第2章ARM7TDMI處理器編程基礎(chǔ)課件

第2章ARM7TDMI處理器編程基礎(chǔ).2.1ARM7TDMI內(nèi)核架構(gòu)

ARM7TDMI是目前使用最廣泛的32位嵌入式RISC處理器，屬于低端ARM處理器核。

ARM7TDMI是內(nèi)核主要由32位ALU、指令譯碼器與邏輯控制、指令流水線、讀/寫數(shù)據(jù)寄存器、移位器、乘法器、地址遞增單元、地址寄存器等構(gòu)成。本書選取的是韓國三星公司生產(chǎn)的ARM7TDMI內(nèi)核處理器S3C4510B作為開發(fā)實例。.ARM內(nèi)核架構(gòu)框圖.1.ARM7TDMI內(nèi)核特點(1)具有嵌入式ICE-RT邏輯，調(diào)試開發(fā)方便。(2)極低的功耗，適合對功耗要求較高的應(yīng)用，如便攜式產(chǎn)品。(3)能夠提供0.9MIPS/MHz的三級流水線結(jié)構(gòu)。(4)代碼密度高并兼容16位的Thumb指令集。(5)對操作系統(tǒng)的支持廣泛，包括WindowsCE、Linux、PalmOS等。(6)指令系統(tǒng)與ARM9系列、ARM9E系列和ARM10系列兼容，便于用戶的產(chǎn)品升級換代。(7)主頻最高可達(dá)130MHz，高速的運算處理能力能勝任絕大多數(shù)的復(fù)雜應(yīng)用。.

ARM7TDMI的名稱含義為：

ARM7：32位ARM體系結(jié)構(gòu)4T版本，ARM632位整型核的3V兼容的版本；

T：支持16位壓縮指令集Thumb；

D：支持片上調(diào)試(Debug)；

M：內(nèi)嵌硬件乘法器(Multiplier)；

I：嵌入式ICE，支持片上斷點和調(diào)試點。.ARM720T

ARM720T是在ARM7TDMI處理器核的基礎(chǔ)上增加了一個8KB的指令和數(shù)據(jù)混合的Cache。外部存儲器和外圍器件通過AMBA總線主控單元訪問，同時還集成了寫緩沖器以及全性能的MMU。ARM720T最適合于有低功耗和小體積要求的應(yīng)用。

ARM7EJ

ARM7EJ是Jazelle和DSP指令集的最小和最低功耗的實現(xiàn)。

ARM7系列微處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域為：工業(yè)控制、Internet設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備、移動電話等多種多媒體和嵌入式應(yīng)用。

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流水線ARM7系列的處理器采用三級流水線的組織結(jié)構(gòu)，ARM9系列的處理器采用五級流水線的組織結(jié)構(gòu)。流水線技術(shù)是現(xiàn)代微處理器普遍采用的一種技術(shù)，它可以使得幾條指令并行執(zhí)行，因此可以大大提高處理器的運行效率。三級流水線分為以下三級：(1)取指：從程序存儲器中讀取指令，放入流水線中。(2)譯碼：操作碼和操作數(shù)被譯碼，決定執(zhí)行什么功能，為下一個時鐘周期準(zhǔn)備數(shù)據(jù)路徑所需要的控制信號。(3)執(zhí)行：執(zhí)行已譯碼的指令。具體過程是，指令進(jìn)入數(shù)據(jù)路徑，寄存器堆被讀取，操作數(shù)被移位，ALU進(jìn)行相應(yīng)的運算，將結(jié)果寫到目的寄存器，同時ALU運算的結(jié)果還會根據(jù)指令的要求改變寄存器的條件位。.

在正常情況下，每條指令都被劃分成3個時鐘周期來完成，即取指、譯碼和執(zhí)行。但對于流水線來講，可以使得每個時鐘周期完成一條指令，即每個周期流水線都有一條指令的吞吐量(Throughput)。通常將這種情況稱為單周期指令的三級流水線操作，如圖所示。

.2.處理器工作狀態(tài)ARM處理器具有兩種特殊的工作狀態(tài)：(1)ARM狀態(tài)：32位，執(zhí)行字對準(zhǔn)的ARM指令。(2)Thumb狀態(tài)：16位，執(zhí)行半字對準(zhǔn)的Thumb指令。ARM處理器可以在兩種工作狀態(tài)之間切換：

Thumb狀態(tài)：當(dāng)操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位[0]為1時，執(zhí)行BX指令將進(jìn)入Thumb狀態(tài)。如果ARM處理器在Thumb狀態(tài)進(jìn)入異常，則異常處理返回時，自動切換到Thumb狀態(tài)。

ARM狀態(tài)：當(dāng)操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位

[0]為0時，執(zhí)行BX指令將進(jìn)入ARM狀態(tài)。當(dāng)ARM處理器進(jìn)行異常處理時，如果把PC指針放入異常模式鏈接寄存器中，則程序從異常向量地址開始執(zhí)行，也可以使處理器進(jìn)入ARM狀態(tài)。

.3.處理器數(shù)據(jù)存儲格式存儲器格式包括小端和大端兩種格式。.在小端存儲格式下，字或半字地址的低字節(jié)(對準(zhǔn)字節(jié))存放在低地址；在大端存儲格式下，字或半字地址的低字節(jié)(對準(zhǔn)字節(jié))存放在高地址。下面舉例說明大、小端存儲格式對程序的影響，如圖所示。

.圖中，指令STRR0，[R1]將R0中的字存入R1的地址，指令LDRBR2，[R1]將R1中的一個字節(jié)加載到R2?？梢钥吹剑瑢τ赗0＝0x11223344，如果配置成小端存儲格式，則R2的值為0x44；如果配置成大端存儲格式，則R2的值為0x11。ARM處理器的大、小端存儲格式是通過硬件配置的，如果連接有系統(tǒng)控制協(xié)處理器，則另當(dāng)別論。小端存儲格式是ARM處理器的缺省格式。

.4.處理器數(shù)據(jù)類型和長度ARM處理器支持以下數(shù)據(jù)類型：

Byte 字節(jié)，8位

Halfword

半字，16位

(半字必須與2字節(jié)邊界對準(zhǔn)，地址低兩位總為0)

Word 字，32位(字必須與4字節(jié)邊界對準(zhǔn)，地址的最低位為0).說明：

(1)數(shù)據(jù)類型被說明成unsigned類型時，N位數(shù)據(jù)值表示范圍是0～2N－1的非負(fù)整數(shù)，使用通常的二進(jìn)制格式。(2)數(shù)據(jù)類型被說明成signed類型時，N位數(shù)據(jù)值表示范圍是－2N－1～2N－1－1的整數(shù)，使用二進(jìn)制的補(bǔ)碼格式。(3)所有的數(shù)據(jù)操作，如ADD，都以字進(jìn)行處理。

(4)加載和存儲操作，以字節(jié)、半字或字的大小與存儲器交換數(shù)據(jù)。加載時自動進(jìn)行字節(jié)或半字的零擴(kuò)展或符號擴(kuò)展。(5)ARM指令的長度為一個字(與4字節(jié)邊界對準(zhǔn))，Thumb指令的長度為一個半字(與2字節(jié)邊界對準(zhǔn))。

.5.處理器模式.說明：(1)外部中斷或異常處理可以引起處理器模式的改變，采用軟件控制的方式也可以人為改變處理器模式。(2)應(yīng)用程序一般在用戶模式下運行，此時程序不能訪問某些被保護(hù)的系統(tǒng)資源，也不能改變處理器模式。(3)除用戶模式外的其他模式稱為特權(quán)模式，在特權(quán)模式下用戶可以自由地訪問系統(tǒng)資源和改變處理器模式。(4)每種模式都有某些附加的寄存器，用來避免異常出現(xiàn)時用戶模式的狀態(tài)不可靠。(5)系統(tǒng)模式僅存在于ARM體系結(jié)構(gòu)v4以上的版本中，它與用戶模式擁有完全相同的寄存器，供需要訪問系統(tǒng)資源的操作系統(tǒng)任務(wù)所使用，與異常的發(fā)生無關(guān)。

