第三章 ARM7TDMI指令系統

• 幾個概念

  • 機器指令 ： 可供處理器譯碼電路直接譯碼執行的二進制編碼指令

  • 匯編指令 ： 助記符化的機器指令

  • 匯編器 ：將匯編指令‘翻譯’成機器指令的翻譯器

  • 匯編 ：將匯編指令‘翻譯’成機器指令的操作或程序

• 概述

  • ARM處理器基于RISC原理設計

  • ARM7TDMI（-s）支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集

  • ARM指令集 功能全 但代碼密度低

  • Thumb指令集 較高的代碼密度 保持ARM大多數性能上的優勢 是ARM指令集的子集

  • 所有的ARM指令都是可以有條件執行的，而Thumb指令僅有一條指令具有條件執行功能

• ARM7尋址方式的分類

  • 資料處理指令運算元尋址方式

    • 立即數尋址

      • 運算元直接包含在指令中

      • 取出指令的同時也就取出了對應運算元

      • 舉個栗子：

MOV R0,#0 ;將立即數0送入R0

SUB R0,R0,#1 ;R0的值減去立即數1，然后將結果送回R0

MOV R0,#0xFF000 ;將立即數0xFF000送入R0

• 暫存器尋址

  • 當指令執行的運算元是ARM處理器某個暫存器中的資料時，在指令中直接指定該暫存器，使用其中的資料作為運算元，這種尋址方式稱為暫存器尋址方式，

    • 舉個栗子：

MOV R0,R1 ;將R1中的值送入R0

SUB R0，R1，R2 ;將R1中的值減去R2的值，結果保存到R0

• 暫存器移位尋址

  • 是ARM指令集特有的尋址方式

    • 源暫存器運算元在送往 ARM ALU（算術邏輯單元）執行時，先經過桶形移位處理的方式，目的是為了增加代碼的執行效率，

    • 舉個栗子：

MOV R0,R1,LSL #3 ;R1的值邏輯左移三位 放入R0

;無溢位時，即R0 = R1 * 23

MOV R0,R1,ROR R2 ;R1的值回圈右移R2位，然后放入R0

AND R0,R1,R2,LSL R3 ;R2的值邏輯左移R3位，再和R1的值相“與”

;結果放入R0

• 存盤器訪問指令運算元尋址方式

  • 暫存器間接尋址

    • 指令的運算元存盤在ARM處理器的某個暫存器指向的存盤單元中

    • 舉個栗子:

LDR R0,[R1] ;將R1指向的存盤器單元中的資料讀出

;保存在R0中，R1是間址暫存器

• 基址變址尋址

  • 基址暫存器中的內容與指令中給出的地址偏移量相，形成運算元的存盤器地址，

    • 基址加偏移量

LDR R0,[R1,#0x0C];將R1+0x0C所指向的存盤器單元

;內容加載到R0中

STR R0,[R1,#-4]! ;將R0中的值存盤到R1-4所指向的存盤器

;單元中，然后R1=R1-4

• 基址加索引

LDR R0,[R1,R2] ;將R1+R2指向的存盤器單元內容加載到R0中

STR R0,[R1,R2,LSL #2] ;將R0的值保存到R1+R2*4

;所指向的存盤器單元中

• 相對尋址

  • 是基址變址尋址的一種特例，其中基址暫存器是程式計數器PC

  • 多暫存器尋址 或 塊拷貝尋址

  • 堆疊尋址

• ARM7TDMI指令的條件執行

  • CPSR（當前程式狀態暫存器）中的條件碼標志滿足 --- 執行本條指令 ， 否則 --- 空操作

    • 指令中含有 --- 執行條件

    • 執行條件標志 --- 保存在CPSR

• ARM匯編指令格式

{lab} <opcode> {cond} {S} <Rd>,<Rn> {,<operand2>}

opcode : 指令助記符

cond : 執行條件

S : 當前操作是否影響CPSR

Rd ：目標暫存器，存放運算結果

Rn ：第1個運算元的暫存器

operand2 : 第2個運算元

• cond --- 執行條件

  • ADD R0,R1,R2

    • 不帶條件標志 --- 無條件AL 指令的執行不受條件標志位的影響

  • ADDS R0,R1,R2

    • 指令的執行也不受條件標志的影響 --- 附帶后綴S 指令執行結果將影響CPSR中條件標志位的值

  • ADDEQS R0,R1,R2

    • 帶條件標志EQ --- 相等則相加 CPSR中Z位置位時執行，否則不執行

  • SUMMARY ：

    • 條件后綴 --- 只影響指令是否執行 后綴宣告了指令的執行條件

    • S后綴 --- 決定了本條指令是否根據本指令執行情況修改CPSR的條件標志

• oprand2 --- 第2運算元

  • #immed_8r --- 常數運算式

  • Rm --- 暫存器方式

  • Rm,shift --- 暫存器移位方式

    • LSL 邏輯左移

    • LSR 邏輯右移

邏輯移位 --- 補‘0’

• ASR 算術右移

  • ROR 回圈右移

  • RRX 帶擴展的回圈右移

• ARM7處理器指令系統概述

  • ARM指令碼長 --- 32bit

  • Thumb指令碼長 --- 16bit

  • ARM7復位后 --- 默認ARM指令集

• 偽指令

  • 匯編器偽指令 --- 不生成目標代碼

  • ARM偽指令 --- 生成邏輯等效的目標代碼

• ARM存盤器訪問指令

  • LDR 指令從存盤器加載一個資料到暫存器中

    • LDR {cond} Rx,<地址>

  • STR 把暫存器中的一個資料存盤到存盤器中

    • STR {cond} Rx,<地址>

  • SWP 暫存器和儲存器交換指令

    • SWP {cond} {B} Rd,Rm,[Rn]

• ARM資料處理指令

  • 資料傳送指令

    • MOV --- 資料傳送指令

      • MOV {<cond>} {S} Rd,operand2

    • MVN --- 資料非傳送指令

  • 算術邏輯運算指令

    • ADD 加法指令

      • 格式 ADD{<cond>}{S} Rd,Rn,operand2

      • 功能 Rd = Rn + operand2

      • 舉個栗子

        • ADD R0,R1,R2 ; R0 = R1 + R2

        • ADD R0,R1,#5 ; R0 = R1 + 5

        • ADD R0,R1,R2,LSL #2 ; R0 = R1 + R2 * 4

    • SUB 減法指令

      • 格式 SUB{<cond>}{S} Rd,Rn,operand2

      • 功能 Rd = Rn - operand2

      • 舉個栗子

        • SUB R0,R1,R2 ; R0 = R1 - R2

        • SUBS R0,R1,R2.LSL #2 ; R0 = R1 - R2 * 4

    • ADC 帶進位加法指令

      • 格式 ADC{<cond>}{S} Rd,Rn,operand2

      • 功能 Rd = Rn + operand2 + Cy

    • SBC 帶僅為減法指令

      • 格式 SBC{<cond>}{S} Rd,Rn,operand2

      • 功能 Rd = Rn - operand2 - !Cy

    • AND 邏輯“與”指令

      • 格式 AND{<cond>}{S} Rd,Rn,operand2

      • 功能 Rd = Rn & operand2

    • ORR 邏輯“或”指令

      • 格式 ORR{<cond>}{S} Rd,Rn,operand2

      • 功能 Rd = Rn | operand2

    • EOR 邏輯“異或”指令

      • 格式 EOR{<cond>}{S} Rd,Rn,operand2

      • 功能 Rd = Rn 異或 operand2

  • 比較測驗指令

    • CMP 比較指令

      • 格式 CMP{<cond>} Rn,operand2

      • 功能 Rn - operand2

      • 備注 不保存試減結果，影響CPSR條件標志位

• ARM分支指令

  • B 分支指令

    • 格式 B{<cond>} label

    • 功能 B指令跳轉到標號lebel制定的地址執行程式

  • BL 帶回傳值的分值指令

    • 格式 BL{<cond>} label

    • 功能

LR ← PC - #4

PC = label

• LR 備份 PC - #4 以便后回傳執行 --- 子程式呼叫指令

• BX 帶狀態切換的分支指令

  • 格式 BX{<cond>} Rm

  • 功能

PC = Rm[31:1] * 2

CPSR[T] = Rm[0]

• 用途 ARM/Thumb轉換

• ARM偽指令

• LDR大范圍的地址讀取偽指令

  • 格式 LDR{cond} Rm,=addr