嵌入式系統(tǒng)PPT電子課件教案-第3章_ARM7TDMI(-S)指令系統(tǒng).ppt

第3章 arm7tdmi(-s)指令系統(tǒng),1.arm程序的文件類型： c程序：arm開發(fā)中大部分程序使用c語言編寫，文件類型為“*.c”； 匯編程序：涉及到硬件底層操作的代碼有時必須使用匯編語言編寫，文件類型為“*.s”。 2.為什么學習arm指令系統(tǒng)： 操作系統(tǒng)移植 編寫啟動代碼 方便程序調(diào)試,前言,1. arm處理器的尋址方式； 2. arm指令的特點； 3. arm指令的種類，它能完成哪些功能。,本章學習重點,目錄,1.arm處理器尋址方式 2.指令集介紹 arm指令集 thumb指令集,目錄,1.arm處理器尋址方式 2.指令集介紹 arm指令集 thumb指令集,第3章 arm7tdmi(-s)指令系統(tǒng),簡介,arm處理器是基于精簡指令集計算機(risc)原理設(shè)計的，指令集和相關(guān)譯碼機制較為簡單。arm7tdmi(-s)具有32位arm指令集和16位thumb指令集，arm指令集效率高，但是代碼密度低;而thumb指令集具有較高的代碼密度，卻仍然保持arm的大多數(shù)性能上的優(yōu)勢，它是arm指令集的子集。所有的arm指令都是可以有條件執(zhí)行的，而thumb指令僅有一條指令具備條件執(zhí)行功能。arm程序和thumb程序可相互調(diào)用，相互之間的狀態(tài)切換開銷幾乎為零。,第3章 arm7tdmi(-s)指令系統(tǒng),arm指令集與thumb指令集的關(guān)系,thumb指令集具有靈活、小巧的特點,arm指令集支持arm核所有的特性，具有高效、快速的特點,3.1 arm處理器尋址方式,尋址方式分類,尋址方式是根據(jù)指令中給出的地址碼字段來實現(xiàn)尋找真實操作數(shù)地址的方式。arm處理器具有8種基本尋址方式。 1.寄存器尋址； 2.立即尋址； 3.寄存器移位尋址； 4.寄存器間接尋址； 5.基址尋址； 6.多寄存器尋址； 7.堆棧尋址； 8.相對尋址。,操作數(shù)的值在寄存器中，指令中的地址碼字段指出的是寄存器編號，指令執(zhí)行時直接取出寄存器值來操作。寄存器尋址指令舉例如下： mov r1,r2 ;將r2的值存入r1 sub r0,r1,r2 ;將r1的值減去r2的值，結(jié)果保存到r0,3.1 arm處理器尋址方式,尋址方式分類寄存器尋址,mov r1,r2,0xaa,立即尋址指令中的操作碼字段后面的地址碼部分即是操作數(shù)本身，也就是說，數(shù)據(jù)就包含在指令當中，取出指令也就取出了可以立即使用的操作數(shù)(這樣的數(shù)稱為立即數(shù))。立即尋址指令舉例如下： subs r0,r0,#1 ;r0減1，結(jié)果放入r0，并且影響標志位 mov r0,#0xff000 ;將立即數(shù)0xff000裝入r0寄存器,3.1 arm處理器尋址方式,尋址方式分類立即尋址,mov r0,#0xff00,0xff00,從代碼中獲得數(shù)據(jù),寄存器移位尋址是arm指令集特有的尋址方式。當?shù)?個操作數(shù)是寄存器移位方式時，第2個寄存器操作數(shù)在與第1個操作數(shù)結(jié)合之前，選擇進行移位操作。寄存器移位尋址指令舉例如下： mov r0,r2,lsl #3 ;r2的值左移3位，結(jié)果放入r0， ;即是r0=r28 ands r1,r1,r2,lsl r3 ;r2的值左移r3位，然后和r1相 ;“與”操作，結(jié)果放入r1,3.1 arm處理器尋址方式,尋址方式分類寄存器移位尋址,mov r0,r2,lsl #3,0x08,0x08,邏輯左移3位,寄存器間接尋址指令中的地址碼給出的是一個通用寄存器的編號，所需的操作數(shù)保存在寄存器指定地址的存儲單元中，即寄存器為操作數(shù)的地址指針。寄存器間接尋址指令舉例如下： ldr r1,r2 ;將r2指向的存儲單元的數(shù)據(jù)讀出 ;保存在r1中 swp r1,r1,r2 ;將寄存器r1的值和r2指定的存儲 ;單元的內(nèi)容交換,3.1 arm處理器尋址方式,尋址方式分類寄存器間接尋址,ldr r0,r2,0xaa,基址尋址就是將基址寄存器的內(nèi)容與指令中給出的偏移量相加，形成操作數(shù)的有效地址?；穼ぶ酚糜谠L問基址附近的存儲單元，常用于查表、數(shù)組操作、功能部件寄存器訪問等?；穼ぶ分噶钆e例如下： ldr r2,r3,#0x0c ;讀取r3+0x0c地址上的存儲單元 ;的內(nèi)容，放入r2 str r1,r0,#-4! ;先r0=r0-4，然后把r1的值寄存 ;到保存到r0指定的存儲單元,3.1 arm處理器尋址方式,尋址方式分類基址尋址,ldr r2,r3,#0x0c,0xaa,將r3+0x0c作為地址裝載數(shù)據(jù),多寄存器尋址一次可傳送幾個寄存器值，允許一條指令傳送16個寄存器的任何子集或所有寄存器。