3 ARM指令集与编程

101816 100C16 1000 16
R9'
STMDA R9! , {R0 , R1 , R5}
STMDB R9! , { R0 , R1 , R5 }
2.7 堆栈寻址
堆栈是一种按特定顺序进行存取的存储区。“后进先 出”（LIFO）。栈指针所指定的存储单元就是堆栈的 栈顶。存储器堆栈可分为两种：
ARM对堆栈的使用一般用多寄存器传送指令，是一种有效
的保存处理器状态和多字节传送的有效方式。ARM硬件中的堆
栈分为以下四种类型： ①满向上生长型（FA）：堆栈按高地址方向生长，当前堆栈指 针指向最高有效值； ②空向上生长型（EA） ：堆栈按高地址方向生长，当前堆栈 指针指向第一个空值； ③满向下生长型（FD） ：堆栈按低地址方向生长，当前堆栈 指针指向最低有效值； ④空向下生长型（ED） ：堆栈按低地址方向生长，当前堆栈 指针指向第一个空值。
若R3~R9保存的是有用的值，就应该把它们压进堆栈进 行保存。即 STMFD R13!,{R3-R9} ; 存储寄存器到堆栈 。。。。。。 LDMFD R13!,{R3-R9} ; 从堆栈恢复 其中第一条和最后一条指令的“FD”表明是满递减堆栈寻 址方式。
堆栈和块拷贝角度的多寄存器加载和 存储指令映射
后索引寻址。基址不带偏移作为传送的地址，传 送后自动索引。 LDR R0,[R1],#4 ; R0= [R1] ; R1= R1+4
基址加索引寻址有时指令指定一个基址寄存器， 再指定另一个寄存器（索引），其值作为偏移加 到基址上形成存储器地址。例如指令： LDR R0,[R1,R2] ; R0= [R1+R2]
1.4.2 ARM指令的条件码(续)
1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 HI LS GE LT GT LE AL NV C置位且Z清0 C清0或Z置位 N等于V N不等于V Z清0且N等于V Z置位或N不等于V 任何状态 无 无符号高于 无符号低于或等于 有符号大于或等于 有符号小于 有符号大于 有符号小于或等于 总是（always） 从不（never）
注：AL是默认的，NV不建议使用。
目录
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 总体介绍：指令分类，特点，格式，条件码 ARM 指令寻址方式 数据处理指令：数据传输指令，算术指令，逻辑指令，比较指令，乘 法指令，前导零计数 程序状态访问指令 跳转指令 单数据访存指令 多数据访存指令 其它指令：信号量操作指令，异常中断产生指令，协处理器指令
·向上生长：即向高地址方向生长，称为递增堆栈 （ascending stack）。 ·向下生长：即向低地址方向生长，称为递减堆栈 （descending stack）。
堆栈指针指向最后压入堆栈的有效数据项，称为满 堆栈（full stack）。堆栈指针指向下一个数据项放入 的空位置，称为空堆栈（empty stack）。
1.2 指令特点
所有指令都是32bit。 大多数指令都在单周期内完成。 所有指令都可以条件执行。 load/store体系结构。 指令集可以通过协处理器扩展
1.3 ARM指令的格式
31 28 27 25 24 21 20 19 16 15 12 11 8 7 0
Cond
001
Opcode S
Rn
2.6块拷贝寻址
ARM支持两种不同角度的块寻址机制，两者都映射到相同的 基本指令——多寄存器传送指令。多寄存器传送指令可以用于 把一块数据从存储器的某一位置拷贝到另一位置；基于数据是 存储在基址寄存器的地址之上还是之下，地址是在存储第1个 值之前还是之后增加还是减少。 下 图说明了4种不同情况的多字节传送指令传送前后的内存 变化，以及使用自动寻址时如何修改基址寄存器。指令执行前 的基寄存器是R9 ，指令执行后的基寄存器是R9’。
每一个操作数寄存器和结果寄存器都在指令中独立指出，即： ARM指令采用3地址模式：<Operation> Rd, Rn, Rm
3.2 四种寻址方式和s后缀
31 28 27 25 24 Cond 00X 21 20 19 16 15 S Rn Rd 11 8 7 #rot 11 #immed_8 4 00000000 11 8 7 Rs 11 #immed_5 0000 7 6 4 3 shift Rm 4 3 Rm 0 3 Rm 0 0 12 11 8 7 第 2 操作数 0 0
1.4.1 ARM指令的条件域
EQ/NE: 等于/不等于(equal / not equal) HS/LO: 无符号数高于或等于/无符号数小于(higher or same/lower) HI/LS: 无符号数高于/无符号数低于或等于(higher/lower or same) GE/LT: 有符号数大于或等于/有符号数小于(greater or equal / less than) GT/LE: 有符号数大于/有符号数小于或等于(greater than / less or equal) MI/PL: 负/非负 VS/VC: 溢出/不溢出(overflow set / overflow clear) CS/CC: 进位/无进位(carry set / carry clear)
1. 2. 3.