.6.寄存器組織ARM處理器共有37個寄存器：31個通用寄存器，32位，含程序計數(shù)器PC；6個狀態(tài)寄存器，32位，只使用了其中的12位。雖然這些寄存器都參與指令的執(zhí)行，但在指令執(zhí)行前后只有可見寄存器的值才具有意義。因此，我們僅關(guān)注ARM處理器的可見寄存器，如圖所示。

當(dāng)編寫用戶程序時，37個寄存器中只有通用寄存器r0～r14、程序計數(shù)器PC(r15)和當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器CPSR需要考慮，其余寄存器僅用于系統(tǒng)級編程和異常處理(如中斷)。.ARM狀態(tài)下寄存器組織.當(dāng)編寫用戶程序時，37個寄存器中只有通用寄存器r0～r14、程序計數(shù)器PC(r15)和當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器CPSR需要考慮，其余寄存器僅用于系統(tǒng)級編程和異常處理(如中斷)。

(1)不分組寄存器r0～r7。不分組意味著在所有處理器模式下，r0～r7都可被同樣訪問，沒有體系結(jié)構(gòu)所隱含的特殊用途。

(2)分組寄存器r8～r14。分組意味著r8～r14的訪問與當(dāng)前處理器的模式相關(guān)。如果要訪問r8～r14，而不依賴于當(dāng)前處理器的模式，就必須使用規(guī)定的寄存器名稱。名稱的形式為：r8_<mode>～r14_<mode>。

.從ARM寄存器組織的圖中可以看出r8～r12各有兩組物理寄存器：一組為FIQ模式，另一組為FIQ以外的模式。寄存器r8～r12沒有指定特殊用途，而使用r8_fiq～r12_fiq則允許快速中斷。

寄存器r13和r14的用途比較特殊：

①r13通常用作堆棧指針SP，被初始化成指向異常模式分配的堆棧。處理異常時，在程序入口處將異常處理程序用到的其他寄存器的值壓入堆棧，返回時重新將這些值加載到寄存器中。這樣就可以保證出現(xiàn)異常時不導(dǎo)致程序狀態(tài)不可靠。②r14通常用作子程序鏈接寄存器LR。當(dāng)執(zhí)行分支指令BL時，r15的內(nèi)容拷貝到r14中，從而成為子程序調(diào)用后的返回地址。采用這種方式可以類似地用來處理異常的返回。

.(3)程序計數(shù)器r15。寄存器r15通常被用作程序計數(shù)器PC。在ARM狀態(tài)下，由于ARM指令始終是字對準(zhǔn)的，因此PC的值保存在位[31：2]，而位[1：0]為0；在Thumb狀態(tài)下，由于Thumb指令是半字對準(zhǔn)的，因此PC的值保存在位[31：1]，而位[0]為0。

①讀程序計數(shù)器PC：用指令讀出的r15的值為指令地址加8個字節(jié)。讀PC主要用于快速對臨近的指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行位置無關(guān)的尋址。

②

寫程序計數(shù)器PC：寫r15的結(jié)果是將寫到r15的值作為指令地址，并根據(jù)這個地址發(fā)生轉(zhuǎn)移。

.(4)當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器CPSR。當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器(CPSR，CurrentProgramStatusRegister)在用戶級編程時用于存儲條件碼。CPSR還包含了中斷禁止位、當(dāng)前處理器模式以及其他的一些狀態(tài)和控制信息。同時，為了在異常出現(xiàn)時能夠保存CPSR的狀態(tài)，每種異常模式都設(shè)置了一個程序狀態(tài)保存寄存器(SPSR，SavedProgramStatusRegister)。顯然，CPSR和SPSR具有相同的格式，如圖所示。

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N、Z、C、V、Q是條件碼標(biāo)志，可通過比較指令以及算術(shù)、邏輯運算和傳送指令進(jìn)行修改。條件碼標(biāo)志的含義為：

N：負(fù)數(shù)。對于結(jié)果是帶符號的二進(jìn)制補(bǔ)碼，如果結(jié)果為負(fù)數(shù)，則N＝1；如果結(jié)果為正數(shù)或0，則N＝0。

Z：零。如果結(jié)果為0，則Z置1，通常表示比較的結(jié)果相等。

C：進(jìn)位。無論是算術(shù)運算還是移位操作，只要指令操作產(chǎn)生進(jìn)位輸出，則C被設(shè)置。

V：溢出。算術(shù)運算產(chǎn)生到符號位的溢出，則V被設(shè)置。

Q：指示增強(qiáng)型DSP指令中是否出現(xiàn)溢出或飽和，僅出現(xiàn)在ARM體系結(jié)構(gòu)v5以上版本的E變量中。

.I、F、T和M[4：0]是控制位?？刂莆坏母淖兣c異常的出現(xiàn)有關(guān)，另外在特權(quán)模式下，也可由軟件改變。

I：置1則禁止IRQ中斷。

F：置1則禁止FIQ中斷。

T：對于ARM體系結(jié)構(gòu)v4以上版本，T＝0指示ARM執(zhí)行，T＝1指示Thumb執(zhí)行；對于ARM體系結(jié)構(gòu)v5以上版本，T＝0指示ARM執(zhí)行，T＝1指示下一條指令引起未定義的指令異常。

M[4：0]：模式位。決定處理器的工作模式，即用戶、FIQ、IRQ、管理、中止、未定義、系統(tǒng)。

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(5)Thumb狀態(tài)的寄存器集。Thumb狀態(tài)下的寄存器集是ARM狀態(tài)下寄存器集的子集。具體情況如圖所示。

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異常(exception)是指由內(nèi)部或外部源產(chǎn)生從而需要處理器處理的一個事件。例如，外部中斷或試圖實行未定義的指令都會引起異常的發(fā)生。處理異常之前，處理器必須保存當(dāng)前的狀態(tài)，以便在異常處理完成后，能夠使原來的操作重新執(zhí)行。ARM支持7種類型的異常。對于每種異常，處理器將強(qiáng)制從異常對應(yīng)的某個固定地址開始執(zhí)行程序。這些固定地址稱為異常向量。

7．異常模式.異常出現(xiàn)時，相應(yīng)異常模式下的r14和SPSR用來保存當(dāng)前狀態(tài)，其過程如下：r14_<exception_mode>=returnlink/*將下一條指令的地 址存入相應(yīng)連接寄存器LR*/SPSR_<exception_mode>=CPSR/*將CPSR復(fù)制到相應(yīng)的SPSR*/CPSR[4:0]=exceptionmodenumber/*根據(jù)異常類型，強(qiáng)制設(shè)置CPSR的運行模式*/CPSR[5]=0 /*使處理器在ARM狀態(tài)下執(zhí)行*/CPSR[7]=1 /*禁止新的IRQ中斷*/If<exception_mode>==ResetorFIQthenCPSR[6]=1 /*禁止新的FIQ中斷*/PC=exceptionvectoraddress/*強(qiáng)制PC從相關(guān)的異常向量地址取下一條指令執(zhí)行，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常處理程序處*/.

異常處理完成后返回的過程與進(jìn)入異常處理的過程相逆，主要是需要將SPSR的內(nèi)容恢復(fù)到CPSR，將r14的內(nèi)容恢復(fù)到PC。具體做法主要有兩種：使用帶S位的數(shù)據(jù)處理指令，將PC作為目的寄存器；使用帶恢復(fù)CPSR的多加載指令。多個異常可能會同時發(fā)生，因此在ARM中就通過給各個異常賦予不同的優(yōu)先級來確定處理異常的順序。優(yōu)先級按照從高到低的順序排列如下：

復(fù)位→數(shù)據(jù)異常中止→FIQ→IRQ→預(yù)取指異常中止→SWI、未定義指令(這兩種異常的指令編碼互斥，不可能同時發(fā)生)

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1．寄存器尋址指令地址碼給出寄存器的編號，寄存器中的內(nèi)容為操作數(shù)。

ADDR0，R1，R2 ;R0←R1+R2這條指令的含義是將寄存器R1和R2的內(nèi)容相加，結(jié)果放入寄存器R0中。注意寫操作數(shù)的順序為：第1個寄存器R0為結(jié)果寄存器，第2個寄存器R1為第一操作數(shù)寄存器，第3個寄存器R2為第二操作數(shù)寄存器。

2.2ARM指令系統(tǒng)2.2.1ARM尋址方式.指令操作碼后的地址碼是立即數(shù)，即操作數(shù)本身。例：

ADDR3，R3，#1 ;R3←R3+1ANDR8，R7，#&FF ;R8←R7[7:0]立即數(shù)的表示以“#”為前綴，十六進(jìn)制的立即數(shù)在“#”后面加“&”符號。第1條指令將R3的內(nèi)容加1，結(jié)果放入R3中；第2條指令將R7的32位值與立即數(shù)0FFH邏輯與，結(jié)果是將R7的低8位放入R8中。

2．立即尋址.