多寄存器尋址指令舉例如下： ldmia r1!,r2-r7,r12 ;將r1指向的單元中的數(shù)據(jù)讀出到 ;r2r7、r12中(r1自動加1) stmia r0!,r2-r7,r12 ;將寄存器r2r7、r12的值保 ;存到r0指向的存儲; 單元中 ;(r0自動加1),3.1 arm處理器尋址方式,尋址方式分類多寄存器尋址,ldmia r1!,r2-r4,r6,0x40000010,堆棧是一個按特定順序進行存取的存儲區(qū)，操作順序為“后進先出” 。堆棧尋址是隱含的，它使用一個專門的寄存器(堆棧指針)指向一塊存儲區(qū)域(堆棧)，指針所指向的存儲單元即是堆棧的棧頂。存儲器堆?？煞譃閮煞N： 向上生長：向高地址方向生長，稱為遞增堆棧 向下生長：向低地址方向生長，稱為遞減堆棧,3.1 arm處理器尋址方式,尋址方式分類堆棧尋址,3.1 arm處理器尋址方式,尋址方式分類堆棧尋址,0x12345678,0x12345678,堆棧指針指向最后壓入的堆棧的有效數(shù)據(jù)項，稱為滿堆棧；堆棧指針指向下一個待壓入數(shù)據(jù)的空位置，稱為空堆棧。,3.1 arm處理器尋址方式,尋址方式分類堆棧尋址,0x12345678,所以可以組合出四種類型的堆棧方式： 滿遞增：堆棧向上增長，堆棧指針指向內(nèi)含有效數(shù)據(jù)項的最高地址。指令如ldmfa、stmfa等； 空遞增：堆棧向上增長，堆棧指針指向堆棧上的第一個空位置。指令如ldmea、stmea等； 滿遞減：堆棧向下增長，堆棧指針指向內(nèi)含有效數(shù)據(jù)項的最低地址。指令如ldmfd、stmfd等； 空遞減：堆棧向下增長，堆棧指針向堆棧下的第一個空位置。指令如ldmed、stmed等。,3.1 arm處理器尋址方式,尋址方式分類堆棧尋址,相對尋址是基址尋址的一種變通。由程序計數(shù)器pc提供基準地址，指令中的地址碼字段作為偏移量，兩者相加后得到的地址即為操作數(shù)的有效地址。相對尋址指令舉例如下： bl subr1 ;調(diào)用到subr1子程序 beq loop ;條件跳轉(zhuǎn)到loop標號處 . loop mov r6,#1 . subr1 .,3.1 arm處理器尋址方式,尋址方式分類相對尋址,1. arm處理器的尋址方式 8種尋址方式； 2. arm指令的特點； 3. arm指令的種類，它能完成哪些功能。,本章學習重點,目錄,1.arm處理器尋址方式 2.指令集介紹 arm指令集 thumb指令集,簡單的arm程序,;文件名：test1.s ;功能：實現(xiàn)兩個寄存器相加 ;說明：使用armulate軟件仿真調(diào)試 area example1,code,readonly ;聲明代碼段example1 entry ;標識程序入口 code32 ;聲明32位arm指令 start mov r0,#0 ;設(shè)置參數(shù) mov r1,#10 loop bl add_sub ;調(diào)用子程序add_sub b loop ;跳轉(zhuǎn)到loop add_sub adds r0,r0,r1 ;r0 = r0 + r1 mov pc,lr ;子程序返回 end ;文件結(jié)束,使用“；”進行注釋,標號頂格寫,實際代碼段,聲明文件結(jié)束,;文件名：test1.s ;功能：實現(xiàn)兩個寄存器相加 ;說明：使用armulate軟件仿真調(diào)試 area example1,code,readonly ;聲明代碼段example1 entry ;標識程序入口 code32 ;聲明32位arm指令 start mov r0,#0 ;設(shè)置參數(shù) mov r1,#10 loop bl add_sub ;調(diào)用子程序add_sub b loop ;跳轉(zhuǎn)到loop add_sub adds r0,r0,r1 ;r0 = r0 + r1 mov pc,lr ;子程序返回 end ;文件結(jié)束,簡單的arm程序,目錄,1.arm處理器尋址方式 2.指令集介紹 arm指令集 thumb指令集,arm指令小節(jié)目錄,1.指令格式 2.條件碼 3.arm指令,arm指令小節(jié)目錄,1.指令格式 2.條件碼 3.arm指令,arm指令的基本格式如下：,3.2 指令集介紹,arm指令集指令格式, s ,其中號內(nèi)的項是必須的，號內(nèi)的項是可選的。各項的說明如下：,opcode：指令助記符； cond：執(zhí)行條件； s：是否影響cpsr寄存器的值； rd：目標寄存器； rn：第1個操作數(shù)的寄存器； operand2：第2個操作數(shù)；,arm指令的基本格式如下：,3.2 指令集介紹,arm指令集第2個操作數(shù), s ,靈活的使用第2個操作數(shù)“operand2”能夠提高代碼效率。