1、3.3 ARM指令集及应用程序设计 3.3.1 ARM指令集概述,1. ARM指令分类 ARM指令集总体分为6类指令 数据处理指令：完成寄存器中数据的算术和逻辑运算操作。 程序状态寄存器处理指令 跳转指令 Load/Store指令：唯一用于寄存器和存储器之间进行数据传送的指令。 异常中断产生指令 协处理器指令,所有指令都是32bit。 大多数指令都在单周期内完成。 绝大多数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,2. ARM指令的特点,3. 指令格式,ARM指令的基本格式如下： S ，其中： opcode 指令助记符，如LDR、STR等。 cond 执
2、行条件，如EQ、NE等。 S 是否影响CPSR寄存器的值 Rd 目标寄存器。 Rn 第1操作寄存器。 operand2 第2个操作数。,在上面的基本格式中，“”符号内的项是必需的，“”符号内的项是可选的。 例如，是指令助记符，这是必须书写的；而为指令执行条件，是可选项。若不书写，则使用默认条件AL(无条件执行)。一条典型的ARM指令编码格式为：,指令举例如下： LDR R0，R1 ；读取R1地址上的存储器单元内容，执行条件AL BEQ D1 ；分支指令，执行条件EQ，即相等则跳转到D1 ADDS R1，R1，#1 ；加法指令，R1+1 R1，影响CPSR寄存器(S) SUBNES R1，R1，
3、#0x10 ；条件执行减法运算(NE)，R1-0x10=R1，影响CPSR寄存器(S),在ARM指令中，灵活地使用第2操作数能够提高代码效率。第2个操作数的形式如下:(1) Rm在寄存器方式下，操作数即为寄存器的数值。寄存器方式应用举例： SUB R1，R1，R2 ；R1-R2R1,(2) #inmed_8r常数表达式 该常数必须对应8位位图，即常数是由一个8位的常数循环移位偶数位得到的。 合法常量：0x3FC、0、0xF0000000、200、0xF0000001。 非法常量：0xlFE、511、0xFFFF、0x1010、0xF0000010。 常数表达式应用举例：MOV R0，#1 ；R
4、01AND R1，R2，#0x0F ；R2与0x0F，结果保存在R1,(3) Rm，shift寄存器移位方式 将寄存器的移位结果作为操作数，但Rm值保持不变，移位方法如下：立即数控制寄存器移位，例如： MOV R0,R1,LSL #2 寄存器控制寄存器移位，例如： MOV R0,R1,LSR R5,大多数指令都可以选用条件后缀进行条件测试，使用指令条件后缀可实现高效的逻辑操作。条件后缀只是影响指令是否执行，不影响指令的功能。表3-5所列为指令条件码表。,4.条件后缀,3.3.2. ARM数据处理指令,ARM的数据处理指令主要完成寄存器中数据的算术和逻辑运算操作。 ARM数据处理指令大致可分为6
5、类： 算术运算指令： ADD ADC SUB SBC RSBRSC 逻辑运算指令： AND ORR EOR BIC 数据传送指令： MOV MVN 比较指令： CMP CMN 测试指令： TST TEQ 乘法指令： MUL MLA UMULL UMLALSMULL SMLAL上述指令只能对寄存器操作，不能针对存储器,所有的操作数要么来自寄存器，要么来自立即数，不会来自存储器。 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，不会写入存储器。 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：Rd, Rn, Rm 所有ARM数据处理指令均可选择使用S后缀，
6、以影响状态标志。 比较指令CMP、CMN、TST和TEQ不需要后缀S，它们会直接影响状态标志。,ARM数据处理指令的特点,(1) 数据传送指令 MOV数据传送指令,MOV指令将8位图立即数或寄存器(operand2)传送到目标寄存器(Rd),可用于移位运算等操作。指令格式如下： MOVcondS Rd，operand2 指令举例如下： MOVS R3，R1，LSL #2；R3R12，并影响标志位 MOV PC，LR ；PC = LR，子程序返回, MVN数据非传送指令,MVN指令将8位图立即数或寄存器(operand2)按位取反后传送到目标寄存器(Rd)。因为其具有取反功能，所以可以加载范围更
