ARM體系結(jié)構(gòu)與指令集課件

嵌入式系統(tǒng)技術(shù)與設(shè)計(jì)第2章ARM體系結(jié)構(gòu)與指令集嵌入式系統(tǒng)技術(shù)與設(shè)計(jì)第2章ARM體系結(jié)構(gòu)與指令集1ARM體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)2.1ARM處理器工作模式2.2寄存器組織2.3流水線2.4ARM存儲系統(tǒng)2.5異常2.6ARM處理器的尋址方式2.7ARM處理器的指令集2.8ARM體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)2.1ARM處理器工作模式2.2寄存器組2本章將要介紹ARM體系結(jié)構(gòu)、ARM處理器的工作模式及常用指令集等。通過本章的學(xué)習(xí)，希望讀者能夠了解ARM處理器內(nèi)部的主要工作單元、基本工作原理，掌握常用指令集，并為以后的程序設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。本章將要介紹ARM體系結(jié)構(gòu)、ARM處理器的工作模式及3本章主要內(nèi)容：●ARM體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)●ARM處理器的工作模式●寄存器組織●流水線●ARM存儲●異常●ARM處理器的尋址方式●ARM處理器的指令集本章主要內(nèi)容：42.1ARM體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)ARM內(nèi)核采用RISC體系結(jié)構(gòu)。RISC技術(shù)的主要特點(diǎn)參見1.3節(jié)。ARM體系結(jié)構(gòu)的主要特征如下（在本書的后續(xù)章節(jié)中將對這些特征做詳細(xì)講解）：（1）大量的寄存器，它們都可以用于多種用途；（2）Load/Store體系結(jié)構(gòu)；（3）每條指令都條件執(zhí)行；（4）多寄存器的Load/Store指令；2.1ARM體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)ARM內(nèi)核采用RISC5（5）能夠在單時(shí)鐘周期執(zhí)行的單條指令內(nèi)完成一項(xiàng)普通的移位操作和一項(xiàng)普通的ALU操作；（6）通過協(xié)處理器指令集來擴(kuò)展ARM指令集，包括在編程模式中增加了新的寄存器和數(shù)據(jù)類型。（7）如果把Thumb指令集也當(dāng)作ARM體系結(jié)構(gòu)的一部分，那么還可以加上：在Thumb體系結(jié)構(gòu)中以高密度16位壓縮形式表示指令集。（5）能夠在單時(shí)鐘周期執(zhí)行的單條指令內(nèi)完成一項(xiàng)普通的62.2ARM處理器工作模式表2-1 ARM處理器的工作模式處理器工作模式簡

寫描

述用戶模式（User）usr正常程序執(zhí)行模式，大部分任務(wù)執(zhí)行在這種模式下快速中斷模式（FIQ）fiq當(dāng)一個(gè)高優(yōu)先級（fast）中斷產(chǎn)生時(shí)將會進(jìn)入這種模式，一般用于高速數(shù)據(jù)傳輸和通道處理外部中斷模式（IRQ）irq當(dāng)一個(gè)低優(yōu)先級（normal）中斷產(chǎn)生時(shí)將會進(jìn)入這種模式，一般用于通常的中斷處理特權(quán)模式（Supervisor）svc當(dāng)復(fù)位或軟中斷指令執(zhí)行時(shí)進(jìn)入這種模式，是一種供操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模式數(shù)據(jù)訪問中止模式（Abort）abt當(dāng)存取異常時(shí)將會進(jìn)入這種模式，用于虛擬存儲或存儲保護(hù)未定義指令中止模式（Undef）und當(dāng)執(zhí)行未定義指令時(shí)進(jìn)入這種模式，有時(shí)用于通過軟件仿真協(xié)處理器硬件的工作方式系統(tǒng)模式（System）sys使用和User模式相同寄存器集的模式，用于運(yùn)行特權(quán)級操作系統(tǒng)任務(wù)2.2ARM處理器工作模式表2-1 ARM處理器的工7除用戶模式外的其他6種處理器模式稱為特權(quán)模式（PrivilegedModes）。在特權(quán)模式下，程序可以訪問所有的系統(tǒng)資源，也可以任意地進(jìn)行處理器模式切換。其中以下5種又稱為異常模式：（1）快速中斷模式（FIQ）；（2）外部中斷模式（IRQ）；（3）特權(quán)模式（Supervior）；（4）數(shù)據(jù)訪問中止模式（Abort）；（5）未定義指令中止模式（Undef）。除用戶模式外的其他6種處理器模式稱為特權(quán)模式（Pri82.3寄存器組織ARM處理器有如下37個(gè)32位長的寄存器：（1）30個(gè)通用寄存器；（2）6個(gè)狀態(tài)寄存器：1個(gè)CPSR（CurrentProgramStatusRegister，當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器），5個(gè)SPSR（SavedProgramStatusRegister，備份程序狀態(tài)寄存器）；（3）1個(gè)PC（ProgramCounter，程序計(jì)數(shù)器）。2.3寄存器組織ARM處理器有如下37個(gè)32位長9ARM處理器共有7種不同的處理器模式，在每一種處理器模式中有一組相應(yīng)的寄存器組。表2-2列出了ARM處理器的寄存器組織概要。ARM處理器共有7種不同的處理器模式，在每一種處理器10表2-2 ARM處理器的寄存器組織概要User

FIQIRQ

SVC

Undef

AbortR0UsermodeR0～R7,R15和CPSRUsermodeR0～R12,R15和CPSRUsermodeR0～R12,R15和CPSRUsermodeR0～R12,R15和CPSRUsermodeR0～R12,R15和CPSR

R1R2R3R4R5R6R7R8R8R9R9R10R10R11R11R12R12R13(SP)R13(SP)R13R13R13R13R14(LR)R14(LR)R14R14R14R14R15(PC)

CPSR

SPSRSPSRSPSRSPSRSPSR表2-2 ARM處理器的寄存器組織概要UserFIQI112.3.1通用寄存器通用寄存器根據(jù)其分組與否可分為以下2類。（1）未分組寄存器（theUnbankedRegister），包括R0～R7。（2）分組寄存器（theBankedRegister），包括R8～R14。2.3.1通用寄存器通用寄存器根據(jù)其分組與否可分12未分組寄存器包括R0～R7。未分組寄存器沒有被系統(tǒng)用于特殊的用途，任何可采用通用寄存器的應(yīng)用場合都可以使用未分組寄存器。1．未分組寄存器未分組寄存器包括R0～R7。1．未分組寄存器13對于分組寄存器R13和R14來說，每個(gè)寄存器對應(yīng)6個(gè)不同的物理寄存器。其中的一個(gè)是用戶模式和系統(tǒng)模式公用的，而另外5個(gè)分別用于5種異常模式。訪問時(shí)需要指定它們的模式。名字形式如下：（1）R13_<mode>（2）R14_<mode>其中，<mode>可以是以下幾種模式之一：usr、svc、abt、und、irp及fiq。2．分組寄存器對于分組寄存器R13和R14來說，每個(gè)寄存器對應(yīng)6個(gè)14寄存器R14又被稱為連接寄存器（LinkRegister，LR），在ARM體系結(jié)構(gòu)中具有下面兩種特殊的作用。（1）每一種處理器模式用自己的R14存放當(dāng)前子程序的返回地址。寄存器R14又被稱為連接寄存器（LinkRegis15（2）當(dāng)異常中斷發(fā)生時(shí)，該異常模式特定的物理寄存器R14被設(shè)置成該異常模式的返回地址，對于有些模式R14的值可能與返回地址有一個(gè)常數(shù)的偏移量（如數(shù)據(jù)異常使用SUBPC，LR，#8返回）。R14也可以被用做通用寄存器使用。