它有如下的形式： #immed_8r常數(shù)表達式； rm寄存器方式； rm,shift寄存器移位方式；,3.2 指令集介紹,arm指令集第2個操作數(shù),#immed_8r常數(shù)表達式 該常數(shù)必須對應(yīng)8位位圖，即必須是一個8位的常數(shù)通過循環(huán)右移偶數(shù)位可以得到的數(shù)。,循環(huán)右移10位,移位前的8位常數(shù)0x12,移位后得到的常數(shù)0x04800000,3.2 指令集介紹,arm指令集第2個操作數(shù),#immed_8r常數(shù)表達式 該常數(shù)必須對應(yīng)8位位圖，即必須是一個8位的常數(shù)通過循環(huán)右移偶數(shù)位可以得到的數(shù)。,例如： mov r0,#1 and r1,r2,#0x0f mov r1,#0xc000 ;0xc000可由0x03循環(huán)右移16位得到,2.請列舉2個8位圖立即數(shù)？,思考與練習,?,1.以下8位圖立即數(shù)是否合法？ 0x0103c000 0x12800000,0x4000003b（0xed循環(huán)右移2位） 0x0016c000（0x5b循環(huán)右移18位）,3.2 指令集介紹,arm指令集第2個操作數(shù),rm寄存器方式 在寄存器方式下，操作數(shù)即為寄存器的數(shù)值。 例如： sub r1,r1,r2 mov pc,r0,3.2 指令集介紹,arm指令集第2個操作數(shù),rm,shift寄存器移位方式 將寄存器的移位結(jié)果作為操作數(shù)，但rm值保持不變，移位方法如下：,3.2 指令集介紹,arm指令集第2個操作數(shù),3.2 指令集介紹,arm指令集第2個操作數(shù),rm,shift寄存器移位方式 例如： add r1,r1,r1,lsl #3 ;r1=r1+r1*8=9r1 sub r1,r1,r2,lsr r3 ;r1=r1-(r2/2r3),arm指令小節(jié)目錄,1.指令格式 2.條件碼 3.arm指令,arm指令的基本格式如下：,3.2 指令集介紹,arm指令集條件碼, s ,使用條件碼“cond”可以實現(xiàn)高效的邏輯操作，提高代碼效率。 絕大部分的arm指令都可以條件執(zhí)行，而thumb指令只有b（跳轉(zhuǎn)）指令具有條件執(zhí)行 功能。如果指令不標明條件代碼，將默認為無條件（al）執(zhí)行。,指令條件碼表,3.2 指令集介紹,arm指令集條件碼,c代碼： if(a b) a+; else b+;,對應(yīng)的匯編代碼： cmp r0,r1 ;r0與r1比較 addhi r0,r0,#1;若r0r1，則r0=r0+1 addls r1,r1,#1;若r0r1，則r1=r1+1,示例：,1. arm處理器的尋址方式 8種尋址方式； 2. arm指令的特點 可條件執(zhí)行、可選擇影響標志位、具有非常靈活的第二操作數(shù)； 3. arm指令的種類，它能完成哪些功能。,本章學習重點,arm指令種類,1.存儲器訪問指令 2.數(shù)據(jù)處理指令 3.乘法指令 4.arm分支指令 5.協(xié)處理器指令 6.雜項指令 7.偽指令,為什么要掌握部分常用arm指令？ 熟悉arm體系結(jié)構(gòu)：通過指令的學習可以更深入的了解arm硬件結(jié)構(gòu)的特點； 修改啟動代碼：啟動代碼為了滿足大部分系統(tǒng)的順利運行，通常將系統(tǒng)硬件配置在最低性能，通過調(diào)整啟動代碼中的參數(shù)使其更適合自己的硬件系統(tǒng)； 調(diào)試程序：通過觀察反匯編代碼了解程序執(zhí)行情況，比如某個變量的操作是否被編譯器優(yōu)化掉了。 閱讀已有的匯編代碼；,arm指令種類,1.存儲器訪問指令 2.數(shù)據(jù)處理指令 3.乘法指令 4.arm分支指令 5.協(xié)處理器指令 6.雜項指令 7.偽指令,3.2 指令集介紹,arm指令集存儲器訪問指令,arm處理器是典型的risc處理器，對存儲器的訪問只能使用加載和存儲指令實現(xiàn)。arm處理器是馮諾依曼存儲結(jié)構(gòu)，程序空間、ram空間及i/o映射空間統(tǒng)一編址，除對ram操作以外，對外圍io、程序數(shù)據(jù)的訪問均要通過加載/存儲指令進行。 存儲器訪問指令分為單寄存器操作指令和多寄存器操作指令。,ldr/str指令用于對內(nèi)存變量的訪問、內(nèi)存緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的訪問、查表、外圍部件的控制操作等。若使用ldr指令加載數(shù)據(jù)到pc寄存器，則實現(xiàn)程序跳轉(zhuǎn)功能，這樣也就實現(xiàn)了程序散轉(zhuǎn)。 所有單寄存器加載/存儲指令可分為“字和無符號字節(jié)加載存儲指令”和“半字和有符號字節(jié)加載存儲指令。