3．寄存器移位尋址

寄存器移位尋址是ARM指令集特有的尋址方式。第2個操作數(shù)與第1個操作數(shù)結(jié)合之前，選擇進(jìn)行移位操作。例：

ADDR3,R2,R1,LSL#3 ;R3←R2+8×R1寄存器R1的內(nèi)容邏輯左移3位，再與寄存器R2的內(nèi)容相加，結(jié)果放入R3中?？刹扇〉囊莆徊僮靼ǎ?/p>

LSL：邏輯左移(LogicalShiftLeft)。寄存器中字的低端空出的位補(bǔ)0。

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LSR：邏輯右移(LogicalShiftRight)。寄存器中字的高端空出的位補(bǔ)0。

ASR：算術(shù)右移(ArithmeticShiftRight)。算術(shù)移位的對象是帶符號數(shù)。在移位過程中必須保持操作數(shù)的符號不變。若源操作數(shù)為正數(shù)，則字的高端空出的位補(bǔ)0；若源操作數(shù)為負(fù)數(shù)，則字的高端空出的位補(bǔ)1。

ROR：循環(huán)右移(ROtateRight)。從字的最低端移出的位填入字的高端空出的位。

RRX：擴(kuò)展為1的循環(huán)右移(RotateRighteXtendedby1place)。操作數(shù)右移1位，空位(位[31])用“C”標(biāo)志填充。

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4．寄存器間接尋址指令地址碼給出寄存器的編號，寄存器為地址指針，存放操作數(shù)的有效地址。例：LDRR0，[R1] ;R0←[R1]STRR0，[R1] ;R0→[R1]第1條指令將寄存器R1所指向的地址單元的內(nèi)容加載到寄存器R0中。第2條指令將寄存器R0的內(nèi)容存入寄存器R1指向的地址單元。

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5．基址尋址

基址尋址是將基址寄存器的內(nèi)容與指令中給出的位移量相加，形成操作數(shù)有效地址。基址尋址用于訪問基址附近的存儲單元，包括基址加偏移量尋址和基址加索引尋址，可以將寄存器間接尋址看作是位移量為0的基址加偏移量尋址。

1)基址加偏移量尋址

基址加偏移量尋址中的偏移量最大為4KB，可分為前索引尋址和后索引尋址。

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前索引尋址舉例：

LDRR0，[R1，#4] ;R0←[R1+4]

這條指令是把基址R1的內(nèi)容加上偏移量4后所指向的存儲單元的內(nèi)容加載到寄存器R0中。

后索引尋址舉例：

LDRR0，[R1]，#4 ;R0←[R1] ;R1←R1+4后索引尋址是指基址不帶偏移作為傳送的地址，傳送后自動索引。.

這種改變基址寄存器指向下一個傳送的地址對數(shù)據(jù)塊傳送很有用，還可以采用帶自動索引的前索引尋址實現(xiàn)。例：

LDRR0，[R1，#4]! ;R0←[R1] ;R1←R1+4

這兩條指令功能相同，符號“！”表明指令在完成數(shù)據(jù)傳送后更新基址寄存器。ARM的這種自動索引不消耗額外的時間。

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2)基址加索引尋址基址加索引尋址是指先指定一個基址寄存器，再指定另一個寄存器(稱為索引)，其值作為位移加到基址上形成存儲器地址。例：

LDRR0，[R1，R2] ;R0←[R1+R2]

這條指令是將R1和R2的內(nèi)容相加得到操作數(shù)的地址，再將此地址單元的內(nèi)容加載到R0。

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6．多寄存器尋址多寄存器尋址是指一次可以傳送多個寄存器的值，允許一條指令一次傳送16個寄存器的任何子集，包括16個寄存器。例：

LDMIAR1，{R0，R2，R5} ;R0←[R1] ;R2←[R1+4] ;R5←[R1+8]

由于傳送的數(shù)據(jù)總是32位的字，因此基址寄存器R1應(yīng)當(dāng)字對準(zhǔn)。這條指令是將R1指向的連續(xù)存儲單元的內(nèi)容送到寄存器R0、R2和R5。

.7．堆棧尋址

堆棧是一種按照特定順序進(jìn)行存取的存儲區(qū)。這種特定的順序是指“后進(jìn)先出”(LIFO)或“先進(jìn)后出”(FILO)。使用堆棧時需要使用一個專門的寄存器作為堆棧指針，堆棧指針?biāo)付ǖ拇鎯卧褪嵌褩５臈ｍ?。如果堆棧指針指向最后壓入堆棧的有效?shù)據(jù)項，就稱為滿堆棧(fullstack)；如果堆棧指針指向下一個數(shù)據(jù)項放入的空位置，就稱為空堆棧(emptystack)。另外，根據(jù)堆棧存儲區(qū)地址增長的方向，可將堆棧分為遞增堆棧(ascendingstack)和遞減堆棧(descendingstack)。

.以上表示遞增、遞減、滿、空的堆棧的各種組合就產(chǎn)生了4種堆棧類型。ARM支持所有這4種類型的堆棧，即滿遞增、空遞增、滿遞減、空遞減。

ARM指令使用push向堆棧寫數(shù)據(jù)，稱為進(jìn)棧；使用pop從堆棧讀數(shù)據(jù)，稱為出棧。.8．塊拷貝尋址

從堆棧的角度來看，多寄存器傳送指令是把一塊數(shù)據(jù)從存儲器的某一個位置拷貝到另一位置。從塊拷貝的角度來看，具體使用哪條指令還要基于數(shù)據(jù)存儲在基址寄存器地址之上還是之下，地址在存儲第一個值之前或之后增加或減少。這兩種角度的映射均取決于執(zhí)行加載操作還是存儲操作。表列出了多寄存器加載和存儲指令映射。

.表多寄存器加載和存儲指令映射

.例：LDMIAR0!,{R2-R9} ;將數(shù)據(jù)加載到R2～R9STMIAR1,{R2-R9} ;將數(shù)據(jù)存入存儲器執(zhí)行指令后，由于引用自動索引“！”，R0的值共增加32，而R1不變。若R2～R9的內(nèi)容有保存價值，就需要把它們壓棧，即STMFDR13!,{R2-R9} ;存儲寄存器到堆棧LDMIAR0!,{R2-R9}STMIAR1,{R2-R9}LDMFDR13!,{R2-R9} ;從堆?；謴?fù)

.多寄存器指令的后綴含義如下：I：IncrementD：DecrementorDescendingstackA：AfterorAscendingstackB：BeforeF：FullE：Empty例如“FD”即表明是滿遞減堆棧尋址方式(fulldescendingstack)。

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9．相對尋址可以將相對尋址看作是以程序計數(shù)器PC為基址的一種基址尋址方式。指令的地址碼作為位移量，與PC相加得到操作數(shù)的有效地址。位移量指出了操作數(shù)與當(dāng)前指令之間的相對位置。例： BLSUBR ;轉(zhuǎn)移到SUBR ... ;返回到此SUBR ... ;子程序入口地址 MOVPC,R14 ;返回

.1．ARM指令集編碼ARM指令集采用32位二進(jìn)制編碼方式，大部分指令編碼中定義了第一操作數(shù)、第二操作數(shù)、目的操作數(shù)、條件標(biāo)志影響位以及每條指令所對應(yīng)的不同功能實現(xiàn)的二進(jìn)制位。每條ARM指令都具有不同的編碼方式，與不同的指令功能相對應(yīng)，如圖2-16所示。