（2）當(dāng)異常中斷發(fā)生時(shí)，該異常模式特定的物理寄存器R162.3.2狀態(tài)寄存器當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器（CurrentProgramStatusRegister，CPSR）可以在任何處理器模式下被訪問，它包含下列內(nèi)容：（1）ALU（ArithmeticLogicUnit，算術(shù)邏輯單元）狀態(tài)標(biāo)志的備份；（2）當(dāng)前的處理器模式；（3）中斷使能標(biāo)志；（4）設(shè)置處理器的狀態(tài)（只在4T架構(gòu)）。2.3.2狀態(tài)寄存器當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器（Curr17圖2-1程序狀態(tài)寄存器格式圖2-1程序狀態(tài)寄存器格式18N（Negative）、Z（Zero）、C（Carry）和V（oVerflow）通稱為條件標(biāo)志位。（1）N（2）Z（3）C（4）V1．標(biāo)志位N（Negative）、Z（Zero）、C（Carr19在帶DSP指令擴(kuò)展的ARMv5及更高版本中，bit[27]被指定用于指示增強(qiáng)的DAP指令是否發(fā)生了溢出，因此也就被稱為Q標(biāo)志位。同樣，在SPSR中bit[27]也被稱為Q標(biāo)志位，用于在異常中斷發(fā)生時(shí)保存和恢復(fù)CPSR中的Q標(biāo)志位。2．Q標(biāo)志位在帶DSP指令擴(kuò)展的ARMv5及更高版本中，bit20CPSR的低8位（I、F、T及M[4∶0]）統(tǒng)稱為控制位。當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，這些位的值將發(fā)生相應(yīng)的變化。另外，如果在特權(quán)模式下，也可以通過軟件編程來修改這些位的值。（1）中斷禁止位（2）狀態(tài)控制位（3）模式控制位3．控制位CPSR的低8位（I、F、T及M[4∶0]）統(tǒng)稱為控21表2-3 狀態(tài)控制位M[4∶0]含義M[4∶0]處理器模式可以訪問的寄存器0b10000UserPC，R14～R0，CPSR0b10001FIQPC，R14_fiq～R8_fiq，R7～R0，CPSR，SPSR_fiq0b10010IRQPC，R14_irq～R13_irq，R12～R0，CPSR，SPSR_irq0b10011SupervisorPC，R14_svc～R13_svc，R12～R0，CPSR，SPSR_svc0b10111AbortPC，R14_abt～R13_abt，R12～R0，CPSR，SPSR_abt0b11011UndefinedPC，R14_und～R13_und，R12～R0，CPSR，SPSR_und0b11111SystemPC，R14～R0，CPSR（ARMv4及更高版本）表2-3 狀態(tài)控制位M[4∶0]含義M[4∶0]處理器可222.3.3程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器R15又被記為PC。程序計(jì)數(shù)器在下面兩種情況下用于特殊的目的。（1）讀程序計(jì)數(shù)器。（2）寫程序計(jì)數(shù)器。2.3.3程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器R15又被記為PC232.4流水線2.4.1流水線的概念與原理處理器按照一系列步驟來執(zhí)行每一條指令，典型的步驟如下：（1）從存儲器讀取指令（fetch）；（2）譯碼以鑒別它是屬于哪一條指令（decode）；（3）從指令中提取指令的操作數(shù)（這些操作數(shù)往往存在于寄存器中）（reg）；2.4流水線2.4.1流水線的概念與原理24（4）將操作數(shù)進(jìn)行組合以得到結(jié)果或存儲器地址（ALU）；（5）如果需要，則訪問存儲器以存儲數(shù)據(jù)（mem）；（6）將結(jié)果寫回到寄存器堆（res）。（4）將操作數(shù)進(jìn)行組合以得到結(jié)果或存儲器地址（ALU252.4.2流水線的分類到ARM7為止的ARM處理器使用簡單的3級流水線，它包括下列流水線級。（1）取指令（fetch）：從寄存器裝載一條指令。（2）譯碼（decode）：識別被執(zhí)行的指令，并為下一個(gè)周期準(zhǔn)備數(shù)據(jù)通路的控制信號。在這一級，指令占有譯碼邏輯，不占用數(shù)據(jù)通路。（3）執(zhí)行（excute）：處理指令并將結(jié)果寫回寄存器。1．3級流水線ARM組織2.4.2流水線的分類到ARM7為止的ARM處26在ARM9TDMI中使用了典型的5級流水線，5級流水線包括下面的流水線級。（1）取指令（fetch）：從存儲器中取出指令，并將其放入指令流水線。（2）譯碼（decode）：指令被譯碼，從寄存器堆中讀取寄存器操作數(shù)。在寄存器堆中有3個(gè)操作數(shù)讀端口，因此，大多數(shù)ARM指令能在1個(gè)周期內(nèi)讀取其操作數(shù)。2．5級流水線ARM組織在ARM9TDMI中使用了典型的5級流水線，5級流水27（3）執(zhí)行（execute）：將其中1個(gè)操作數(shù)移位，并在ALU中產(chǎn)生結(jié)果。如果指令是Load或Store指令，則在ALU中計(jì)算存儲器的地址。（4）緩沖/數(shù)據(jù)（buffer/data）：如果需要則訪問數(shù)據(jù)存儲器，否則ALU只是簡單地緩沖1個(gè)時(shí)鐘周期。（5）回寫（write-back）：將指令的結(jié)果回寫到寄存器堆，包括任何從寄存器讀出的數(shù)據(jù)。（3）執(zhí)行（execute）：將其中1個(gè)操作數(shù)移位，28在ARM10中，將流水線的級數(shù)增加到6級，使系統(tǒng)的平均處理能力達(dá)到了1.3DMIPS/MHz。3．6級流水線ARM組織在ARM10中，將流水線的級數(shù)增加到6級，使系統(tǒng)的平29圖2-46級流水線指令的執(zhí)行過程圖2-46級流水線指令的執(zhí)行過程302.4.3影響流水線性能的因素1．互鎖2．跳轉(zhuǎn)指令2.4.3影響流水線性能的因素1．互鎖312.5ARM存儲系統(tǒng)將某個(gè)分區(qū)或是設(shè)備掛載了以后才能使用，但是當(dāng)計(jì)算機(jī)重新啟動以后，又需要重新掛載，這個(gè)時(shí)候可以通過修改/etc/fstab文件實(shí)現(xiàn)開機(jī)自動掛載文件系統(tǒng)。2.5ARM存儲系統(tǒng)將某個(gè)分區(qū)或是設(shè)備掛載了以后32ARM存儲系統(tǒng)有非常靈活的體系結(jié)構(gòu)，可以適應(yīng)不同的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的需要。ARM存儲器系統(tǒng)可以使用簡單的平板式地址映射機(jī)制（就像一些簡單的單片機(jī)一樣，地址空間的分配方式是固定的，系統(tǒng)中各部分都使用物理地址），也可以使用其他技術(shù)提供功能更為強(qiáng)大的存儲系統(tǒng)。ARM存儲系統(tǒng)有非常靈活的體系結(jié)構(gòu)，可以適應(yīng)不同的嵌33例如：（1）系統(tǒng)可能提供多種類型的存儲器件，如Flash、ROM、SRAM等；（2）Cache技術(shù)；（3）寫緩存技術(shù)（writebuffers）；（4）虛擬內(nèi)存和I/O地址映射技術(shù)。例如：34大多數(shù)的系統(tǒng)通過下面的方法之一可實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜存儲系統(tǒng)的管理。（1）使用Cache，縮小處理器和存儲系統(tǒng)速度差別，從而提高系統(tǒng)的整體性能。（2）使用內(nèi)存映射技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬空間到物理空間的映射。（3）引入存儲保護(hù)機(jī)制，增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。（4）引入一些機(jī)制保證將I/O操作映射成內(nèi)存操作后，各種I/O操作能夠得到正確的結(jié)果。