,3.2 指令集介紹,arm存儲器訪問指令單寄存器存取,3.2 指令集介紹,arm存儲器訪問指令單寄存器存取,3.2 指令集介紹,arm存儲器訪問指令單寄存器存取,裝載指令：ldr,存儲指令：str,ldr/str指令搭配不同的后綴實現(xiàn)不同方式的單寄存器存取操作:,arm存儲器訪問指令裝載指令,arm存儲器訪問指令保存指令,arm存儲器訪問指令地址形式,arm存儲器訪問指令尋址方式,注意：大多數(shù)情況下，必須保證字數(shù)據(jù)操作的地址是32位對齊的。,應(yīng)用示例： ldr r2,r5 ;將r5指向地址的字數(shù)據(jù)存入r2,0x12345678,arm存儲器訪問指令單寄存器轉(zhuǎn)載應(yīng)用,應(yīng)用示例： str r1,r2,#0x04 ;將r1的數(shù)據(jù)存儲到r0+0x04地址,0x12345678,+4,arm存儲器訪問指令單寄存器保存應(yīng)用,3.2 指令集介紹,arm存儲器訪問指令多寄存器存取,多寄存器加載/存儲指令可以實現(xiàn)在一組寄存器和一塊連續(xù)的內(nèi)存單元之間傳輸數(shù)據(jù)。ldm為加載多個寄存器；stm為存儲多個寄存器。允許一條指令傳送16個寄存器的任何子集或所有寄存器。它們主要用于現(xiàn)場保護、數(shù)據(jù)復制、常數(shù)傳遞等。,3.2 指令集介紹,arm存儲器訪問指令多寄存器存取,3.2 指令集介紹,arm存儲器訪問指令多寄存器存取,裝載指令：ldm,存儲指令：stm,ldm/stm指令搭配不同的后綴實現(xiàn)不同方式地址增長方式：,arm存儲器訪問指令多寄存器存取,數(shù)據(jù)塊傳送指令操作過程如右圖所示，其中r1為指令執(zhí)行前的基址寄存器，r1則為指令執(zhí)行后的基址寄存器。,3.2 指令集介紹,arm存儲器訪問指令多寄存器存取,多寄存器存取指令與堆棧操作指令的關(guān)系如下表所示。,3.2 指令集介紹,arm存儲器訪問指令多寄存器存取,多寄存器存取指令與堆棧操作指令的關(guān)系如下表所示。,0x40000000,r1,r2,0x?,0x01,0x40000000,0x?,r3,r4,0x?,r6,0x?,0x02,0x03,0x04,0x40000004,0x40000008,0x4000000c,存儲器,0x40000010,應(yīng)用示例： ldmia r1!,r2-r4,r6 將r1指向的內(nèi)存數(shù)據(jù)讀取到r0-r4和r6寄存器中,arm存儲器訪問指令多寄存器存取,應(yīng)用示例： stmfd sp!,r0-r7,lr,arm存儲器訪問指令滿遞減壓棧操作,棧 頂,1.壓棧操作前寄存器和堆棧區(qū)的狀態(tài)；,2.壓棧操作前堆棧指針指向棧頂；,應(yīng)用示例： stmfd sp!,r0-r7,lr,arm存儲器訪問指令滿遞減壓棧操作,1.壓棧操作前寄存器和堆棧區(qū)的狀態(tài)；,2.壓棧操作前堆棧指針指向棧頂；,3.執(zhí)行壓棧操作指令保存r0-r7和lr,0x0123,0x3ffc,棧 頂,應(yīng)用示例： ldmfd sp!,r0-r7,pc,arm存儲器訪問指令滿遞減出棧操作,1.出棧操作前寄存器和堆棧區(qū)的狀態(tài)；,2.出棧操作前堆棧指針指向棧頂；,棧 頂,應(yīng)用示例： ldmfd sp!,r0-r7,pc,arm存儲器訪問指令滿遞減出棧操作,1.出棧操作前寄存器和堆棧區(qū)的狀態(tài)；,2.出棧操作前堆棧指針指向棧頂；,棧 頂,3.執(zhí)行出棧操作指令恢復r0-r7和pc,0x4020,帶狀態(tài)寄存器恢復的出棧操作： ldmfd sp!,r0-r7,pc,arm存儲器訪問指令滿遞減出棧操作,1.出棧操作前寄存器和堆棧區(qū)的狀態(tài)；,2.出棧操作前堆棧指針指向棧頂；,棧 頂,棧 頂,帶狀態(tài)寄存器恢復的出棧操作： ldmfd sp!,r0-r7,pc,arm存儲器訪問指令滿遞減出棧操作,1.出棧操作前寄存器和堆棧區(qū)的狀態(tài)；,2.出棧操作前堆棧指針指向棧頂；,0x4020,3.執(zhí)行出棧操作指令恢復r0-r7和pc,3.2 指令集介紹,swp指令用于將一個內(nèi)存單元(該單元地址放在寄存器rn中)的內(nèi)容讀取到一個寄存器rd中，同時將另一個寄存器rm的內(nèi)容寫入到該內(nèi)存單元中。使用swp可實現(xiàn)信號量操作。,arm存儲器訪問指令寄存器和存儲器交換指令,3.2 指令集介紹,arm存儲器訪問指令寄存器和存儲器交換指令,3.2 指令集介紹,arm存儲器訪問指令寄存器和存儲器交換指令,裝載指令： swp 讀入寄存器,輸出寄存器,目標地址,3.2 指令集介紹,arm存儲器訪問指令寄存器和存儲器交換指令,應(yīng)用示例： swp r2,r1,r0 將r1的內(nèi)容與r0指向的存儲單元的內(nèi)容進行交換,0x12345678,0x11223344,arm指令種類,1.存儲器訪問指令 2.數(shù)據(jù)處理指令 3.乘法指令 4.arm分支指令 5.協(xié)處理器指令 6.雜項指令 7.