2.2.2ARM指令集..2．條件執(zhí)行條件執(zhí)行是指只有在當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器CPSR中的條件碼標(biāo)志滿足指定的條件時，帶條件碼的指令才能執(zhí)行。條件轉(zhuǎn)移是絕大多數(shù)指令集的標(biāo)準(zhǔn)特征，但ARM指令集將條件執(zhí)行擴(kuò)展到所有指令，包括監(jiān)控調(diào)用和協(xié)處理器指令。條件域占據(jù)32個指令域的高4位，如圖2-17所示。

條件域共有16個值，即16個條件碼，如表2-5所示，其中AL(Always)條件是缺省條件。

.表2-5條

件

碼

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對于條件執(zhí)行，需要說明的有以下兩點：(1)幾乎所有的ARM數(shù)據(jù)處理指令都可以根據(jù)執(zhí)行結(jié)果來選擇是否更新條件碼標(biāo)志。當(dāng)指令中包含后綴“S”時，指令將更新條件碼標(biāo)志。(2)可以根據(jù)另一條指令設(shè)置的標(biāo)志，有條件地執(zhí)行某條指令。

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3．ARM指令格式ARM指令集是Load/Store型的，只能通過Load/Store指令實現(xiàn)對存儲器的訪問，其他類型的指令都基于寄存器完成。ARM指令使用的基本格式如下：

<opcode>{<cond>}{S} <Rd>,<Rn>{,<operand2>}其中：

opcode：操作碼，指令助記符，如LDR、STR等。

cond：可選的條件碼，執(zhí)行條件，如EQ、NE等。

S：可選后綴，若指定S，則根據(jù)指令執(zhí)行結(jié)果更新CPSR中的條件碼。

.

Rd：目標(biāo)寄存器。

Rn：存放第1操作數(shù)的寄存器。

operand2：第2操作數(shù)。

“<>"：必需項。

“{}"：可選項。例：

LDR R0,[R1] ;將R1地址上的存儲器單元的內(nèi)容加載到R0，執(zhí)行條件AL.BEQDATAEVEN ;條件執(zhí)行的分支指令，執(zhí)行條件EQ，相等則跳轉(zhuǎn)到DATAEVEN

ADDSR2,R1,#1 ;加法指令，R2←R1+1，影響CPSR

SUBNESR2,R1,#0x20 ;條件執(zhí)行的減法指令，執(zhí)行條件NE，R2←R1-0x20，影響CPSR.

4．ARM存儲器訪問指令

1)LDR、STRLDR和STR為單一數(shù)據(jù)傳送指令，可傳送字和無符號字節(jié)、半字和帶符號字節(jié)、雙字。

(1)字和無符號字節(jié)。*句法：op{cond}{B}{T}Rd,[Rn] ;零偏移op{cond}{B}Rd,[Rn,Flexoffset]{!};前索引偏移op{cond}{B}Rd,label ;程序相對偏移op{cond}{B}{T}Rd,[Rn],Flexoffset ;后索引偏移

.*符號說明：op：操作碼，LDR或STR。

cond：可選的條件碼。

B：可選后綴。若有B，則傳送Rd的最低有效字節(jié)。若op是LDR，則將Rd的其他字節(jié)清零。

T：可選后綴。若有T，則即使處理器處于特權(quán)模式下，對存儲系統(tǒng)的訪問也將處理器看作是在用戶模式下。T在用戶模式下無效，不能與前索引偏移一起使用。

Rd：用于加載或存儲的ARM寄存器。

.

Rn：基址寄存器。若指令是帶有寫回的前索引或后索引，或使用后綴T，則不允許Rn與Rd相同。

Flexoffset：加到Rn上的偏移量。

label：程序相對偏移表達(dá)式。其值必須在當(dāng)前指令的±4KB范圍內(nèi)。

?。嚎蛇x后綴。若有“！”，則將包含偏移量的地址寫回到Rn。若Rn是R15，則不能使用“！”。

.*指令說明：指令用于加載或存儲寄存器32位字或8位無符號字節(jié)。字節(jié)加載用“0”擴(kuò)展到32位。對于零偏移形式，Rn的值作為傳送數(shù)據(jù)的地址。對于前索引偏移形式，在傳送數(shù)據(jù)之前，將偏移量加到Rn中，結(jié)果作為傳送數(shù)據(jù)的存儲器地址。若使用“！”，則結(jié)果寫回到Rn，且Rn不允許是R15。對于程序相對偏移形式，匯編器由PC計算偏移量，并將PC作為Rn生成前索引指令。不能使用后綴“！”。

.對于后索引形式，Rn的值作為傳送數(shù)據(jù)的存儲器地址。數(shù)據(jù)傳送之后，將偏移量加到Rn中，結(jié)果寫回到Rn。Rn不允許是R15。大多數(shù)情況下，必須保證用于32位傳送的地址按照字對準(zhǔn)。關(guān)于非字對準(zhǔn)的情況比較復(fù)雜，可參考ARM編程模型中非字對準(zhǔn)的敘述或相關(guān)手冊。加載到R15會引起處理器轉(zhuǎn)移到所加載地址處的指令。對于加載值的位[1:0]，不同的ARM體系結(jié)構(gòu)，有不同規(guī)定。當(dāng)加載R15時，不允許使用后綴“B”或“T”。

.應(yīng)盡量避免從R15存儲。例：LDR R8,[R10] ;R8←[R10]LDRNE R2,[R5,#960]! ;R2←[R5+960]，R5←R5+960，條件執(zhí)行STR R2,[R9,#CON] ;R2→[R9+CON]，CON為常量表達(dá)式，且值不超過4KBSTRB R0, [R3,-R8,ASR#2] ;R0→[R3-R8/4]，存儲R0最低有效字節(jié)，R3和R8不變

.(2)半字和帶符號字節(jié)。*句法：op{cond}typeRd,[Rn] ;零偏移op{cond}typeRd,[Rn,offset]{!} ;前索引偏移op{cond}typeRd,label ;程序相對偏移op{cond}typeRd,[Rn],offset ;后索引偏移.

*符號說明：

type：包括SH(帶符號半字，僅LDR)、H(無符號半字)和SB(帶符號字節(jié)，僅LDR)。*指令說明：指令用于加載寄存器16位半字或帶符號8位字節(jié)，存儲寄存器16位半字。帶符號加載是指帶符號擴(kuò)展到32位。無符號半字加載是指零擴(kuò)展到32位。

半字傳送的地址必須是偶數(shù)，即按照半字對準(zhǔn)。關(guān)于非對準(zhǔn)的情況比較復(fù)雜，可參考ARM編程模型中非對準(zhǔn)的敘述或相關(guān)手冊。

.不能將半字或字節(jié)加載到R15。例：LDREQSH R11,[R6] ;R11←[R6]，條件執(zhí)行，加載半字，帶符號擴(kuò)展到32位LDRH R1,[R0,#12] ;R1←[R0+12]，加載半字，零擴(kuò)展到32位STRH R4,[R0,R1]! ;R4→[R0+R1]，存儲R4最低有效半字到R0+R1地址開始的兩個字節(jié)， ;地址寫回到R0LDRSB R1,[R6],R3,LSL#4 ;錯誤，這種格式只對字和無符號字節(jié)傳送有效

.(3)雙字。*句法：op{cond}DRd,[Rn] ;零偏移op{cond}DRd,[Rn,offset]{!} ;前索引偏移op{cond}DRd,label ;程序相對偏移op{cond}DRd,[Rn],offset ;后索引偏移

.*指令說明：指令用于加載或存儲兩個相鄰寄存器64位雙字。對于雙字傳送，地址必須是8的倍數(shù)。例：LDRD R6,[R11] ;R6←[R11],R7←[R11]+4LDRD R1,[R6] ;錯誤，Rd必須是偶數(shù)STRD R4,[R9,#24] ;R4→[R9+24],R5→[R9+24]+4STRD R14,[R9,#24] ;錯誤，Rd不允許是R14STRD R2,[R3],R6 ;錯誤，Rn不允許是Rd或R(d+1).2)LDM、STM*句法：op{cond}modeRn{!},reglist{^}*符號說明：mode：包括IA——每次傳送后地址加1IB——每次傳送前地址加1DA——每次傳送后地址減1DB——每次傳送前地址減1FD——滿遞減堆棧ED——空遞減堆棧FA——滿遞增堆棧EA——空遞增堆棧

.