大多數(shù)的系統(tǒng)通過下面的方法之一可實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜存儲系統(tǒng)35（1）內(nèi)核級的寄存器。（2）芯片級的緊耦合存儲器TCM。（3）芯片級的片上Cache存儲器的容量在8～32KB之間，訪問時(shí)間大約為10ns。（4）板卡級的DRAM。（5）外設(shè)級的后援存儲器，通常是硬盤，可能從幾百M(fèi)B到幾個(gè)GB，訪問時(shí)間為幾十ms。（1）內(nèi)核級的寄存器。362.5.1協(xié)處理器（CP15）ARM處理器支持16個(gè)協(xié)處理器。CP15，即通常所說的系統(tǒng)控制協(xié)處理器（SystemControlCoprocesssor），它負(fù)責(zé)完成大部分的存儲系統(tǒng)管理。CP15包含16個(gè)32位寄存器，其編號為0～15。CP15中的寄存器可能是只讀的，也可能是只寫的，還有一些是可讀可寫的。2.5.1協(xié)處理器（CP15）ARM處理器支持372.5.2存儲管理單元（MMU）在創(chuàng)建多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)時(shí)，最好有一個(gè)簡單的方式來編寫、裝載及運(yùn)行各自獨(dú)立的任務(wù)。目前大多數(shù)的嵌入式系統(tǒng)不再使用自己定制的控制系統(tǒng)，而使用操作系統(tǒng)來簡化這個(gè)過程。較高級的操作系統(tǒng)采用基于硬件的存儲管理單元（MMU）來實(shí)現(xiàn)上述操作。2.5.2存儲管理單元（MMU）在創(chuàng)建多任務(wù)嵌入38MMU提供的一個(gè)關(guān)鍵服務(wù)是使各個(gè)任務(wù)作為各自獨(dú)立的程序在其自己的私有存儲空間中運(yùn)行。在帶MMU的操作系統(tǒng)控制下，運(yùn)行的任務(wù)無須知道其他與之無關(guān)的任務(wù)的存儲需求情況，這就簡化了各個(gè)任務(wù)的設(shè)計(jì)。MMU提供的一個(gè)關(guān)鍵服務(wù)是使各個(gè)任務(wù)作為各自獨(dú)立的程39MMU提供了一些資源以允許使用虛擬存儲器（將系統(tǒng)物理存儲器重新編址，可將其看成一個(gè)獨(dú)立于系統(tǒng)物理存儲器的存儲空間）。MMU作為轉(zhuǎn)換器，將程序和數(shù)據(jù)的虛擬地址（編譯時(shí)的連接地址）轉(zhuǎn)換成實(shí)際的物理地址，即在物理主存中的地址。這個(gè)轉(zhuǎn)換過程允許運(yùn)行的多個(gè)程序使用相同的虛擬地址，而各自存儲在物理存儲器的不同位置。這樣存儲器就有兩種類型的地址：虛擬地址和物理地址。MMU提供了一些資源以允許使用虛擬存儲器（將系統(tǒng)物402.5.3高速緩沖存儲器（Cache）Cache是一個(gè)容量小但存取速度非?？斓拇鎯ζ?，它保存最近用到的存儲器數(shù)據(jù)副本。Cache經(jīng)常與寫緩存器（writebuffer）一起使用。通過引入Cache和寫緩存區(qū)，存儲系統(tǒng)的性能得到了很大的提高，但同時(shí)也帶來了一些問題。2.5.3高速緩沖存儲器（Cache）Cach412.6異常ARM體系結(jié)構(gòu)中，存在7種異常處理。當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，處理器會把PC設(shè)置為一個(gè)特定的存儲器地址。這一地址放在被稱為向量表（vectortable）的特定地址范圍內(nèi)。向量表的入口是一些跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到專門處理某個(gè)異?；蛑袛嗟淖映绦?。2.6.1異常的種類2.6異常ARM體系結(jié)構(gòu)中，存在7種異常42表2-4 ARM的7種異常異常類型處理器模式執(zhí)行低地址執(zhí)行高地址復(fù)位異常（Reset）特權(quán)模式0x000000000xFFFF0000未定義指令異常（Undefinedinterrupt）未定義指令中止模式0x000000040xFFFF0004軟中斷異常（SoftwareAbort）特權(quán)模式0x000000080xFFFF0008預(yù)取異常（PrefetchAbort）數(shù)據(jù)訪問中止模式0x0000000C0xFFFF000C數(shù)據(jù)異常（DataAbort）數(shù)據(jù)訪問中止模式0x000000100xFFFF0010外部中斷請求（IRQ）外部中斷請求模式0x000000180xFFFF0018快速中斷請求（FIQ）快速中斷請求模式0x0000001C0xFFFF001C表2-4 ARM的7種異常異常類型處理器模式執(zhí)行低432.6.2異常的優(yōu)先級表2-5 異常優(yōu)先級優(yōu)先級異常最高1復(fù)位異常2數(shù)據(jù)中止3快速中斷請求4外部中斷請求5預(yù)取指令異常6軟中斷最低7未定義指令2.6.2異常的優(yōu)先級表2-5 異常優(yōu)先級優(yōu)先442.6.3構(gòu)建異常向量表當(dāng)處理器的復(fù)位引腳有效時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生復(fù)位異常中斷，程序跳轉(zhuǎn)到復(fù)位異常中斷處理程序處執(zhí)行。復(fù)位異常中斷通常用在下面兩種情況下：（1）系統(tǒng)上電；（2）系統(tǒng)復(fù)位。1．復(fù)位異常2.6.3構(gòu)建異常向量表當(dāng)處理器的復(fù)位引腳有效時(shí)45圖2-6異常處理向量表圖2-6異常處理向量表46當(dāng)ARM處理器執(zhí)行協(xié)處理器指令時(shí)，它必須等待一個(gè)外部協(xié)處理器應(yīng)答后，才能真正執(zhí)行這條指令。若協(xié)處理器沒有響應(yīng)，則發(fā)生未定義指令異常。2．未定義指令異常當(dāng)ARM處理器執(zhí)行協(xié)處理器指令時(shí)，它必須等待一個(gè)外47軟中斷（SWI）異常發(fā)生時(shí)，處理器進(jìn)入特權(quán)模式，執(zhí)行一些特權(quán)模式下的操作系統(tǒng)功能。3．軟中斷軟中斷（SWI）異常發(fā)生時(shí)，處理器進(jìn)入特權(quán)模式，執(zhí)行48預(yù)取指令異常是由系統(tǒng)存儲器報(bào)告的。當(dāng)處理器試圖去取一條被標(biāo)記為預(yù)取無效的指令時(shí)，發(fā)生預(yù)取指令異常。如果系統(tǒng)中不包含MMU時(shí)，指令預(yù)取異常中斷處理程序只是簡單地報(bào)告錯(cuò)誤并退出。若包含MMU，引起異常的指令的物理地址被存儲到內(nèi)存中。4．預(yù)取指令異常預(yù)取指令異常是由系統(tǒng)存儲器報(bào)告的。當(dāng)處理器試圖去取49數(shù)據(jù)訪問中止異常是由存儲器發(fā)出數(shù)據(jù)中止信號，它由存儲器訪問指令Load/Store產(chǎn)生。當(dāng)數(shù)據(jù)訪問指令的目標(biāo)地址不存在或者該地址不允許當(dāng)前指令訪問時(shí)，處理器產(chǎn)生數(shù)據(jù)訪問中止異常。5．?dāng)?shù)據(jù)訪問中止異常數(shù)據(jù)訪問中止異常是由存儲器發(fā)出數(shù)據(jù)中止信號，它由存儲50當(dāng)處理器的外部中斷請求（IRQ）引腳有效，而且CPSR寄存器的I控制位被清除時(shí)，處理器產(chǎn)生外部中斷IRQ異常。系統(tǒng)中各外部設(shè)備通常通過該異常中斷請求處理器服務(wù)。6．外部中斷請求當(dāng)處理器的外部中斷請求（IRQ）引腳有效，而且CPS51當(dāng)處理器的快速中斷請求（FIQ）引腳有效且CPSR寄存器的F控制位被清除時(shí)，處理器產(chǎn)生快速中斷請求FIQ異常。7．快速中斷請求當(dāng)處理器的快速中斷請求（FIQ）引腳有效且CPSR寄522.6.4異常響應(yīng)流程當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，處理器自動切換到ARM狀態(tài)，所以在異常處理函數(shù)中要判斷在異常發(fā)生前處理器是ARM狀態(tài)還是Thumb狀態(tài)。