偽指令,3.2 指令集介紹,arm指令集arm數(shù)據(jù)處理指令,數(shù)據(jù)處理指令大致可分為3類： 數(shù)據(jù)傳送指令； 算術(shù)邏輯運算指令； 比較指令。 數(shù)據(jù)處理指令只能對寄存器的內(nèi)容進行操作，而不能對內(nèi)存中的數(shù)據(jù)進行操作。所有arm數(shù)據(jù)處理指令均可選擇使用s后綴，并影響狀態(tài)標志。,3.2 指令集介紹,數(shù)據(jù)傳送指令,mov指令將8位圖立即數(shù)或寄存器傳送到目標寄存器（rd），可用于移位運算等操作。,3.2 指令集介紹,數(shù)據(jù)傳送指令,mov指令將8位圖立即數(shù)或寄存器傳送到目標寄存器（rd），可用于移位運算等操作。,同類型的指令還有mvn，它可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的非傳遞，即把操作數(shù)取反后送至目標寄存器。,3.2 指令集介紹,數(shù)據(jù)傳送指令,應(yīng)用示例： mov r3,r1,lsl #3 ;r3=r18,0x08,0x08,邏輯左移3位,思考與練習,?,1.mov指令與ldr指令都是往目標寄存器中傳送數(shù)據(jù)，但是它們有什么區(qū)別嗎？,思考與練習,?,1.mov指令與ldr指令都是往目標寄存器中傳送數(shù)據(jù)，但是它們有什么區(qū)別嗎？ mov指令用于將數(shù)據(jù)從一個寄存器傳送到另一個寄存器中，或者將一個常數(shù)傳送到一個寄存器中，但是不能訪問內(nèi)存。ldr指令用于從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)放入寄存器中。,3.2 指令集介紹,算術(shù)邏輯運算指令,算術(shù)邏輯運算指令包括“加/減”以及“與/或/異或”等指令，它們的格式如下：,3.2 指令集介紹,算術(shù)邏輯運算指令,opcode,3.2 指令集介紹,算術(shù)邏輯運算指令,opcode,3.2 指令集介紹,算術(shù)邏輯運算指令,應(yīng)用示例： add r3,r1, #0x08 ;r3=r1+8,0x0000000d,3.2 指令集介紹,算術(shù)邏輯運算指令,應(yīng)用示例： and r3,r1, #0xff ;r3=r1 & 0x000000ff,0x00000078,3.2 指令集介紹,算術(shù)邏輯運算指令,應(yīng)用示例： orr r3,r1, r2 ;r3=r1|r2,0xaa112233,3.2 指令集介紹,算術(shù)邏輯運算指令,應(yīng)用示例： eor r3,r1, r2,lsl 0x03 ;r3=r1 (r2 8),0x00000077,邏輯左移3位,0x00000088,思考與練習,?,1.用r1寄存器的最低字節(jié)替換掉r2寄存器的最低字節(jié)，并不影響條件標志位？,byte0,byte0,思考與練習,?,1.用r1寄存器的最低字節(jié)替換掉r2寄存器的最低字節(jié)，并不影響條件標志位？ and r1，r1，#0x000000ff and r2，r2，#0xffffff00 orr r2，r2，r1,3.2 指令集介紹,比較指令,比較指令將兩個數(shù)值進行的特定運算，根據(jù)運算結(jié)果影響cpsr的相關(guān)標志位，用于后面程序的條件執(zhí)行，但是運算結(jié)果不予保存。,3.2 指令集介紹,比較指令,opcode,3.2 指令集介紹,比較指令,應(yīng)用示例： cmp r3,r1 ;r3減r1并影響標志位,無符號小于,3.2 指令集介紹,比較指令,應(yīng)用示例： tst r3,#0x02 ;測試r3的第2位并影響標志位,為1,3.2 指令集介紹,比較指令,應(yīng)用示例： teq r3,r2 ; r3與r2是否相等并影響標志位,不等,與cmp的區(qū)別在于teq不影響c和v位，也就是只能判斷是否相等，而不能判斷是否大于，或小于。,arm指令種類,1.存儲器訪問指令 2.數(shù)據(jù)處理指令 3.乘法指令 4.arm分支指令 5.協(xié)處理器指令 6.雜項指令 7.偽指令,3.2 指令集介紹,arm指令集乘法指令,arm7tdmi具有三種乘法指令，分別為： 3232位乘法指令； 32 32位乘加指令； 32 32位結(jié)果為64位的乘/乘加指令。,3.2 指令集介紹,arm指令集乘法指令,3.2 指令集介紹,arm指令集3232位乘法指令,3.2 指令集介紹,應(yīng)用示例： mul r3,r2,r1 ; r3=r2r1,arm指令集3232位乘法指令,0x00000010,3.2 指令集介紹,arm指令集3232位乘加法指令,3.2 指令集介紹,應(yīng)用示例： mla r3,r2,r1,r0 ; r3=r2r1 + r0,arm指令集3232位乘加法指令,0x00000010,0x00000015,arm指令種類,1.