Reglist：加載或存儲的寄存器列表，包含在括號中，也可以包含寄存器的范圍，必須用逗號隔開。

^：可選后綴。

不允許在用戶模式或系統(tǒng)模式下使用。

用途包括以下兩點：

若op是LDM，且reglist中包含R15，則進(jìn)行多寄存器傳送時，也將SPSR拷貝到CPSR；用于從異常返回，僅在異常模式下使用。數(shù)據(jù)傳送的是用戶模式的寄存器，而不是當(dāng)前模式的寄存器。

.*指令說明：指令用于加載或存儲多個寄存器，可傳送R0～R15的任何組合。指令忽略地址的位[1:0]。到R15的加載將引起處理器轉(zhuǎn)移到加載地址處的指令。如果Rn包含在寄存器列表中，且用“！”表明要寫回，那么若op是STM，且Rn是寄存器列表中數(shù)字最小的寄存器，則Rn的初值被保存；否則，Rn的加載和存儲值不可預(yù)知。

.例：LDMIA R8,{R0,R2,R9}STMDB R1!,{R3-R6,R11,R12}STMFD R13!,{R0,R4-R7,LR};寄存器進(jìn)棧LDMFD R13!,{R0,R4-R7,PC};寄存器出棧，從子程序返回STMIA R5!,{R5,R4,R9} ;錯誤，R5的值不可預(yù)知LDMDA R2,{} ;錯誤，列表中至少要有一個寄存器

.

5．ARM數(shù)據(jù)處理指令

ARM數(shù)據(jù)處理指令的特點包括：

(1)操作數(shù)為32位，來自寄存器或定義的立即數(shù)。對于操作數(shù)可進(jìn)行符號擴(kuò)展和零擴(kuò)展。

(2)處理結(jié)果除了長乘法指令為64位之外，其余均為32位，存放在寄存器中。

(3)大多數(shù)ARM通用數(shù)據(jù)處理指令都有一個靈活的第二操作數(shù)(flexiblesecondoperand)。

.第二操作數(shù)operand2可以是立即數(shù)形式或寄存器形式。立即數(shù)形式——#32位立即數(shù)?？梢允侨≈禐閿?shù)字常量的表達(dá)式。有效的立即數(shù)必須可由8位立即數(shù)循環(huán)右移偶數(shù)位得到。寄存器形式——Rm,{#shift}?？蓪m進(jìn)行移位或循環(huán)移位。shift用來指定移位類型和移位位數(shù)。移位位數(shù)可以是5位立即數(shù)或寄存器。

.移位操作包括：

ASR：算術(shù)右移，即將寄存器內(nèi)容除以2n，寄存器內(nèi)容看作帶符號的補(bǔ)碼整數(shù)。

LSR：邏輯右移，即將寄存器內(nèi)容除以2n，寄存器內(nèi)容看作無符號整數(shù)。

LSL：邏輯左移，即將寄存器內(nèi)容乘以2n，寄存器內(nèi)容看作無符號整數(shù)。

ROR：循環(huán)右移。

RRX：帶擴(kuò)展的循環(huán)右移。將寄存器內(nèi)容循環(huán)右移1位，進(jìn)位標(biāo)志拷貝到位[31]。..ARM數(shù)據(jù)處理指令可以完成的功能包括：數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)運算、邏輯運算、比較、測試、乘法等。

1)算術(shù)運算指令——ADD、SUB、RSB、ADC、SBC、RSC

*句法：

op{cond}{S}Rd,Rn,Operand2

*符號說明：

S：可選后綴。若指定S，則根據(jù)操作結(jié)果更新條件碼標(biāo)志(N、Z、C、V)。

Rd：ARM結(jié)果寄存器。

Rn：ARM第一操作數(shù)寄存器。

Operand2：靈活的第二操作數(shù)。.

*指令說明：指令用于加、減、反減等算術(shù)運算，包括帶進(jìn)位的算術(shù)運算。ADD指令用于將Rn和Operand2的值相加。SUB指令用于從Rn的值中減去Operand2的值。RSB指令用于從Operand2的值中減去Rn的值。反減的優(yōu)點在于Operand2的可選范圍寬，因此擴(kuò)展了減數(shù)的使用范圍。ADC、SBC和RSC指令分別是ADD、SUB和RSB指令帶進(jìn)位的減法運算?？捎糜诙鄠€字的運算。算術(shù)運算中如果使用R15作為Rn，則其值為指令的地址加8。如果使用R15作為Rd，則執(zhí)行轉(zhuǎn)移到結(jié)果相應(yīng)的地址；或者在使用“S”的情況下，拷貝SPSR到CPSR，利用這點可從異常返回。.

在有寄存器控制移位的任何數(shù)據(jù)處理指令中，不能將R15作為Rd或任何操作數(shù)來使用。例：ADD R2,R1,R3SUBS R8,R6,#240 ;根據(jù)結(jié)果設(shè)置標(biāo)志RSB R4,R4,#1280 ;R4←1280-R4ADCHI R11,R0,R3 ;只有標(biāo)志C置位且標(biāo)志Z清零時才執(zhí)行RSCLESR0,R5,R0,LSLR4;條件執(zhí)行，設(shè)置標(biāo)志，第二操作數(shù)邏輯左移RSCLESR0,R15,R0,LSLR4 ;錯誤，R15不允許與被控制移位的寄存器同時使用.下面兩條指令將R2和R3中的64位整數(shù)與R0和R1中的64位整數(shù)相加，結(jié)果放在R4和R5中：ADDS R4,R0,R2 ;加低有效字

ADC R5,R1,R3 ;加高有效字下面的指令進(jìn)行96位減法：

SUBS R3,R6,R9

SBCS R4,R7,R10SBC R5,R8,R11.

2)邏輯運算指令——AND、ORR、EOR、BIC*句法：

op{cond}{S}Rd,Rn,Operand2*指令說明：

指令用于與、或、異或、位清零等邏輯運算。其中，AND、ORR、和EOR指令分別完成邏輯與、邏輯或、邏輯異或的運算，操作數(shù)是Rn和Operand2的值；BIC指令用于將Rn中的位與Operand2值中的相應(yīng)位的反碼進(jìn)行“與”操作。若指定S，則指令將根據(jù)結(jié)果更新標(biāo)志N和Z；計算Operand2時更新標(biāo)志C；不影響標(biāo)志V。關(guān)于R15的使用與算術(shù)運算指令相同。.例：

AND R9,R2,#0xFF00

ORREQ R2,R0,R5 ;條件執(zhí)行

EORS R0,R0,R3,RORR6 ;設(shè)置標(biāo)志，第二操作數(shù)循環(huán)右移

BICNES R8,R10,R0,RRX;第二操作數(shù)帶擴(kuò)展循環(huán)右移

EORS R0,R15,R3,RORR6 ;錯誤，R15不允許與被控制移位的寄存器同時使用.

3)數(shù)據(jù)傳送指令——MOV、MVN

*句法：

op{cond}{S}Rd,Operand2*指令說明：

指令用于數(shù)據(jù)傳送。其中，MOV指令將Operand2的值拷貝到Rd；MVN指令對Operand2的值按位取非后，將結(jié)果拷貝到Rd。關(guān)于條件碼標(biāo)志的影響與邏輯運算指令相同。關(guān)于R15的使用與算術(shù)運算指令相同。.例：MOV R5,R2MVNNE R11,#0x0F000000

;條件執(zhí)行MOVS R0,R0,ASRR3

;設(shè)置標(biāo)志，第二操作數(shù) 算術(shù)右移.4)比較指令——CMP、CMN*句法：

op{cond}{S}Rd,Operand2

*指令說明：

指令用于比較操作，根據(jù)結(jié)果更新條件碼標(biāo)志，結(jié)果并不放入寄存器。其中，CMP指令從Rn的值中減去Operand2的值，結(jié)果丟棄；CMN指令將Operand2的值加到Rn的值中，結(jié)果丟棄。如果將R15用作Rn，則使用的值是指令的地址加8。在控制寄存器移位的操作中，不能使用R15。.例：CMP R2,R9CMN R0,#6400CMPGT R13,R7,LSL#2

;條件執(zhí)行，第二操作數(shù)邏輯左移CMP R2,R15,ASRR0

;錯誤，R15不允許與控制移位的寄存器同時使用.