這可以通過檢測SPSR的T位來判斷。1．判斷處理器狀態(tài)2.6.4異常響應(yīng)流程當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，處理器自動切53通常情況下，只有在SWI處理函數(shù)中才需要知道異常發(fā)生前處理器的狀態(tài)。所以在Thumb狀態(tài)下，調(diào)用SWI軟中斷異常必須注意以下兩點(diǎn)。（1）發(fā)生異常的指令地址為(lr?2)，而不是(lr?4)。（2）Thumb狀態(tài)下的指令是16位的，在判斷中斷向量信號時(shí)使用半字加載指令LDRH。通常情況下，只有在SWI處理函數(shù)中才需要知道異常發(fā)生54前面介紹向量表時(shí)提到，每一個(gè)異常發(fā)生時(shí)總是從異常向量表開始跳轉(zhuǎn)。最簡單的一種情況是向量表里面的每一條指令直接跳向?qū)?yīng)的異常處理函數(shù)。其中快速中斷處理函數(shù)FIQ_handler()可以直接從地址0x1C處開始，省下一條跳轉(zhuǎn)指令，如圖2-7所示。（1）MOVPC，＃imme_value（2）LDRPC，[PC+offset]2．向量表前面介紹向量表時(shí)提到，每一個(gè)異常發(fā)生時(shí)總是從異常向量55圖2-7異常處理向量表圖2-7異常處理向量表562.6.5從異常處理程序中返回當(dāng)一個(gè)異常處理返回時(shí)，一共有3件事情需要處理：通用寄存器的恢復(fù)、狀態(tài)寄存器的恢復(fù)及PC指針的恢復(fù)。通用寄存器的恢復(fù)采用一般的堆棧操作指令即可，下面重點(diǎn)介紹狀態(tài)寄存器的恢復(fù)及PC指針的恢復(fù)。2.6.5從異常處理程序中返回當(dāng)一個(gè)異常處理返回57PC和CPSR的恢復(fù)可以通過一條指令來實(shí)現(xiàn)，下面是3個(gè)例子。（1）MOVSPC，LR（2）SUBSPC，LR，＃4（3）LDMFDSP!，{PC}^1．恢復(fù)被中斷程序的處理器狀態(tài)PC和CPSR的恢復(fù)可以通過一條指令來實(shí)現(xiàn)，下面是358異常返回時(shí)，另一個(gè)非常重要的問題就是返回地址的確定。2．異常的返回地址異常返回時(shí)，另一個(gè)非常重要的問題就是返回地址的確定。59圖2-83級流水線示例圖2-83級流水線示例60（1）軟中斷異常（2）IRQ或FIQ異常（3）DataAbort數(shù)據(jù)中止異常（1）軟中斷異常61表2-6 異常和返回地址異常地址用途復(fù)位－復(fù)位沒有定義LR數(shù)據(jù)中止LR－8指向?qū)е聰?shù)據(jù)中止異常的指令FIQLR－4指向發(fā)生異常時(shí)正在執(zhí)行的指令I(lǐng)RQLR－4指向發(fā)生異常時(shí)正在執(zhí)行的指令預(yù)取指令中止LR－4指向?qū)е骂A(yù)取指令異常的那條指令SWILR執(zhí)行SWI指令的下一條指令未定義指令LR指向未定義指令的下一條指令表2-6 異常和返回地址異常地址用622.7ARM處理器的尋址方式ARM指令集可以分為跳轉(zhuǎn)指令、數(shù)據(jù)處理指令、程序狀態(tài)寄存器傳輸指令、Load/Store指令、協(xié)處理器指令和異常中斷產(chǎn)生指令。根據(jù)使用的指令類型不同，指令的尋址方式分為數(shù)據(jù)處理指令尋址方式和內(nèi)存訪問指令尋址方式。2.7ARM處理器的尋址方式ARM指令集可以分為632.7.1數(shù)據(jù)處理指令尋址方式數(shù)據(jù)處理指令的基本語法格式如下：<opcode>{<cond>}{S}<Rd>,<Rn>,<shifter_operand>其中，<shifter_operand>有11種形式，如表2-7所示。2.7.1數(shù)據(jù)處理指令尋址方式數(shù)據(jù)處理指令的基本64表2-7 <shifter_operand>的尋址方式語法尋址方式1＃<immediate>立即數(shù)尋址2<Rm>寄存器尋址3<Rm>,LSL#<shift_imm>立即數(shù)邏輯左移4<Rm>,LSL<Rs>寄存器邏輯左移5<Rm>,LSR#<shift_imm>立即數(shù)邏輯右移6<Rm>,LSR<Rs>寄存器邏輯右移7<Rm>,ASR#<shift_imm>立即數(shù)算術(shù)右移8<Rm>,ASR<Rs>寄存器算術(shù)右移9<Rm>,ROR#<shift_imm>立即數(shù)循環(huán)右移10<Rm>,ROR<Rs>寄存器循環(huán)右移11<Rm>,RRX寄存器擴(kuò)展循環(huán)右移表2-7 <shifter_operand>的尋址方式語65數(shù)據(jù)處理指令尋址方式可以分為以下幾種。（1）立即數(shù)尋址方式；（2）寄存器尋址方式；（3）寄存器移位尋址方式。數(shù)據(jù)處理指令尋址方式可以分為以下幾種。66指令中的立即數(shù)是由一個(gè)8bit的常數(shù)移動4bit偶數(shù)位（0，2，4，…，26，28，30）得到的。所以，每一條指令都包含一個(gè)8bit的常數(shù)X和移位值Y，得到的立即數(shù)

=

X循環(huán)右移（2×Y）。1．立即數(shù)尋址方式指令中的立即數(shù)是由一個(gè)8bit的常數(shù)移動4bit偶數(shù)67寄存器的值可以被直接用于數(shù)據(jù)操作指令，這種尋址方式是各類處理器經(jīng)常采用的一種方式，也是一種執(zhí)行效率較高的尋址方式，2．寄存器尋址方式寄存器的值可以被直接用于數(shù)據(jù)操作指令，這種尋址方式是68寄存器的值在被送到ALU之前，可以事先經(jīng)過桶形移位寄存器的處理。預(yù)處理和移位發(fā)生在同一周期內(nèi)，所以有效地使用移位寄存器，可以增加代碼的執(zhí)行效率。3．寄存器移位尋址方式寄存器的值在被送到ALU之前，可以事先經(jīng)過桶形移位寄692.7.2內(nèi)存訪問指令尋址方式內(nèi)存訪問指令的尋址方式可以分為以下幾種。（1）字及無符號字節(jié)的Load/Store指令的尋址方式；（2）雜類Load/Store指令的尋址方式；（3）批量Load/Store指令的尋址方式；（4）協(xié)處理器Load/Store指令的尋址方式。2.7.2內(nèi)存訪問指令尋址方式內(nèi)存訪問指令的尋址70字及無符號字節(jié)的Load/Store指令語法格式如下：LDR|STR{<cond>}{B}{T}<Rd>,<addressing_mode>1．字及無符號字節(jié)的Load/Store指令的尋址方式字及無符號字節(jié)的Load/Store指令語法格式如下71表2-8 字及無符合字節(jié)的Load/Store指令的尋址方式格式模式1[Rn，#±<offset_12>]立即數(shù)偏移尋址（Immediateoffset）2[Rn，±Rm]寄存器偏移尋址（Registeroffset）3[Rn，Rm，<shift>#<offset_12>]帶移位的寄存器偏移尋址（Scaledregisteroffset）4[Rn，#±<offset_12>]!立即數(shù)前索引尋址（Immediatepre-indexed）5[Rn，±Rm]!寄存器前索引尋址（Registerpost-indexed）6[Rn，Rm，<shift>#<offset_12>]!帶移位的寄存器前索引尋址（Scaledregisterpre-indexed）表2-8 字及無符合字節(jié)的Load/Store指令的尋址72格式模式7[Rn]，#±<offset_12>立即數(shù)后索引尋址（Immediatepost-indeded）8[Rn]，±<Rm>寄存器后索引尋址（Registerpost-indexed）9[Rn]，±<Rm>，<shift>#<offset_12>帶移位的寄存器后索引尋址（Scaledregisterpost-indexed）格式模式7[Rn]，#±<offset_173使用該類尋址方式的指令的語法格式如下：LDR|STR{<cond>}H|SH|SB|D<Rd>,<addressing_mode>2．雜類Load/Store指令的尋址方式使用該類尋址方式的指令的語法格式如下：2．