存儲器訪問指令 2.數(shù)據(jù)處理指令 3.乘法指令 4.arm分支指令 5.協(xié)處理器指令 6.雜項指令 7.偽指令,3.2 指令集介紹,arm指令集程序如何跳轉(zhuǎn),在arm中有兩種方式可以實現(xiàn)程序的跳轉(zhuǎn)： 1.直接向pc寄存器賦值實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)； 例： mov pc,r14 2.使用分支指令直接跳轉(zhuǎn)。,3.2 指令集介紹,arm指令集,分支指令,3.2 指令集介紹,arm指令集,分支指令,opcode 跳轉(zhuǎn)目標,arm指令分支指令,b/bl指令編碼格式,因為用來表示目標地址的位數(shù)有限，所以b/bl指令無法實現(xiàn)4g（32位）范圍內(nèi)的任意跳轉(zhuǎn),3.2 指令集介紹,b指令為簡單的跳轉(zhuǎn)指令，不附帶其它功能。跳轉(zhuǎn)范圍限制在當前指令的32m字節(jié)地址內(nèi)(arm指令為字對齊，最低2位地址固定為0)。,arm指令集,分支指令,“b”,arm指令分支指令,帶鏈接的分支指令bl指令除了具有跳轉(zhuǎn)功能，還能在跳轉(zhuǎn)之前將下一條指令的地址拷貝到r14(即lr) 鏈接寄存器中，它適用于子程序調(diào)用。跳轉(zhuǎn)范圍限制在當前指令的32m字節(jié)地址內(nèi)。指令格式如下：,addr1,addr2,1.當程序執(zhí)行到bl跳轉(zhuǎn)指令時，硬件將下一條指令的地址addr2裝入lr寄存器，并把跳轉(zhuǎn)地址裝入程序計數(shù)器（pc）,2. 程序跳轉(zhuǎn)到目標地址label繼續(xù)執(zhí)行，當子程序執(zhí)行結(jié)束后，將lr寄存器內(nèi)容存入pc，返回調(diào)用函數(shù)繼續(xù)執(zhí)行,“bl”,例如： bl delayns ;調(diào)用子程序delayns,arm指令分支指令,帶狀態(tài)切換的分支指令bx指令除了具有跳轉(zhuǎn)功能，還能在跳轉(zhuǎn)的同時切換處理器狀態(tài)。其跳轉(zhuǎn)范圍不受限制。指令格式如下：,“bx”,arm指令分支指令,帶狀態(tài)切換的分支指令bx指令除了具有跳轉(zhuǎn)功能，還能在跳轉(zhuǎn)的同時切換處理器狀態(tài)。其跳轉(zhuǎn)范圍不受限制。指令格式如下：,“bx”,例如： adrl r0,t_fun+1 ;將thumb程序的入口地址加1存入r0 bx r0 ; 跳轉(zhuǎn)到r0指定的地址， ;并根據(jù)r0的最低位來切換處理器狀態(tài),arm指令種類,1.存儲器訪問指令 2.數(shù)據(jù)處理指令 3.乘法指令 4.arm分支指令 5.協(xié)處理器指令 6.雜項指令 7.偽指令,3.2 指令集介紹,arm指令集協(xié)處理器指令,arm內(nèi)核支持協(xié)處理器操作，協(xié)處理器的控制要通過協(xié)處理器命令實現(xiàn)。,arm內(nèi)核與協(xié)處理器的關(guān)系,arm指令協(xié)處理器指令,arm指令種類,1.存儲器訪問指令 2.數(shù)據(jù)處理指令 3.乘法指令 4.arm分支指令 5.協(xié)處理器指令 6.雜項指令 7.偽指令,在arm指令集中雜項指令共有3條，它們非常重要，特別是與操作系統(tǒng)的使用息息相關(guān)： 1.軟件中斷產(chǎn)生指令：swi 2. 程序狀態(tài)寄存器讀指令：mrs 3. 程序狀態(tài)寄存器寫指令：msr,3.2 指令集介紹,arm指令集雜項指令,3.2 指令集介紹,arm指令集軟中斷指令,swi指令用于產(chǎn)生軟中斷，主要用于用戶程序調(diào)用操作系統(tǒng)的系統(tǒng)服務(wù)。執(zhí)行該指令后，處理器將完成以下動作： 1. 切換到管理模式 2. 將cpsr備份到管理模式下的spsr寄存器 3. 程序跳轉(zhuǎn)到軟件中斷入口,“swi”,1.使用操作系統(tǒng)后，為了防止出錯的任務(wù)影響其它任務(wù)的執(zhí)行，通常將任務(wù)放在用戶模式執(zhí)行，以限制其權(quán)限；,2.對于一些重要的操作，如中斷的開關(guān)，必須由操作系統(tǒng)完成。使用軟件中斷指令即可完成系統(tǒng)功能調(diào)用；,arm雜項指令軟中斷指令,3.2 指令集介紹,arm指令集軟中斷指令,swi指令格式如下所示：,“swi”,arm雜項指令軟中斷指令,根據(jù)swi指令傳遞的參數(shù)swi異常處理程序可以作出相應(yīng)的處理。swi指令傳遞參數(shù)有以下兩種方法， 指令中的24位立即數(shù)指定了用戶請求的服務(wù)類型，參數(shù)通過通用寄存器傳遞。 