Ascending 递增堆栈 Stack)和递减堆栈(Decending Stack),当堆栈由低地址向高地址 ),当堆栈由低地址向高地址 ) 递减堆栈( ), 生成时,称为递增堆栈,当堆栈由高地址向低地址生成时,称为递减堆栈. 生成时,称为递增堆栈,当堆栈由高地址向低地址生成时,称为递减堆栈. 这样就有四种类型的堆栈工作方式, 这样就有四种类型的堆栈工作方式,ARM微处理器支持这四种类型的堆栈 微处理器支持这四种类型的堆栈 工作方式, 工作方式,即:

第三章 ARM指令系统


3.1 ARM指令系统概述
一、指令系统概念
指令：是规定计算机进行某种操作的命令。 指令系统：计算机能够执行的各种指令的集合。
二、ARM指令的特点
– – – – – – – 所有指令都是32位的。 大多数指令都在单周期内完成。 所有指令都可以条件执行。 ARM指令为load/store类型。 基本指令仅36条，分成五类。 有7种寻址方式。 指令集可以通过协处理器扩展。
指令条件码表
条件码
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100
助记符
EQ NE CS/HS CC/LO MI PI VS VC HI 志
Z=1 Z=0 C=1 C=0 N=1 N=0 V=1 V=0 C=1且Z=0 C=0或Z=1 N=V N!=V Z=0且N=V
0 0
下列命令中，汇编器把立即数转换为移位操作：
MOV R0,#4096 ; uses 0x40 ror 26 ADD R1,R2,#0xFF0000 ; uses 0xFF ror 16
带有立即数的MOV 指令的二进制编码为：
0xF200 =0xF2循环右移（2*C）
MOV R0，#0xF200
MOV R1，#0x110000 MOV R4，#0x12800
31 0 0
SUB R3，R2，R1，LSL #2 ；R3←R2-(R1左移2位) SUB R3，R2，R1，LSR R0 ；R3←R2-(R1右移R0位)
（3）ASL：算术左移，由于左移空出的有效 位用0填充，因此它与LSL同义。 （4）ASR：算术右移 (Arithmetic Shift Right) 。算术移位的对象是带符号数，移位过程 中必须保持操作数的符号不变。如果源操作数是 正数，空出的最高有效位用0 填充，如果是负 数用1填充。

第3章 ARM微处理器的指令系统


LOOP
;跳转到LOOP
R0,R0,R1 PC,LR
;R0 = R0 + R1 ;子程序返回
END
;文件结束
ARM处理器寻址方式小结
寻址方式是根据指令中给出的地址码字段来 实现寻找真实操作数地址的方式。ARM处理 器具有9种基本寻址方式。 1.寄存器寻址； 2.立即寻址；
3.寄存器移位寻址；
5.基址寻址；
3.1
ARM指令的寻址方式
Resources : /aalp/html/frames.html /assembler/
第3章 ARM 微处理器的指令集

ARM指令集与Thumb指令集的关系
LDR R2,[R3,#0x0C] R3 0x40000000 ;读取R3+0x0C地址上的 为地址装载数 ;存储单元的内容，放入R2
R2 0xAA 0x55
LDR R2,[R3,#0x0C] STR R1,[R0,#-4]!;先R0=R0-4，然后把R1的值
;寄存到保存到R0指定的存储单元
3.1 ARM处理器寻址方式
3.2 ARM指令集介绍

ARM指令集——第2个操作数
#immed_8r——常数表达式
该常数必须对应8位位图，即一个8位的常 数通过循环右移偶数位得到。
循环右移10位
00000000000000000000000000010010 0x00 0x00 0x00 0x12
8位常数
00000100100000000000000000000000 0x04 0x80 0x00 0x00

寻址方式分类——基址寻址
基址寻址指令举例如下：
LDR R0,[R1],#4;R0=[R1] ， R1 ＝ R1 ＋ 4 ;后索引基址寻址 LDR R0，[R1,R2] ;R0=[R1+R2]

嵌入式系统6(ARM指令详细介绍)

数据传送指令（ 数据传送指令（2条） 算术运算指令（ 算术运算指令（6条） 逻辑运算指令（ 逻辑运算指令（4条） 比较指令（ 比较指令（2条） 测试指令（ 测试指令（2条） 乘法指令（6条） 乘法指令（
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6.1.1 数据传送指令
MOV指令 MOV指令
MOV指令的格式为： MOV{条件 条件}{S} 目的寄存器， MOV{条件}{S} 目的寄存器，源操作数 MOV指令可完成从另一个寄存器、被移位的寄存器或将一 个立即数加载到目的寄存器。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。指令示例：
EOR R0，R0，＃3
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6.1.3 逻辑运算指令
BIC指令 BIC指令
BIC指令的格式为：
BIC{条件}{S} 目的寄存器，操作数1 操作数2 BIC{条件}{S} 目的寄存器，操作数1，操作数2 条件
BIC指令用于清除操作数1的某些位，并把结果 放置到目的寄存器中。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， 或一个立即数。操作数2为32位的掩码，如果在 掩码中设置了某一位，则清除这一位。未设置 的掩码位保持不变。例如：
TST TST R1，＃1 R1，＃0xffe
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6.1.5 测试指令
TEQ指令 TEQ指令
TEQ指令的格式为： TEQ{条件} 操作数1，操作数2 TEQ{条件} 操作数1 操作数2 条件 TEQ指令用于把一个寄存器的内容和另一个寄 存器的内容或立即数进行按位的异或运算， 并根据运算结果无条件更新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。例如：
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