5)測試指令——TST、TEQ

*句法：

op{cond}{S}Rd,Operand2

*指令說明：

指令用于測試操作，根據(jù)結(jié)果更新條件碼標(biāo)志，結(jié)果不放入寄存器。其中，TST指令對Rn的值與Operand2的值進(jìn)行按位“與”操作，結(jié)果丟棄；TEQ指令對Rn的值與Operand2的值進(jìn)行按位“異或”操作，結(jié)果丟棄。關(guān)于條件碼標(biāo)志的影響與算術(shù)運算指令相同。.關(guān)于R15的使用與比較指令相同。例：TST R0,#0x3F8TEQEQ R10,R9 ;條件執(zhí)行TSTNE R1,R5,ASRR1

;條件執(zhí)行，第二操作數(shù)算術(shù)右移TEQ R15,R1,RORR0

;錯誤，R15不允許與控制移位的寄存器同時使用.6)乘法指令——MUL、MLA*句法：MUL{cond}{S}Rd,Rm,RsMLA{cond}{S}Rd,Rm,Rs,Rn*符號說明：Rd：結(jié)果寄存器。Rm、Rs、Rn：操作數(shù)寄存器。

.

*指令說明：

指令用于進(jìn)行乘法和乘加32位×32位運算，結(jié)果為低32位。其中，MUL指令將Rm和Rs中的值相乘，并將最低有效的32位結(jié)果放入Rd中；MLA指令將Rm和Rs中的值相乘，再加上Rn的值，并將最低有效的32位結(jié)果放入Rd中。如果指定S，則指令根據(jù)結(jié)果更新標(biāo)志N和Z；不影響標(biāo)志V；在ARMv4之前版本中標(biāo)志C不可靠；在ARMv5以后版本中不影響標(biāo)志C。R15不能用作Rd、Rm、Rs或Rn。Rd不能與Rm相同。.例：MUL R10，R2，R5MLA R10，R2，R1，R5MULS R0，R2，R2

;影響標(biāo)志MULLT R2，R3，R2

;條件執(zhí)行MLAVCS R8，R6，R3，R8 ;條件執(zhí)行，影響標(biāo)志MUL R15，R0，R3

;錯誤，不允許使用R15MLA R1，R1，R6

;錯誤，Rd不能與Rm相同

.7)CLZ

*句法：CLZ{cond}Rd,Rm

*指令說明：

指令用于對Rm中值的前導(dǎo)零的個數(shù)進(jìn)行計數(shù)，結(jié)果放入Rd中。若Rm內(nèi)容為0，則結(jié)果為32；若Rm位[31]為1，則結(jié)果為0。指令不影響條件碼標(biāo)志。Rd不允許是R15。.

6．ARM分支指令1)B、BL

*句法：B {cond} labelBL{cond}label*指令說明：

指令用于分支和帶鏈接分支的操作。其中，B指令引起處理器轉(zhuǎn)移到label；BL指令將下一條指令的地址拷貝到R14(LR，鏈接寄存器)，并引起處理器轉(zhuǎn)移到label。.

2)BX

*句法：BX {cond} Rm

*符號說明：

Rm：含轉(zhuǎn)移地址的寄存器。Rm的位[0]不用來作為地址的一部分。若Rm的位[0]為1，則指令將CPSR中的標(biāo)志T置位，且將目標(biāo)地址的代碼解釋為Thumb代碼。若Rm的位[0]為0，則位[1]就不能為1。.*指令說明：指令用于實現(xiàn)分支，并可選地交換指令集。BX指令將引起處理器轉(zhuǎn)移到Rm中的地址。若Rm的位[0]為1，則指令集變換到Thumb指令集。

例：

BX R6.

3)BLX

*句法：

BLX{cond}Rm*指令說明：

指令用于實現(xiàn)帶鏈接分支，并可選地交換指令集。指令有兩種形式：帶鏈接無條件轉(zhuǎn)移到程序相對偏移地址；帶鏈接有條件轉(zhuǎn)移到寄存器中的絕對地址。

BLX指令具體用途有：將下一條指令的地址拷貝到R14(LR，鏈接寄存器)中；轉(zhuǎn)移到label或Rm中的地址；切換到Thumb指令集，條件是Rm的位[0]為1或者使用“BLXlabel”的形式。.

7．ARM協(xié)處理器指令

1)協(xié)處理器的數(shù)據(jù)操作指令——CDP

2)協(xié)處理器的數(shù)據(jù)傳送指令——LDC3)協(xié)處理器的寄存器傳送指令——MCR、MRC.

8．ARM雜項指令

1)軟件中斷指令——SWI

*句法：

SWI {cond}immed_24

*符號說明：

immed_24： 表達(dá)式，其值為0～224－1范圍內(nèi)的整數(shù)。*指令說明：

SWI指令引起處理器SWI異常，即處理器變?yōu)楣芾砟Ｊ剑珻PSR內(nèi)容保存到管理模式的SPSR中，執(zhí)行轉(zhuǎn)移到SWI向量。這條指令不影響條件碼標(biāo)志。.

2)斷點指令——BKPT

*句法：BKPTimmed_16*符號說明：

immed_16：表達(dá)式，其值為0～216范圍內(nèi)的整數(shù)。*指令說明：

BKPT指令使處理器進(jìn)入調(diào)試模式，調(diào)試工具可利用這條指令到達(dá)特定的地址時查詢系統(tǒng)狀態(tài)。.3)PSR操作指令——MRS、MSR*句法：MRS {cond}Rd,psrMSR {cond}psr_fields,#immed_8rMSR {cond}psr_fields,Rm*符號說明：psr：CPSR或SPSR。fields：指定傳送的區(qū)域，包括：

c 控制域屏蔽字節(jié)(PSR[7:0]) x 擴(kuò)展域屏蔽字節(jié)(PSR[15:8]) s 狀態(tài)域屏蔽字節(jié)(PSR[23:16]) f 標(biāo)志域屏蔽字節(jié)(PSR[31:24])

.immed_8r：表達(dá)式，其值為對應(yīng)8位位圖的數(shù)字常量，該位圖在32位字中循環(huán)移位，每次移動偶數(shù)位。*指令說明：

PSR操作指令MRS和MSR配合使用，可用來更新PSR的讀－修改－寫序列的一部分，如改變處理器模式或清除標(biāo)志Q。其中MRS指令將PSR的內(nèi)容傳送到通用寄存器；MSR指令用立即數(shù)或通用寄存器的內(nèi)容加載PSR的指定區(qū)域。.9．ARM偽指令

顧名思義，偽指令并不是真正的指令。偽指令在編譯器對程序進(jìn)行匯編處理時被替換成相應(yīng)的指令序列。使用偽指令的目的在于簡化程序編寫。

ARM偽指令包括ADR、ADRL、LDR和NOP。

1)ADR、ADRL、LDR*句法：

ADR{cond}register,exprADRL{cond}register,exprLDR{cond}register,=[expr|label-expr].

*符號說明：

register：加載的寄存器。expr：PC或寄存器相對偏移表達(dá)式。對于LDR指令，被賦值成數(shù)字常量。label-expr：程序相對偏移或外部表達(dá)式。.2)空操作——NOP*句法：NOP*指令說明：NOP偽指令在匯編時被替換成ARM的空操作，如“MOVR0,R0”等。NOP偽指令不能有條件執(zhí)行。NOP偽指令不影響CPSR中的條件標(biāo)志位。

.2.4.4Thumb指令集

1．Thumb指令集概述

Thumb指令集是ARM指令集壓縮形式的子集。由于Thumb指令是16位的，因此使用Thumb指令可以提高代碼密度。所有的Thumb指令都有相對應(yīng)的ARM指令，Thumb編程模型也對應(yīng)ARM編程模型。在ARM指令流水線中實現(xiàn)Thumb指令必須先進(jìn)行動態(tài)解壓縮，然后再作為標(biāo)準(zhǔn)ARM指令執(zhí)行。.1)Thumb指令集編碼Thumb指令集編碼如圖所示。.