雜類Loa74表2-9 雜類Load/Store指令的尋址方式格式模式1[Rn，#±<offset_8>]立即數(shù)偏移尋址（Immediateoffset）2[Rn，±Rm]寄存器偏移尋址（Registeroffset）3[Rn，#±<offset_8>]!立即數(shù)前索引尋址（Immediatepre-indexed）4[Rn，±Rm]!寄存器前索引尋址（Registerpost-indexed）5[Rn]，#±<offset_8>立即數(shù)后索引尋址（Immediatepost-indeded）6[Rn]，±<Rm>寄存器后索引尋址（Registerpost-indexed）表2-9 雜類Load/Store指令的尋址方式格75批量Load/Store指令將一片連續(xù)內(nèi)存單元的數(shù)據(jù)加載到通用寄存器組中或?qū)⒁唤M通用寄存器的數(shù)據(jù)存儲到內(nèi)存單元中。該類指令的語法格式如下：LDM|STM{<cond>}<addressing_mode><Rn>{!},<registers><^>3．批量Load/Store指令尋址方式批量Load/Store指令將一片連續(xù)內(nèi)存單元的數(shù)據(jù)76表2-10 批量Load/Store指令的尋址方式格式模式1IA（IncrementAfter）后遞增方式2IB（IncrementBefore）先遞增方式3DA（DecrementAfter）后遞減方式4DB（DecrementBefore）先遞減方式表2-10 批量Load/Store指令的尋址方式格77堆棧操作尋址方式和批量Load/Store指令尋址方式十分類似。但對于堆棧的操作，數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存和從內(nèi)存中讀出要使用不同的尋址模式，因?yàn)檫M(jìn)棧操作（pop）和出棧操作（push）要在不同的方向上調(diào)整堆棧。4．堆棧操作尋址方式堆棧操作尋址方式和批量Load/Store指令尋址方78根據(jù)不同的尋址方式，將堆棧分為以下4種。（1）Full棧：堆棧指針指向棧頂元素（lastusedlocation）。（2）Empty棧：堆棧指針指向第一個(gè)可用元素（thefirstunusedlocation）。（3）遞減棧：堆棧向內(nèi)存地址減小的方向生長。（4）遞增棧：堆棧向內(nèi)存地址增加的方向生長。根據(jù)不同的尋址方式，將堆棧分為以下4種。79根據(jù)堆棧的不同種類，將其尋址方式分為以下4種。（1）滿遞減FD（FullDescending）。（2）空遞減ED（EmptyDescending）。（3）滿遞增FA（FullAscending）。（4）空遞增EA（EmptyAscending）。根據(jù)堆棧的不同種類，將其尋址方式分為以下4種。80表2-11 堆棧尋址方式和批量Load/Store指令尋址方式對應(yīng)關(guān)系批量數(shù)據(jù)尋址方式堆棧尋址方式L位P位U位LDMDALDMFA100LDMIALDMFD101LDMDBLDMEA110LDMIBLDMED111STMDASTMED000STMIASTMEA001STMDBSTMFD010STMIBSTMFA011表2-11 堆棧尋址方式和批量Load/Store指令尋址81協(xié)處理器Load/Store指令的語法格式如下：<opcode>{<cond>}{L}<coproc>,<CRd>,<addressing_mode>5．協(xié)處理器Load/Store尋址方式協(xié)處理器Load/Store指令的語法格式如下：5822.8ARM處理器的指令集數(shù)據(jù)操作指令是指對存放在寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的指令。主要包括數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)指令、邏輯指令、比較與測試指令及乘法指令。2.8.1數(shù)據(jù)操作指令2.8ARM處理器的指令集數(shù)據(jù)操作指令是指對存放83表2-12 數(shù)據(jù)處理指令列表助記符操作行為MOV數(shù)據(jù)傳送MVN數(shù)據(jù)取反傳送AND邏輯與Rd：=RnANDop2EOR邏輯異或Rd：=RnEORop2SUB減Rd：=Rn?op2RSB翻轉(zhuǎn)減Rd：=op2?RnADD加Rd：=Rn+op2ADC帶進(jìn)位的加Rd：=Rn+op2+CSBC帶進(jìn)位的減Rd：=Rn?op2+C?1RSC帶進(jìn)位的翻轉(zhuǎn)減Rd：=op2?Rn+C?1TST測試RnANDop2并更新標(biāo)志位TEQ測試相等RnEORop2并更新標(biāo)志位CMP比較Rn?op2并更新標(biāo)志位CMN負(fù)數(shù)比較Rn+op2并更新標(biāo)志位ORR邏輯或Rd：=RnORop2BIC位清0Rd：=RnANDNOT（op2）表2-12 數(shù)據(jù)處理指令列表助記符操作行84MOV指令是最簡單的ARM指令，執(zhí)行的結(jié)果就是把一個(gè)數(shù)N送到目標(biāo)寄存器Rd，其中N可以是寄存器，也可以是立即數(shù)。MOV指令多用于設(shè)置初始值或者在寄存器間傳送數(shù)據(jù)。MOV指令將移位碼（shifter_operand）表示的數(shù)據(jù)傳送到目的寄存器Rd，并根據(jù)操作的結(jié)果更新CPSR中相應(yīng)的條件標(biāo)志位。1．MOV指令MOV指令是最簡單的ARM指令，執(zhí)行的結(jié)果就是把一85（1）指令的語法格式MOV{<cond>}{S}<Rd>,<shifter_operand>（2）指令舉例（3）指令的使用（1）指令的語法格式86MVN是反相傳送（MoveNegative）指令。它將操作數(shù)的反碼傳送到目的寄存器。MVN指令多用于向寄存器傳送一個(gè)負(fù)數(shù)或生成位掩碼。MVN指令將shifter_operand表示的數(shù)據(jù)的反碼傳送到目的寄存器Rd。并根據(jù)操作的結(jié)果更新CPSR中相應(yīng)的條件標(biāo)志位。2．MVN指令MVN是反相傳送（MoveNegative）指令。87（1）指令的語法格式MVN{<cond>}{S}<Rd>,<shifter_operand>（2）指令舉例（3）指令的使用（1）指令的語法格式88AND指令將shifter_operand表示的數(shù)值與寄存器Rn的值按位（bitwise）做邏輯與操作，并將結(jié)果保存到目標(biāo)寄存器Rd中，同時(shí)根據(jù)操作的結(jié)果更新CPSR寄存器。（1）指令的語法格式 AND{<cond>}{S}<Rd>,<Rn>,<shifter_operand>（2）指令舉例3．AND指令A(yù)ND指令將shifter_operand表示的數(shù)值89EOR（ExclusiveOR）指令將寄存器Rn中的值和shifter_operand的值執(zhí)行按位“異或”操作，并將執(zhí)行結(jié)果存儲到目的寄存器Rd中，同時(shí)根據(jù)指令的執(zhí)行結(jié)果更新CPSR中相應(yīng)的條件標(biāo)志位。（1）指令的語法格式EOR{<cond>}{S}<Rd>,<Rn>,<shifter_operand>（2）指令舉例4．EOR指令EOR（ExclusiveOR）指令將寄存器Rn90SUB（Subtract）指令從寄存器Rn中減去shifter_operand表示的數(shù)值，并將結(jié)果保存到目標(biāo)寄存器Rd中，并根據(jù)指令的執(zhí)行結(jié)果設(shè)置CPSR中相應(yīng)的標(biāo)志位。（1）指令的語法格式SUB{<cond>}{S}<Rd>,<Rn>,<shifter_operand>（2）SUB指令舉例5．SUB指令SUB（Subtract）指令從寄存器Rn中減去s91RSB（ReverseSubtract）指令從寄存器shifter_operand中減去Rn表示的數(shù)值，并將結(jié)果保存到目標(biāo)寄存器Rd中，并根據(jù)指令的執(zhí)行結(jié)果設(shè)置CPSR中相應(yīng)的標(biāo)志位。（1）指令的語法格式RSB{<cond>}{S}<Rd>,<Rn>,<shifter_operand>（2）RSB指令舉例6．