7、广的立即数。 指令格式如下： MVNcondS Rd，operand2 指令举例如下： MVN R1，#0xFF ；R10xFFFFFF00 MVN R1，R2 ；将R2取反,结果存到Rl,(2) 算术逻辑运算指令 ADD加法运算指令,ADD指令将operand2的数据与Rn的值相加,结果保存到Rd寄存器. 指令格式如下： ADDcondS Rd，Rn，operand2 指令举例如下： ADDS R1，R1，#1 ；R1R1+1 ADDS R3，R1，R2，LSL #2 ；R3R1+R22, SUB减法运算指令,SUB指令用寄存器Rn减去operand2，结果保存到Rd中。 指令格式如下： S
8、UBcondS Rd，Rn，operand2指令举例如下： SUBS R0，R0，#l ；R0R0-1 SUB R6，R7，R5 ；R6R7-R5, RSB逆向减法指令,RSB指令用寄存器operand2减去Rn,结果保存到Rd中。指令格式如下： RSBcondS Rd，Rn，operand2指令举例如下： RSB R3，R1，#0xFF00 ;R30xFF00-R1 RSBS R1，R2，R2，LSL #2；R1R22- R2R23, ADC带进位加法指令,ADC指令将operand2的数据与Rn的值相加,再加上CPSR中的C条件标志位,结果保存到Rd寄存器。 指令格式如下： ADCcond
9、S Rd，Rn，operand2指令举例如下： ADDS R0,R0,R2 ; 使用ADC实现64位加法， ADC R1,R1,R3 ;(R1、R0)(R1、R0)+(R3、R2), SBC带进位减法指令,SBC指令用寄存器Rn减去operand2，再减去CPSR中的C条件标志位的“非”(即若C标志清零，则结果减去1)，结果保存到Rd中。指令格式如下： SBCcondS Rd，Rn，operand2指令举例如下： SUBS R0,R0,R2 ；使用SBC实现64位减法， SBC R1,R1,R3 ；(R1、R0)(R1、R0)-(R3、R2), RSC带进位逆向减法指令,RSC 指令用寄存器o
10、perand2减去Rn,再减去CPSR中的C条件标志位,结果保存到Rd中。指令格式如下： RSCcondS Rd，Rn，operand2指令举例如下： RSBS R2，R0，#0 RSC R3，R1，#0 ；使用RSC指令实现求64位数值的负数, AND逻辑“与”操作指令,AND指令将operand2的值与寄存器Rn的值按位逻辑“与”操作,结果保存到Rd中。指令格式如下: ANDcondS Rd，Rn，operand2指令举例如下： ANDS R0，R0，#0x01 ；R0R0&0x01，取出最低位数据 AND R2，R1，R3 ；R2R1&R3, ORR逻辑“或”操作指令,ORR指令将ope
11、rand2的值与寄存器Rn的值按位逻辑“或”操作，结果保存到Rd中。指令格式如下： ORRcondS Rd，Rn，operand2 指令举例如下： ORR R0，R0，#0x0F ；将R0的低4位置1,EOR逻辑“异或”操作指令,EOR指令将operand2的值与寄存器Rn的值按位逻辑“异或”操作,结果保存到Rd中。指令格式如下: EORcondS Rd，Rn，operand2指令举例如下： EOR R1,R1,#0x0F ；将Rl的低4位取反 EORS R0,R5,#0x01 ；将R0=R50x01,并影响标志位, BIC位清除指令,BIC指令将寄存器Rn的值与operand2的值的反码按位
12、逻辑“与”操作,结果保存到Rd中。指令格式如下: BICcondS Rd,Rn,operand2指令举例如下： BIC R1，R1，#0x0F ；将R1的低4位清零，其它位不变,(3) 比较指令 CMP比较指令,CMP指令将寄存器Rn的值减去operand2的值，根据操作的结果更新CPSR中的相应条件标志位，以便后面的指令根据相应的条件标志来判断是否执行。 指令格式如下： CMPcond Rn，operand2 指令举例如下： CMP R1，#10 ；R1与10比较，设置相关标志位,CMN负数比较指令,CMN指令将寄存器Rn的值加上operand2的值，根据操作的结果更新CPSR中的相应条件标