2)Thumb編程模型Thumb指令集只能對限定的ARM寄存器進(jìn)行操作。Thumb編程模型如圖所示。

說明：

R13～R15被擴(kuò)展作為特殊應(yīng)用，R13用作堆棧指針SP，R14用作鏈接寄存器LR，R15用作程序計數(shù)器PC。陰影寄存器R8～R12訪問受限。

CPSR的條件標(biāo)志位由算術(shù)和邏輯操作設(shè)置并控制轉(zhuǎn)移。

..

3)Thumb狀態(tài)切換CPSR的T位決定ARM處理器執(zhí)行的是ARM指令流還是Thumb指令流。若T置1，則認(rèn)為是Thumb指令流；若T置0，則認(rèn)為是ARM指令流。

(1)進(jìn)入Thumb狀態(tài)。系統(tǒng)復(fù)位后，處理器處于ARM狀態(tài)。執(zhí)行BX指令，將轉(zhuǎn)移地址寄存器的位[0]置1，其他位放入PC，即可進(jìn)入Thumb狀態(tài)。

(2)退出Thumb狀態(tài)。退出Thumb狀態(tài)的方法與進(jìn)入Thumb狀態(tài)的方法相對應(yīng)，使用BX指令，將轉(zhuǎn)移地址寄存器的位[1:0]置為b00，即可退出Thumb狀態(tài)。如果發(fā)生異常，無論處理器當(dāng)前的工作狀態(tài)如何，異常都會使處理器返回到ARM狀態(tài)。.

4)Thumb指令集與ARM指令集的區(qū)別

(1)Thumb指令除了分支B指令外大多是無條件執(zhí)行的。

(2)大多數(shù)Thumb指令采用2地址格式，即目的寄存器和源寄存器。(3)Thumb指令集沒有協(xié)處理器指令、信號量(semaphore)指令和訪問PSR的指令。(4)Thumb分支指令與ARM分支指令相比，在尋址范圍上有更多限制。(5)Thumb數(shù)據(jù)處理指令訪問R8～R15受限。除MOV和ADD指令訪問R8～R15外，數(shù)據(jù)處理指令總是更新CPSR的ALU狀態(tài)標(biāo)志。訪問R8～R15的Thumb數(shù)據(jù)處理指令不能更新標(biāo)志。.

(6)Thumb的寄存器Load/Store指令只能訪問R0～R7。PUSH和POP指令使用堆棧指針R13(SP)作為基址實現(xiàn)滿遞減堆棧。除傳送R0～R7外，PUSH還可用于存儲鏈接寄存器R14(LR)，POP還可用于加載程序計數(shù)器指針PC。(7)Thumb偽指令不支持ADRL。.2．Thumb存儲器訪問指令

1)LDR、STR——立即數(shù)偏移

*句法：

op Rd,[Rn,#immed_5×4]opH Rd,[Rn,#immed_5×2]opB Rd,[Rn,#immed_5×1]

*符號說明：

H：指明無符號半字傳送的參數(shù)。B：指明無符號字節(jié)傳送的參數(shù)。Rd：加載和存儲寄存器。Rd只能在R0～R7范圍內(nèi)。immed_5×N：偏移量表達(dá)式。其取值是N的倍數(shù)，在0～31N范圍內(nèi)。.

*指令說明：指令用于加載和存儲寄存器，寄存器的地址用一個寄存器的立即數(shù)偏移(immediateoffset)指明。字傳送的地址必須可被4整除，半字的傳送必須可被2整除。例：LDR R3,[R5,#0]STRB R0,[R3,#31] ;字節(jié)傳送STRH R7,[R3,#16] ;半字傳送LDR R13,[R3,#40] ;錯誤，只能使用R0～R7STRB R0,[R3,#32] ;錯誤，32超出了字節(jié)傳送的范圍STRH R7,[R3,#15] ;錯誤，半字傳送的偏移量必須是偶數(shù)LDRH R6,[R0,#-6] ;錯誤，不支持負(fù)偏移量.2)LDR、STR——寄存器偏移*句法：op Rd,[Rn,Rm]*符號說明：op：op可以是LDR 加載寄存器，4字節(jié)字；STR 存儲寄存器，4字節(jié)字；LDRH 加載寄存器，2字節(jié)無符號半字；LDRSH 加載寄存器，2字節(jié)帶符號半字；STRH 存儲寄存器，2字節(jié)半字；LDRB 加載寄存器，無符號字節(jié)；LDRSB 加載寄存器，帶符號半字；STRB 存儲寄存器，字節(jié)。

.*指令說明：

指令用于加載和存儲寄存器，存儲器的地址用基址尋址方式指明，即Rn中的基址加上偏移量形成存儲器的地址。數(shù)據(jù)傳送可以是字、半字或字節(jié)。加載的數(shù)據(jù)被放到Rd的最低有效位。對于無符號加載，Rd的其余位補(bǔ)0；對于帶符號加載，Rd的其余位拷貝符號位。注意，存儲指令帶符號和無符號沒有區(qū)別。字傳送的地址必須可被4整除，半字傳送的地址必須可被2整除。.例：LDR R2,[R1,R5]LDRSH R0,[R0,R6] ;加載帶符號半字STRB R1,[R7,R0] ;存儲字節(jié)LDR R13,[R5,R3] ;錯誤，只能使用R0～R7STRSH R7,[R3,R1] ;錯誤，沒有帶符號的存儲指令.3)LDR、STR——PC或SP相對偏移*句法：LDR Rd,[PC,#immed_8×4]LDR Rd,labelLDR Rd,[SP,#immed_8×4]LDR Rd,[SP,#immed_8×4].*符號說明：immed_8×4：偏移量表達(dá)式。取值為4的整數(shù)倍，范圍在0～1020內(nèi)。label：程序相對偏移表達(dá)式。必須在當(dāng)前指令之后1KB范圍內(nèi)。

*指令說明：

指令用于加載和存儲寄存器，存儲器的地址用PC或SP的立即數(shù)偏移指明，即PC或SP的基址加上偏移量形成存儲器地址。其中，PC的位[1]被忽略，確保了地址字對準(zhǔn)。注意，沒有PC相對偏移的STR指令；地址必須是4的整數(shù)倍。.例：LDR R2,[PC,#1016]LDR R5,localdataLDR R0,[SP,#920]STR R1,[SP,#20]LDR R13,[PC,#8] ;錯誤，Rd只能使用R0～R7STR R7,[PC,#64] ;錯誤，STR指令沒有PC相對偏移STRH R0,[SP,#16] ;錯誤，半字或字節(jié)傳送沒有PC或SP相對偏移LDR R2,[PC,#81] ;錯誤，立即數(shù)必須是4的整數(shù)倍LDR R1,[PC,#-24] ;錯誤，立即數(shù)不能是負(fù)數(shù)STR R1,[SP,#1024] ;錯誤，立即數(shù)最大為1020.

4)PUSH、POP

*句法：

PUSH {reglist}POP {reglist}PUSH {reglist,LR}POP {reglist,PC}

*符號說明：

reglist：寄存器列表。只能使用R0～R7。列表中至少必須有1個寄存器。.

*指令說明：

指令用于寄存器和可選的LP進(jìn)棧以及寄存器和可選的PC出棧。Thumb堆棧是滿遞減堆棧，即堆棧向下增長，SP指向堆棧的最后入口。寄存器以數(shù)字順序存儲在堆棧中，最低數(shù)字的寄存器其地址最低。對于ARMv5以上版本，若加載PC位[1:0]的值是b00，則處理器轉(zhuǎn)換到ARM狀態(tài)，其中PC位[1]不允許是1。對于ARMv4T以前版本，PC位[1:0]被忽略，因此POP指令不能改變處理器工作狀態(tài)。這些指令不影響條件碼標(biāo)志。.例：PUSH {R1,R4-R7}PUSH {R0,LR}POP {R0-R7,PC} ;出棧并從子程序返回PUSH {R3,R5-R8} ;錯誤，不允許使用高寄存器PUSH {} ;錯誤，列表中至少必須有1個寄存器PUSH {R1-R4,PC} ;錯誤，PC不能入棧POP {R1-R4,LR} ;錯誤，不能彈出LR.