RSB指令RSB（ReverseSubtract）指令從寄存92ADD指令將寄存器shifter_operand的值加上Rn表示的數(shù)值，并將結(jié)果保存到目標(biāo)寄存器Rd中，并根據(jù)指令的執(zhí)行結(jié)果設(shè)置CPSR中相應(yīng)的標(biāo)志位。（1）指令的語法格式ADD{<cond>}{S}<Rd>,<Rn>,<shifter_operand>（2）ADD指令舉例7．ADD指令A(yù)DD指令將寄存器shifter_operand的值93ADC指令將寄存器shifter_operand的值加上Rn表示的數(shù)值，再加上CPSR中的C條件標(biāo)志位的值，將結(jié)果保存到目標(biāo)寄存器Rd中，并根據(jù)指令的執(zhí)行結(jié)果設(shè)置CPSR中相應(yīng)的標(biāo)志位。（1）指令的語法格式ADC{<cond>}{S}<Rd>,<Rn>,<shifter_operand>（2）ADC指令舉例8．ADC指令A(yù)DC指令將寄存器shifter_operand的值94SBC（SubtractwithCarry）指令用于執(zhí)行操作數(shù)大于32位時(shí)的減法操作。該指令從寄存器Rn中減去shifter_operand表示的數(shù)值，再減去寄存器CPSR中C條件標(biāo)志位的反碼［NOT（Carryflag）］，并將結(jié)果保存到目標(biāo)寄存器Rd中，并根據(jù)指令的執(zhí)行結(jié)果設(shè)置CPSR中相應(yīng)的標(biāo)志位。9．SBC指令SBC（SubtractwithCarry）指95RSC（ReverseSubtractwithCarry）指令用于從寄存器shifter_operand中減去Rn表示的數(shù)值，再減去寄存器CPSR中C條件標(biāo)志位的反碼［NOT（CarryFlag）］，并將結(jié)果保存到目標(biāo)寄存器Rd中，并根據(jù)指令的執(zhí)行結(jié)果設(shè)置CPSR中相應(yīng)的標(biāo)志位。（1）指令的語法格式RSC{<cond>}{S}<Rd>,<Rn>,<shifter_operand>（2）RSC指令舉例10．RSC指令RSC（ReverseSubtractwith96TST（Test）測試指令用于將一個(gè)寄存器的值和一個(gè)算術(shù)值進(jìn)行比較。條件標(biāo)志位根據(jù)兩個(gè)操作數(shù)做“邏輯與”后的結(jié)果設(shè)置。（1）指令的語法格式TST{<cond>}<Rn>,<shifter_operand>（2）TST指令舉例11．TST測試指令TST（Test）測試指令用于將一個(gè)寄存器的值和一97TEQ（TestEquivalence）指令用于將一個(gè)寄存器的值和一個(gè)算術(shù)值做比較。條件標(biāo)志位根據(jù)兩個(gè)操作數(shù)做“邏輯或”后的結(jié)果設(shè)置。以便后面的指令根據(jù)相應(yīng)的條件標(biāo)志來判斷是否執(zhí)行。（1）指令的語法格式TEQ{<cond>}<Rn>,<shifter_operand>（2）TEQ指令舉例12．TEQ指令TEQ（TestEquivalence）指令用于將98CMP（Compare）指令使用寄存器Rn的值減去operand2的值，根據(jù)操作的結(jié)果更新CPSR中相應(yīng)的條件標(biāo)志位，以便后面的指令根據(jù)相應(yīng)的條件標(biāo)志來判斷是否執(zhí)行。（1）指令的語法格式CMP{<cond>}<Rn>,<shifter_operand>（2）CMP指令舉例13．CMP指令CMP（Compare）指令使用寄存器Rn的值減去o99CMN（CompareNegative）指令使用寄存器Rn的值減去operand2的負(fù)數(shù)值（加上operand2），根據(jù)操作的結(jié)果更新CPSR中相應(yīng)的條件標(biāo)志位，以便后面的指令根據(jù)相應(yīng)的條件標(biāo)志來判斷是否執(zhí)行。（1）指令的語法格式CMN{<cond>}<Rn>,<shifter_operand>（2）CMN指令舉例14．CMN指令CMN（CompareNegative）指令使用100ORR（LogicalOR）為邏輯或操作指令，它將第2個(gè)源操作數(shù)shifter_operand的值與寄存器Rn的值按位做“邏輯或”操作，結(jié)果保存到Rd中。（1）指令的語法格式ORR{<cond>}{S}<Rd>,<Rn>,<shifter_operand>（2）ORR指令舉例15．ORR指令ORR（LogicalOR）為邏輯或操作指令，它將101BIC（BitClear）位清零指令，將寄存器Rn的值與第2個(gè)源操作數(shù)shifter_operand的值的反碼按位做“邏輯與”操作，結(jié)果保存到Rd中。（1）指令的語法格式BIC{<cond>}{S}<Rd>,<Rn>,<shifter_operand>（2）BIC指令舉例16．BIC位清零指令BIC（BitClear）位清零指令，將寄存器Rn102ARM乘法指令完成兩個(gè)數(shù)據(jù)的乘法。兩個(gè)32位二進(jìn)制數(shù)相乘的結(jié)果是64位的積。在有些ARM的處理器版本中，將乘積的結(jié)果保存到兩個(gè)獨(dú)立的寄存器中。另外一些版本只將最低有效32位存放到一個(gè)寄存器中。2.8.2乘法指令A(yù)RM乘法指令完成兩個(gè)數(shù)據(jù)的乘法。兩個(gè)32位二進(jìn)制數(shù)103表2-13 各種形式乘法指令的功能操作碼[23∶21]助記符意義操作000MUL乘（保留32位結(jié)果）Rd：=（Rm×Rs）[31∶0]001MLA乘—累加（32位結(jié)果）Rd：=（Rm×Rs＋Rn）[31∶0]100UMULL無符號數(shù)長乘RdHi：RdLo：=Rm×Rs101UMLAL無符號長乘—累加RdHi：RdLo：＋=Rm×Rs110SMULL有符號數(shù)長乘RdHi：RdLo：=Rm×Rs111SMLAL有符號數(shù)長乘—累加RdHi：RdLo：＋=Rm×Rs表2-13 各種形式乘法指令的功能操作碼[23∶21]助記104MUL（Multiply）32位乘法指令將Rm和Rs中的值相乘，結(jié)果的最低32位保存到Rd中。（1）指令的語法格式MUL{<cond>}{S}<Rd>,<Rm>,<Rs>（2）指令舉例1．MUL指令MUL（Multiply）32位乘法指令將Rm和Rs105MLA（MultiplyAccumulate）32位乘—累加指令將Rm和Rs中的值相乘，再將乘積加上第3個(gè)操作數(shù)，結(jié)果的最低32位保存到Rd中。（1）指令的語法格式MLA{<cond>}{S}<Rd>,<Rm>,<Rs>,<Rn>（2）指令舉例2．MLA乘—累加指令MLA（MultiplyAccumulate）32106UMULL（UnsignedMultiplyLong）為64位無符號乘法指令。它將Rm和Rs中的值做無符號數(shù)相乘，結(jié)果的低32位保存到RsLo中，高32位保存到RdHi中。（1）指令的語法格式UMULL{<cond>}{S}<RdLo>,<RdHi>,<Rm>,<Rs>（2）指令舉例3．UMULL指令UMULL（UnsignedMultiplyLo107UMLAL（UnsignedMultiplyAccumulateLong）為64位無符號長乘—累加指令。指令將Rm和Rs中的值做無符號數(shù)相乘，64位乘積與RdHi、RdLo相加，結(jié)果的低32位保存到RsLo中，高32位保存到RdHi中。（1）指令的語法格式UMALL{<cond>}{S}<RdLo>,<RdHi>,<Rm>,<Rs>（2）指令舉例4．UMLAL指令UMLAL（UnsignedMultiplyAc108SMULL（SignedMultiplyLong）為64位有符號長乘法指令。指令將Rm和Rs中的值做有符號數(shù)相乘，結(jié)果的低32位保存到RsLo中，高32位保存到RdHi中。（1）指令的語法格式SMULL{<cond>}{S}<RdLo>,<RdHi>,<Rm>,<Rs>（2）指令舉例5．SMULL指令SMULL（SignedMultiplyLong109SMLAL（SignedMultiplyAccumulateLong）為64位有符號長乘—累加指令。