mov r0,#34 ;設(shè)置子功能號為34 swi 12 ;調(diào)用12號軟中斷 指令中的24位立即數(shù)被忽略，用戶請求的服務(wù)類型由寄存器r0的值決定，參數(shù)通過其它的通用寄存器傳遞。 mov r0,#12 ;調(diào)用12號軟中斷 mov r1,#34 ;設(shè)置子功能號為34 swi 0,arm雜項指令軟中斷指令,在swi異常中斷處理程序中，取出swi指令中立即數(shù)的步驟為： 首先確定引起軟中斷的swi指令是arm指令還是thumb指令，這可通過對spsr訪問得到； 然后取得該swi指令的地址，這可通過訪問lr寄存器得到； 接著讀出該swi指令，分解出立即數(shù)。,swi_handler stmfd sp!, r0-r3, r12, lr ; 現(xiàn)場保護 mrs r0, spsr ; 讀取spsr stmfd sp!, r0 ; 保存spsr tst r0, #0x20 ; 測試t標志位 ldrneh r0, lr,#-2 ; 若是thumb指令，讀取指令碼(16位) bicne r0, r0, #0xff00 ; 取得thumb指令的8位立即數(shù) ldreq r0, lr,#-4 ; 若是arm指令，讀取指令碼(32位) biceq r0, r0, #0xff000000 ; 取得arm指令的24位立即數(shù) . ldmfd sp!, r0-r3, r12, pc ; swi異常中斷返回,3.2 指令集介紹,arm指令集狀態(tài)寄存器讀指令,在arm處理器中，只有mrs指令可以對狀態(tài)寄存器cpsr和spsr進行讀操作。通過讀cpsr可以了解當前處理器的工作狀態(tài)。讀spsr寄存器可以了解到進入異常前的處理器狀態(tài)。指令格式如下所示：,“mrs”,3.2 指令集介紹,arm指令集狀態(tài)寄存器讀指令,應(yīng)用示例： mrs r1,cpsr ; 讀取cpsr狀態(tài)寄存器到r1 mrs r2,spsr ; 讀取spsr狀態(tài)寄存器到r2,“mrs”,arm雜項指令狀態(tài)寄存器寫指令,在arm處理器中，只有msr指令可以對狀態(tài)寄存器cpsr和spsr進行寫操作。與mrs配合使用，可以實現(xiàn)對cpsr或spsr寄存器的讀-修改-寫操作，可以切換處理器模式等操作。,“msr”,3.2 指令集介紹,arm指令集狀態(tài)寄存器寫指令,示例，將r0的內(nèi)容寫入cpsr寄存器的控制位域 msr cpsr_c,r0,“msr”,byte0,arm雜項指令狀態(tài)寄存器寫指令,“msr”,啟動代碼堆棧初始化應(yīng)用示例： initstack mov r0,lr ;設(shè)置管理模式堆棧 msr cpsr_c,#0xd3 ldr sp,stacksvc ;設(shè)置中斷模式堆棧 msr cpsr_c,#0xd2 ldr sp,stackirq ,msr cpsr_c,#0xd3,cprs寄存器,arm雜項指令狀態(tài)寄存器寫指令,“msr”,啟動代碼堆棧初始化應(yīng)用示例： initstack mov r0,lr ;設(shè)置管理模式堆棧 msr cpsr_c,#0xd3 ldr sp,stacksvc ;設(shè)置中斷模式堆棧 msr cpsr_c,#0xd2 ldr sp,stackirq ,msr cpsr_c,#0xd2,cprs寄存器,思考與練習,?,1. 使用msr和mrs指令，通過修改cpsr寄存器，實現(xiàn)打開/關(guān)閉irq中斷的兩個子程序，注意不能影響其它位？,(1),(2),(3),(4),;子程序：使能irq中斷 enable_irq mrs r0, cpsr bic r0, r0,#0x80 msr cpsr_c,r0 mov pc,lr,;子程序：禁能irq中斷 disable_irq mrs r0 cpsr orr r0, r0,#0x80 msr cpsr_c,r0 mov pc,lr,1.將cpsr寄存器內(nèi)容讀出到r0；,2.修改對應(yīng)于cpsr中的i控制位；,3.將修改后的值寫回 cpsr寄存器的對應(yīng)控制域；,4.返回上一層函數(shù)；,思考與練習,?,arm指令種類,1.存儲器訪問指令 2.數(shù)據(jù)處理指令 3.乘法指令 4.arm分支指令 5.協(xié)處理器指令 6.雜項指令 7.偽指令,3.2 指令集介紹,arm偽指令,arm偽指令不屬于arm指令集中的指令，是為了編程方便而定義的。偽指令可以像其它arm指令一樣使用，但在編譯時這些指令將被等效的arm指令代替。,3.2 指令集介紹,arm偽指令,arm偽指令有四條： 1.小范圍地址讀取指令：adr 2.中等范圍地址讀取指令：adrl 3.大等范圍地址讀取指令：ldr 4.空操作指令：nop,arm偽指令小范圍的地址讀取,adr偽指令將基于pc相對偏移的地址值或基于寄存器相對偏移的地址值讀取到寄存器中。在匯編編譯器編譯源程序時，adr偽指令被編譯器替換成一條合適的指令，若不能用一條指令實現(xiàn)，則產(chǎn)生錯誤，編譯失敗。