4. 5. 6. 7. 8.
1 总体介绍
指令分类、特点、格式、条件码
1.1 指令分类
ARM指令集总体分为6类指令
数据处理指令：数据传输指令，算术指令，逻辑指令，比较指 令，乘法指令，前导零计数。 程序状态访问指令：mrs和msr。 跳转指令：b和bl。 访存指令：单数据访存指令，多数据访存指令，信号量操作指 令。 异常中断产生指令：swi和bkpt。 协处理器指令。
P位 堆栈用 一般数据存取 L位 存取 前变址/后 变址
U位 加/减
空向下生长型（之前增量） 满向下生长型（之后增量） 空向上生长型（之前增量） 满向上生长型（之后增量） 满向上生长型（之前增量） 空向上生长型（之后增量） 空向下生长型（之前增量） 满向下生长型（之后增量）
LDMED
LDMIB
1
1
移位操作过程
移位操作
在任何数据处理指令中,第二寄存器操作数可以 有应用该操作数的移位操作. 逻辑移位
LSL:逻辑左移字的最小位空位清零
LSR:逻辑右移字的最大位空位清零.
移位操作 (cont’d)
算术移位
ASR: 正数的ASR= LSR
循环移位: ROR, RRX
2.4 寄存器间接寻址
指令中的地址码给出某一通用寄存器的编号。在被指定的 寄存器中存放操作数的有效地址，而操作数则存放在存储单元 中，即寄存器为地址指针。 LDR R0,[R1] ; R0 =[R1] STR R0,[R1] ; [R1] = R0 寄存器间接寻址使用一个寄存器（基址寄存器）的值作为 存储器的地址。
3 数据处理指令
数据传输指令：mov和mvn 算数指令：add、adc、sub、sbc，rsb和rsc 逻辑指令：and、orr、eor和bic 比较指令：cmp、cmn、tst和teq
3.1 数据处理指令的特点
所有的操作数要么来自寄存器，要么来自立即数，不会来自内 存。 如果有结果，则结果一定是为32位宽，并且放在一个寄存器 中，不会写入内存。（有一个例外：长乘法指令产生64位结 果）
R9' R5 R1 R0
101816 100C16 100016
R9'
R5 R1 R0
101816 100C16 100016
R9
R9
STMIA R9! , {R0 , R1 , R5}
STMIB R9! , { R0 , R1 , R5 }
101816 R9 R5 R1 R0 100C16 100016 R9 R9' R5 R1 R0
ARM指令系统与编程
石秀民 shixiumin@
1-Dec, 2006
目录
总体介绍：指令分类，特点，格式，条件码 ARM 指令寻址方式 数据处理指令：数据传输指令，算术指令，逻辑指 令，比较指令，乘法指令，前导零计数 程序状态访问指令 跳转指令 单数据访存指令 多数据访存指令 其它指令：信号量操作指令，异常中断产生指令， 协处理器指令
Rd
Operand2
<Opcode>{<cond>}{s} <Rd>, <Rn>, <Operand2> Cond：指令的条件码。 Opcode：指令操作码。 S：操作是否影响cpsr。 Rn：包含第一个操作数的寄存器编码。 Rd：目标寄存器编码。 Operand2：第2操作数。
1.3 ARM指令的格式(续)
2.5 变址寻址
变址寻址就是将基址寄存器的内容与指令中给 出的位移量相加，形成操作数有效地址。变址寻 址用于访问基址附近的存储单元，包括：
基址加偏移 基址加索引寻址。 寄存器间接寻址是偏移量为0的基址加偏移寻址。
基址加偏移寻址中的基址寄存器包含地址，需加（或减） （最大4 KB）的偏移来计算访问的地址。 LDR R0,[R1,#4] ; R0 =[R1+4] 这是前索引寻址方式。 带自动索引的前索引寻址。 LDR R0,[R1,#4]! ; R0= [R1＋4] ; R1 =R1+4 “！”符号表明指令在完成数据传送后应该更新基址寄存器
1.4 ARM指令的条件执行
几乎所有的ARM指令可包含一个可选的条 件码，只有在cpsr中的条件标志位满足指定 的条件时，指令才会被执行。不符合条件 的代码依然占用一个时钟周期（相当于一 个NOP指令）。
if ( (a == b) && (c == d) ) { e++; } // r0, r1, r2, r3, r4 : a, b, c, d, e cmp r0, r1 cmpeq r2, r3 addeq r4, r4, #1