指令將Rm和Rs中的值做有符號數(shù)相乘，64位乘積與RdHi、RdLo相加，結(jié)果的低32位保存到RsLo中，高32位保存到RdHi中。（1）指令的語法格式SMLAL{<cond>}{S}<RdLo>,<RdHi>,<Rm>,<Rs>（2）指令舉例6．SMLAL指令SMLAL（SignedMultiplyAccu110Load/Store內(nèi)存訪問指令在ARM寄存器和存儲器之間傳送數(shù)據(jù)。ARM指令中有3種基本的數(shù)據(jù)傳送指令。2.8.3Load/Store指令Load/Store內(nèi)存訪問指令在ARM寄存器和存儲111這些指令在ARM寄存器和存儲器之間提供更靈活的單數(shù)據(jù)項(xiàng)傳送方式。數(shù)據(jù)項(xiàng)可以是字節(jié)、16位半字或32位字。1．單寄存器Load/Store指令（SingleRegister）這些指令在ARM寄存器和存儲器之間提供更靈活的單數(shù)據(jù)112這些指令的靈活性比單寄存器傳送指令差，但可以使大量的數(shù)據(jù)更有效地傳送。它們用于進(jìn)程的進(jìn)入和退出、保存和恢復(fù)工作寄存器以及復(fù)制存儲器中的一塊數(shù)據(jù)。2．多寄存器Load/Store內(nèi)存訪問指令這些指令的靈活性比單寄存器傳送指令差，但可以使大量的113這些指令允許寄存器和存儲器中的數(shù)值進(jìn)行交換，在一條指令中有效地完成Load/Store操作。它們在用戶級編程中很少用到。它的主要用途是在多處理器系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)信號量（Semaphores）的操作，以保證不會同時(shí)訪問公用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。3．單寄存器交換指令（SingleRegisterSwap）這些指令允許寄存器和存儲器中的數(shù)值進(jìn)行交換，在一條指1142.8.3.1單寄存器的Load/Store指令表2-14 單寄存器Load/Store指令指令作用操作LDR把一個(gè)字裝入一個(gè)寄存器Rd←mem32[address]STR將存儲器中的字保存到寄存器Rd→mem32[address]LDRB把一個(gè)字節(jié)裝入一個(gè)寄存器Rd←mem8[address]STRB將寄存器中的低8位字節(jié)保存到存儲器Rd→mem8[address]LDRH把一個(gè)半字裝入一個(gè)寄存器Rd←mem16[address]STRH將寄存器中的低16位半字保存到存儲器Rd→mem16[address]LDRBT用戶模式下將一個(gè)字節(jié)裝入寄存器Rd←mem8[address]underusermodeSTRBT用戶模式下將寄存器中的低8位字節(jié)保存到存儲器Rd→mem8[address]underusermodeLDRT用戶模式下把一個(gè)字裝入一個(gè)寄存器Rd←mem32[address]underusermodeSTRT用戶模式下將存儲器中的字保存到寄存器Rd→mem32[address]]underusermodeLDRSB把一個(gè)有符號字節(jié)裝入一個(gè)寄存器Rd←sign{mem8[address]}LDRSH把一個(gè)有符號半字裝入一個(gè)寄存器Rd←sign{mem16[address]}2.8.3.1單寄存器的Load/Store指令表2-1115LDR指令用于從內(nèi)存中將一個(gè)32位的字讀取到目標(biāo)寄存器。（1）指令的語法格式LDR{<cond>}<Rd>,<addr_mode>（2）指令舉例1．LDR指令LDR指令用于從內(nèi)存中將一個(gè)32位的字讀取到目標(biāo)寄存116STR指令用于將一個(gè)32位的字?jǐn)?shù)據(jù)寫入到指令中指定的內(nèi)存單元。（1）指令的語法格式STR{<cond>}<Rd>,<addr_mode>（2）指令舉例2．STR指令STR指令用于將一個(gè)32位的字?jǐn)?shù)據(jù)寫入到指令中指定的117LDRB指令根據(jù)addr_mode所確定的地址模式將一個(gè)8位字節(jié)讀取到指令中的目標(biāo)寄存器Rd。指令的語法格式：LDR{<cond>}B<Rd>,<addr_mode>3．LDRB指令LDRB指令根據(jù)addr_mode所確定的地址模式118STRB指令從寄存器中取出指定的8位字節(jié)放入寄存器的低8位，并將寄存器的高位補(bǔ)0。指令的語法格式：STR{<cond>}B<Rd>,<addr_mode>4．STRB指令STRB指令從寄存器中取出指定的8位字節(jié)放入寄存器119LDRH指令用于從內(nèi)存中將一個(gè)16位的半字讀取到目標(biāo)寄存器。如果指令的內(nèi)存地址不是半字節(jié)對齊的，指令的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。指令的語法格式：LDR{<cond>}H<Rd>,<addr_mode>5．LDRH指令LDRH指令用于從內(nèi)存中將一個(gè)16位的半字讀取到目120STRH指令從寄存器中取出指定的16位半字放入寄存器的低16位，并將寄存器的高位補(bǔ)0。指令的語法格式：STR{<cond>}H<Rd>,<addr_mode>6．STRH指令STRH指令從寄存器中取出指定的16位半字放入寄存1212.8.3.2多寄存器的Load/Store內(nèi)存訪問指令表2-15 多寄存器的Load/Store內(nèi)存訪問指令指令作用操作LDM裝載多個(gè)寄存器{Rd}*N←mem32[startaddress+4*N]STM保存多個(gè)寄存器{Rd}*N→mem32[startaddress+4*N]2.8.3.2多寄存器的Load/Store內(nèi)存訪問指令122LDM指令將數(shù)據(jù)從連續(xù)的內(nèi)存單元中讀取到指令中指定的寄存器列表中的各寄存器中。當(dāng)PC包含在LDM指令的寄存器列表中時(shí)，指令從內(nèi)存中讀取的字?jǐn)?shù)據(jù)將被作為目標(biāo)地址值，指令執(zhí)行后程序?qū)哪繕?biāo)地址處開始執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)了指令的跳轉(zhuǎn)。指令的語法格式：LDM{<cond>}<addressing_mode><Rn>{!},<registers>1．LDM指令LDM指令將數(shù)據(jù)從連續(xù)的內(nèi)存單元中讀取到指令中指定的123LDM指令將數(shù)據(jù)從連續(xù)的內(nèi)存單元中讀取到指令中指定的寄存器列表中的各寄存器中。指令的語法格式：LDM{<cond>}<addressing_mode><Rn>,<registers_without_pc>??LDM指令將數(shù)據(jù)從連續(xù)的內(nèi)存單元中讀取到指令中指定的124STM指令將指令中寄存器列表中的各寄存器數(shù)值寫入到連續(xù)的內(nèi)存單元中。主要用于塊數(shù)據(jù)的寫入、數(shù)據(jù)棧操作及進(jìn)入子程序時(shí)保存相關(guān)寄存器的操作。指令的語法格式：STM{<cond>}<addressing_mode><Rn>{!},<registers>2．STM指令STM指令將指令中寄存器列表中的各寄存器數(shù)值寫入到連125STM指令將指令中寄存器列表中的各寄存器數(shù)值寫入到連續(xù)的內(nèi)存單元中。主要用于塊數(shù)據(jù)的寫入、數(shù)據(jù)棧操作及進(jìn)入子程序時(shí)保存相關(guān)寄存器等操作。指令的語法格式：STM{<cond>}<addressing_mode><Rn>,<registers>?STM指令將指令中寄存器列表中的各寄存器數(shù)值寫入到126LDM/STM批量加載/存儲指令可以實(shí)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(gè)寄存器，STM為存儲多個(gè)寄存器。允許一條指令傳送16個(gè)寄存器的任何子集或所有寄存器。指令格式如下：LDM{cond}<模式>Rn{!},regist{?