13、志位，以便后面的指令根据相应的条件标志来判断是否执行。 指令格式如下： CMNcond Rn，operand2 指令举例如下： CMN R0，#1 ；R0+1，判断R0是否为1的补码。若是，则Z位置1。 CMN指令与ADDS指令的区别在于CMN指令不保存运算结果。CMN指令可用于负数比较，比如“CMN R0，#1”指令则表示R0与-1比较。若R0为-1(即1的补码)，则Z置位；否则Z复位, TST位测试指令,TST指令将寄存器Rn的值与operand2的值按位逻辑“与”操作，根据操作的结果更新CPSR中的相应条件标志位，以便后面的指令根据相应的条件标志来判断是否执行。 指令格式如下： TSTc
14、ond Rn，operand2 指令举例如下： TST R0，#0x01 ；判断R0的最低位是否为0 TST Rl，#0x0F ；判断R1的低4位是否为0 TST指令与ANDS指令的区别在于TST指令不保存运算结果。TST指令通常与EQ、NE条件码配合使用。当所有测试位均为0时，EQ有效。而只要有一个测试位不为0，则NE有效。, TEQ相等测试指令,TEQ指令将寄存器Rn的值与operand2的值按位逻辑“异或”操作，根据操作的结果更新CPSR中的相应条件标志位，以便后面的指令根据相应的条件标志来判断是否执行。 指令格式如下： TEQcond Rn，operand2 指令举例如下： TEQ R
15、0，R1 ；比较R0与R1是否相等(不影响V位和C位) TEQ指令与EORS指令的区别在于TEQ指令不保存运算结果。使用TEQ进行相等测试时，常与EQ、NE条件码配合使用。当两个数据相等时,EQ有效；否则NE有效。,(4). 乘法指令,ARM7TDMI(-S)具有3232乘法指令、3232乘加指令，3232结果为64位的乘乘加指令。ARM乘法指令如表3-9所列,MUL32位乘法指令,MUL指令将Rm和Rs中的值相乘，结果的低32位保存到Rd中。指令格式如下： MULcondS Rd，Rm，Rs指令举例如下： MUL R1，R2，R3；R1=R2R3 MULS R0，R3，R7 ；R0=R3R7
16、，同时设置CPSR中的N位和Z位,MLA32位乘加指令,MLA指令将Rm和Rs中的值相乘，再将乘积加上第3个操作数，结果的低32位保存到Rd中。指令格式如下： MLAcondS Rd，Rm，Rs，Rn指令举例如下： MLA R1，R2，R3，R0 ；R1=R2R3+R0,UMULL64位无符号乘法指令,UMULL指令将Rm和Rs中的值作无符号数相乘，结果的低32位保存到RdLo中，而高32位保存到RdHi中。指令格式如下：UMULLcondS RdLo，RdHi，Rm，Rs指令举例如下：UMULL R0，R1，R5，R8 ；(R1、R0)R5R8,UMLAL64位无符号乘加指令,UMLAL指令
17、将Rm和Rs中的值作无符号数相乘，64位乘积与RdHi、RdLo相加，结果的低32位保存到RdLo中，而高32位保存到RdHi中。指令格式如下： UMLALcondS RdLo，RdHi，Rm，Rs指令举例如下： UMLAL R0，R1，R5，R8 ；(R1、R0)R5R8+(R1、R0),SMULL64位有符号乘法指令,SMULL指令将Rm和Rs中的值作有符号数相乘，结果的低32位保存到RdLo中，而高32位保存到RdHi中。指令格式如下： SMULLcondS RdLo，RdHi，Rm，Rs指令举例如下： SMULL R2，R3，R7，R6 ；(R3、R2)R7R6,SMLAL64位有符号乘加指令,SMLAL指令将Rm和Rs中的值作有符号数相乘，64位乘积与RdHi、RdLo相加，结果的低32位保存到RdLo中，而高32位保存到RdHi中。指令格式如下： SMLALcondS RdLo,RdHi,Rm,Rs指令举例如下： SMLAL R2，R3，R7，R6 ； (R3、R2)R7R6+(R3、R2),指令条件码表,返回,ARM数据处理指令表,返回,ARM乘法指令,返回,