,arm偽指令小范圍的地址讀取,地址表達式expr的取指范圍： 當?shù)刂分挡皇亲謱R時，其取指范圍為255； 當?shù)刂分凳亲謱R時，其取指范圍為1020； 當?shù)刂分凳?6字節(jié)對齊時，其取指范圍將更大。,arm偽指令小范圍的地址讀取,. adr r0,delay . delay mov r0,r14 .,應(yīng)用示例（源程序）：,使用偽指令將程序標號delay的地址存入r0,. 0x20 add r0,pc,#0x3c . . 0x64 mov r0,r14 .,編譯后的反匯編代碼：,arm偽指令小范圍的地址讀取,. adr r0,delay . delay mov r0,r14 .,應(yīng)用示例（源程序）：,使用偽指令將程序標號delay的地址存入r0,. 0x20 add r0,pc,#0x3c . . 0x64 mov r0,r14 .,編譯后的反匯編代碼：,adr偽指令被匯編成一條指令,arm偽指令小范圍的地址讀取,arm偽指令中等范圍的地址讀取,adrl偽指令將基于pc相對偏移的地址值或基于寄存器相對偏移的地址值讀取到寄存器中，比adr偽指令可以讀取更大范圍的地址 。在匯編編譯器編譯源程序時，adrl偽指令被編譯器替換成兩條合適的指令。若不能用兩條指令實現(xiàn)，則產(chǎn)生錯誤，編譯失敗。,arm偽指令中等范圍的地址讀取,地址表達式expr的取指范圍： 當?shù)刂分挡皇亲謱R時，其取指范圍為64k 當?shù)刂分凳亲謱R時，其取指范圍為256k 當?shù)刂分凳?6字節(jié)對齊時，其取指范圍將更大,arm偽指令中等范圍的地址讀取,. adrl r0,delay . delay mov r0,r14 .,應(yīng)用示例（源程序）：,使用偽指令將程序標號delay的地址存入r0,. 0x20 add r0,pc,#40 0x24 add r0,r0,#0 . 0x68 mov r0,r14 .,編譯后的反匯編代碼：,arm偽指令中等范圍的地址讀取,. adrl r0,delay . delay mov r0,r14 .,應(yīng)用示例（源程序）：,使用偽指令將程序標號delay的地址存入r0,. 0x20 add r0,pc,#40 0x24 add r0,r0,#0 . 0x68 mov r0,r14 .,編譯后的反匯編代碼：,adrl偽指令被匯編成兩條指令，盡管第2條指令并沒有意義,arm偽指令大范圍的地址讀取,ldr偽指令用于加載32位的立即數(shù)或一個地址值到指定寄存器。在匯編編譯源程序時，ldr偽指令被編譯器替換成一條合適的指令。若加載的常數(shù)未超出mov或mvn的范圍，則使用mov或mvn指令代替該ldr偽指令，否則匯編器將常量放入文字池，并使用一條程序相對偏移的ldr指令從文字池讀出常量。,地址表達式expr的取指范圍為任意值,arm偽指令大范圍的地址讀取,. ldr r0,=delay . delay mov r0,r14 .,應(yīng)用示例（源程序）：,使用偽指令將程序標號delay的地址存入r0,. 0x60 ldr r0,0xb4 . 0x64 mov r0, lr . 0xb4 dcd 0x64,編譯后的反匯編代碼：,arm偽指令大范圍的地址讀取,. ldr r0,=delay . delay mov r0,r14 .,應(yīng)用示例（源程序）：,. 0x60 ldr r0,0xb4 . 0x64 mov r0, lr . 0xb4 dcd 0x64,編譯后的反匯編代碼：,ldr偽指令被匯編成一條ldr指令，并在文字池中定義了一個常量，該常量為delay標號的地址,使用偽指令將程序標號delay的地址存入r0,必須加入”=”,3.2 指令集介紹,nop偽指令在匯編時將會被代替成arm中的空操作，比如可能是“mov r0,r0”指令等。nop可用于延時操作。 指令格式：,“nop”,arm偽指令空操作偽指令,思考與練習,?,1.請使用nop偽指令、比較指令、條件跳轉(zhuǎn)指令等完成一個軟件延時子程序，延時長度由r0寄存器的數(shù)值控制？,思考與練習,?,1.請使用nop偽指令、比較指令、條件跳轉(zhuǎn)指令等完成一個軟件延時子程序，延時長度由r0寄存器的數(shù)值控制？ delay nop ;空操作 nop nop subs r0,r0,#1 ;循環(huán)次數(shù)減一 bne delay ;如果循環(huán)未結(jié)束,跳轉(zhuǎn)delay繼續(xù) mov pc,lr ;子程序返回,1. arm處理器的尋址方式 共有9種尋址方式； 2. arm指令的特點 可條件執(zhí)行、可選擇影響標志位、具有非常靈活的第二操作數(shù)； 3. arm指令的種類，它能完成哪些功能 共有7類指令，可以完成存儲器訪問、數(shù)據(jù)運算、程序跳轉(zhuǎn)、處理器控制、以及幫助編程的偽指令等。,本章學習重點,第4章 目錄,1.arm處理器尋址方式 2.指令集介紹 arm指令集 thumb指令集,3.2 指令集