}STM{cond}<模式>Rn{!},regist{?}2.8.3.3數(shù)據(jù)傳送指令應(yīng)用LDM/STM批量加載/存儲指令可以實(shí)現(xiàn)在一組寄存器127表2-16 多寄存器的Load/Store內(nèi)存訪問指令映射向上生長向下生長滿空滿空增加之前STMIBLDMIBSTMFALDMED之后STMIALDMIASTMEALDMFD增加之前LDMDBSTMDBLDMEASTMFD之后LDMDASTMDALDMFASTMED表2-16 多寄存器的Load/Store內(nèi)存訪問指令映128交換指令是Load/Store指令的一種特例，它把一個(gè)寄存器單元的內(nèi)容與寄存器內(nèi)容交換。交換指令是一個(gè)原子操作（AtomicOperation），也就是說，在連續(xù)的總線操作中讀/寫一個(gè)存儲單元，在操作期間阻止其他任何指令對該存儲單元的讀/寫。交換指令如表2-17所示。2.8.4單數(shù)據(jù)交換指令交換指令是Load/Store指令的一種特例，它把一129表2-17 交換指令SWP指令作用操作SWP字交換tmp=men32[Rn]mem32[Rn]=RmRd=tmpSWPB字節(jié)交換tmp=men8[Rn]mem8[Rn]=RmRd=tmp表2-17 交換指令SWP指令作用操130SWP指令用于將內(nèi)存中的一個(gè)字單元和一個(gè)指定寄存器的值相交換。指令的語法格式：SWP{<cond>}<Rd>,<Rm>,[<Rn>]1．SWP字交換指令SWP指令用于將內(nèi)存中的一個(gè)字單元和一個(gè)指定寄存器的131SWPB指令用于將內(nèi)存中的一個(gè)字節(jié)單元和一個(gè)指定寄存器的低8位值相交換，指令的語法格式：SWP{<cond>}B<Rd>,<Rm>,[<Rn>]2．SWPB字節(jié)交換指令SWPB指令用于將內(nèi)存中的一個(gè)字節(jié)單元和一個(gè)指定寄存132SWP指令用于將一個(gè)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(gè)寄存器Rd中，同時(shí)將另一個(gè)寄存器Rm的內(nèi)容寫到該內(nèi)存單元中，使用SWP可實(shí)現(xiàn)信號量操作。指令的語法格式：SWP{cond}BRd,Rm,[Rn]3．交換指令SWP應(yīng)用SWP指令用于將一個(gè)內(nèi)存單元（該單元地址放在寄存器R133跳轉(zhuǎn)（B）和跳轉(zhuǎn)連接（BL）指令是改變指令執(zhí)行順序的標(biāo)準(zhǔn)方式。2.8.5跳轉(zhuǎn)指令跳轉(zhuǎn)（B）和跳轉(zhuǎn)連接（BL）指令是改變指令執(zhí)行順序的134表2-18 ARMv5架構(gòu)跳轉(zhuǎn)指令助記符說明操作B跳轉(zhuǎn)指令pc←labelBL帶返回的連接跳轉(zhuǎn)pc←label(lr←BL后面的第一條指令)BX跳轉(zhuǎn)并切換狀態(tài)pc←Rm&0xfffffffe,T←Rm&1BLX帶返回的跳轉(zhuǎn)并切換狀態(tài)pc←lable,T←1pc←Rm&0xfffffffe,T←Rm&1lr←BL后面的第一條指令表2-18 ARMv5架構(gòu)跳轉(zhuǎn)指令助記符說明操135（1）指令的語法格式B{L}{<cond>}<target_address>（2）程序舉例1．跳轉(zhuǎn)指令B及帶連接的跳轉(zhuǎn)指令BL（1）指令的語法格式1．跳轉(zhuǎn)指令B及帶連接的跳轉(zhuǎn)指令BL136帶狀態(tài)切換的跳轉(zhuǎn)指令（BX）使程序跳轉(zhuǎn)到指令中指定的參數(shù)Rm指定的地址執(zhí)行程序，Rm的第0位復(fù)制到CPSR中T位，bit[31∶1]移入PC。若Rm的bit[0]為1，則跳轉(zhuǎn)時(shí)自動將CPSR中的標(biāo)志位T置位，即把目標(biāo)地址的代碼解釋為Thumb代碼；若Rm的位bit[0]為0，則跳轉(zhuǎn)時(shí)自動將CPSR中的標(biāo)志位T復(fù)位，即把目標(biāo)地址代碼解釋為ARM代碼。2．BX帶狀態(tài)切換的跳轉(zhuǎn)指令BX帶狀態(tài)切換的跳轉(zhuǎn)指令（BX）使程序跳轉(zhuǎn)到指令中指定的137（1）指令的語法格式BX{<cond>}<Rm>（2）指令舉例（1）指令的語法格式138帶連接和狀態(tài)切換的跳轉(zhuǎn)指令（BranchwithLinkExchange，BLX）使用標(biāo)號，用于使程序跳轉(zhuǎn)到Thumb狀態(tài)或從Thumb狀態(tài)返回。（1）語法格式BLX<target_add>（2）指令的使用3．BLX帶狀態(tài)切換的連接跳轉(zhuǎn)指令BLX帶連接和狀態(tài)切換的跳轉(zhuǎn)指令（Branchwith139ARM指令集提供了兩條指令，可直接控制程序狀態(tài)寄存器（ProgramStateRegister，PSR）。2.8.6狀態(tài)操作指令A(yù)RM指令集提供了兩條指令，可直接控制程序狀態(tài)寄存器140表2-19 程序狀態(tài)寄存器指令指令作用操作MRS把程序狀態(tài)寄存器的值送到一個(gè)通用寄存器Rd=SPRMSR把通用寄存器的值送到程序狀態(tài)寄存器或把一個(gè)立即數(shù)送到程序狀態(tài)字PSR[field]=Rm或PSR[field]=immediate表2-19 程序狀態(tài)寄存器指令指令作用操作141MRS指令用于將程序狀態(tài)寄存器的內(nèi)容傳送到通用寄存器中。在ARM處理器中，只有MRS指令可以將狀態(tài)寄存器CPSR或SPSR讀出到通用寄存器中。（1）指令的語法格式MRS{cond}Rd，PSR（2）指令舉例1．MRSMRS指令用于將程序狀態(tài)寄存器的內(nèi)容傳送到通用寄存器142在ARM處理器中，只有MSR指令可以直接設(shè)置狀態(tài)寄存器CPSR或SPSR。（1）指令的語法格式MSR{cond}PSR_field,#immed_8rMSR{cond}PSR_field,Rm（2）指令舉例2．MSR在ARM處理器中，只有MSR指令可以直接設(shè)置狀態(tài)寄存143【例2-5】使能IRQ中斷?！纠?-6】禁止IRQ中斷?！纠?-7】堆棧指令初始化。3．程序狀態(tài)寄存器指令的應(yīng)用【例2-5】使能IRQ中斷。3．程序狀態(tài)寄存器指令的應(yīng)用144ARM體系結(jié)構(gòu)允許通過增加協(xié)處理器來擴(kuò)展指令集。ARM協(xié)處理器指令可分為以下3類。（1）協(xié)處理器數(shù)據(jù)操作。（2）協(xié)處理器數(shù)據(jù)傳送指令。（3）協(xié)處理器寄存器傳送指令。2.8.7協(xié)處理器指令A(yù)RM體系結(jié)構(gòu)允許通過增加協(xié)處理器來擴(kuò)展指令集。2.145表2-20 協(xié)處理器指令助記符操作CDP協(xié)處理器數(shù)據(jù)操作LDC裝載協(xié)處理器寄存器MCR從ARM寄存器傳數(shù)據(jù)到協(xié)處理器寄存器MRC從協(xié)處理器寄存器傳送數(shù)據(jù)到ARM寄存器STC存儲協(xié)處理器寄存器表2-20 協(xié)處理器指令助記符操作CDP146ARM指令集中提供了兩條產(chǎn)生異常的指令，通過這兩條指令可以用軟件的方法實(shí)現(xiàn)異常。2.8.8異常產(chǎn)生指令A(yù)RM指令集中提供了兩條產(chǎn)生異常的指令，通過這兩條指147表2-21 ARM異常產(chǎn)生指令助記符含義操作SWI軟中斷指令產(chǎn)生軟中斷，處理器進(jìn)入管理模式BKPT斷點(diǎn)中斷指令處理器產(chǎn)生軟件斷點(diǎn)表2-21 ARM異常產(chǎn)生指令助記符含義148軟件中斷指令（SoftwareInterrupt，SWI）用于產(chǎn)生軟中斷，從而實(shí)現(xiàn)從用戶模式變換到管理模式，CPSR保存到管理模式的SPSR中，執(zhí)行轉(zhuǎn)移到SWI向量，在其他模式下也可以使用SWI指令，處理器同樣切換到管理模式。1．軟件中斷指令軟件中斷指令（SoftwareInterrupt，149（1）指令的語法格式SWI{<cond>}<imm