5)LDMIA、STMIA

*句法：

opRn!,{reglist}

*指令說明：

指令用于加載和存儲多個寄存器。寄存器以數(shù)字順序加載或存儲，最低數(shù)字的寄存器存儲在Rn的初始化地址中。Rn的值以reglist中寄存器個數(shù)的4倍增加。

.例：LDMIA R5!,{R0-R7}STMIA R3!,{R3,R5,R7}LDMIA R3!,{R0,R9} ;錯誤，不允許使用高寄存器STMIA R5!,{} ;錯誤，列表中至少必須有1個寄存器STMIA R5!,{R1-R6} ;錯誤，從R5存儲的值不可預(yù)知.3．Thumb數(shù)據(jù)處理指令1)算術(shù)運算指令——ADD、SUB、ADC、SBC、MUL*句法：op Rd,Rn,Rm ;對低寄存器操作，Rd←Rn＋Rm或Rd←Rn－Rmop Rd,Rn,#expr3 ;對低寄存器操作，Rd←Rn＋expr3或Rd←Rn－expr3op Rd,#expr8 ;對低寄存器操作，Rd←Rd＋expr8或Rd←Rd－expr8op SP,#expr ;SP←SP＋expr或SP←SP－expropp Rd,Rm ;對低寄存器操作，ADC帶進(jìn)位加、SBC帶進(jìn)位減、MUL乘法ADD Rd,Rp,#expr ;Rd必須為低寄存器，Rd←Rp＋exprADD Rd,Rm ;對高/低寄存器操作，Rd←Rd＋Rm.*符號說明：expr3：取值為在－7～＋7范圍內(nèi)的整數(shù)。expr8：取值為在－255～＋255范圍內(nèi)的整數(shù)。Rp：SP或PC。op：ADD或SUB。opp：ADC、SBC或MUL。

*指令說明：

指令用于算術(shù)運算，具體含義可參見每句注釋。需要說明的是，如果使用的是低寄存器，則會影響到條件碼標(biāo)志。

.例：ADDR3,R1,R5SUB R0,R4,#5ADDR7,#201ADDSP,#312SUB SP,#96ADCR2,R4ADDR6,SP,#64ADDR2,PC,#980ADDR2,R4ADDR12,R4ADDR9,R2,R6 ;錯誤，不允許使用高寄存器SUBR4,R5,#201 ;錯誤，立即數(shù)超出范圍

.

2)邏輯運算指令——AND、ORR、EOR、BIC

*句法：

op Rd,Rm

*指令說明：

指令用于邏輯運算。其中，AND指令進(jìn)行邏輯“與”運算，ORR指令進(jìn)行邏輯“或”運算，EOR指令進(jìn)行邏輯“異或”運算，BIC指令進(jìn)行“RdANDNOTRm”運算。Rd和Rm必須使用低寄存器。這些指令根據(jù)結(jié)果更新標(biāo)志N和Z。

例：

AND R2,R4.

3)移位指令——ASR、LSL、LSR、ROR

*句法：op Rd,Rs ;寄存器控制移位op Rd,Rm,#expr ;立即數(shù)移位

*符號說明：

Rs：包含移位量的寄存器。expr：立即數(shù)偏移量表達(dá)式。取值范圍是：若執(zhí)行LSL，則為0～31的整數(shù)；其余為1～32的整數(shù)。

.*指令說明：

指令用于移位操作。其中，ASR指令進(jìn)行算術(shù)右移，LSL指令進(jìn)行邏輯左移，LSR指令進(jìn)行邏輯右移，ROR指令進(jìn)行循環(huán)右移。Rd、Rs、Rm必須使用低寄存器。ROR指令僅能與寄存器控制的移位一起使用。這些指令根據(jù)結(jié)果更新標(biāo)志N和Z，不影響標(biāo)志V。若移位量為0，則標(biāo)志C不受影響；否則，C將包含源寄存器的最后移出位。

.例：ASR R3,R5LSR R0,R2,#6LSR R0,R4,#0 ;除了不影響標(biāo)志C和V外，等同于“MOVR0,R4”RORR2,R7,#3 ;ROR不能使用立即數(shù)移位LSL R9,R1 ;錯誤，不允許使用高寄存器LSL R0,R7,#32 ;錯誤，立即數(shù)移位超出范圍ASR R0,R7,#0 ;錯誤，立即數(shù)移位超出范圍

.4)比較指令——CMP、CMN*句法：CMPRn,#exprCMPRn,RmCMNRn,Rm*符號說明：expr：取值范圍為在0～255范圍內(nèi)的整數(shù)。

.*指令說明：

指令用于比較操作。其中，CMP指令從Rn的值中減去expr或Rm的值，CMN指令將Rn和Rm的值相加。對于第1、3條指令，Rn和Rm必須使用低寄存器；對于第2條指令，Rn和Rm可以使用R0～R15中的任何寄存器。這些指令更新條件碼標(biāo)志，但不在寄存器保存結(jié)果。

.例：CMPR2,#255CMPR7,R12CMNR1,R0CMPR2,#508 ;錯誤，立即數(shù)超出范圍CMPR9,#24 ;錯誤，立即數(shù)不允許和高寄存器一起出現(xiàn)CMNR1,R10 ;錯誤，CMN不允許與高寄存器一起出現(xiàn)

.5)數(shù)據(jù)傳送指令——MOV、MVN、NEG*句法：Op Rd,RmMOV Rd,#expr*符號說明：expr：取值范圍為在0～255范圍內(nèi)的整數(shù)。

.

*指令說明：

指令用于進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。其中，MOV指令將#expr或Rm的值放入Rd；MVN指令從Rm取值，按位邏輯“非”后，將結(jié)果放入Rd；NEG指令取Rm的值，乘以－1后，將結(jié)果放入Rd。除了“MOVRd,Rm”指令中Rd和Rm可以使用R0～R15中的任何寄存器之外，其余指令Rd和Rm必須使用低寄存器?！癕OVRd,#expr”和MVN指令更新標(biāo)志N和Z，對標(biāo)志C和V無影響。NEG指令更新標(biāo)志N、Z、C和V。

.對于“MOVRd，Rm”指令，如果Rd或Rm使用高寄存器，則標(biāo)志不受影響；如果Rd和Rm都使用低寄存器，則更新標(biāo)志N和Z，清除標(biāo)志C和V。如果希望在低寄存器之間傳送數(shù)據(jù)而不清除標(biāo)志C和V，可使用移位為0的LSL指令。例：

MOVR3,#0MOVR0,R12 ;不更新標(biāo)志MVNR7,R1NEGR2,R2MOVR2,#256 ;錯誤，立即數(shù)超出范圍MOVR8,#3 ;錯誤，不能傳送立即數(shù)到高寄存器MVNR8,R2 ;錯誤，MVN和NEG指令不允許使用高寄存器NEGR0,#3 ;錯誤，MVN和NEG指令不允許使用立即數(shù)

.

6)測試指令——TST

*句法：

TST Rn,Rm

*指令說明：

指令用于測試位操作。TST指令將Rn和Rm中的值按位“與”操作，更新條件碼標(biāo)志N和Z，不影響C和V，結(jié)果不放入寄存器。Rn和Rm必須使用低寄存器。例：

TST R2,R4.

4．Thumb分支指令

1)B*句法：

B{cond} label

*符號說明：label：程序相對轉(zhuǎn)移表達(dá)式，通常是在同一代碼塊內(nèi)的標(biāo)號。如果有條件，則label必須在當(dāng)前指令的－252～＋256B范圍內(nèi)；如果無條件，則label必須在±2KB范圍內(nèi)。.*指令說明：

這是Thumb指令集中唯一的有條件指令。如果條件滿足(或不使用條件)，則B指令使處理器轉(zhuǎn)移到label。B指令使用的條件與ARM指令集中的條件基本相同。例：B dloopBEG sectB.

2)BL

*句法：

BL label

*指令說明：

BL指令是帶鏈接的長分支指令，它將下一條指令的地址拷貝到鏈接寄存器R14(LR)，并使處理器轉(zhuǎn)移到label。機(jī)器級指令不能轉(zhuǎn)移到當(dāng)前指令±4KB范圍以外的地址。必要時，可使用ARM鏈接器插入代碼以允許更長的轉(zhuǎn)移。

例：BL extract

.

3)BX

*句法：

BX Rm

*指令說明：

BX指令除了完成分支外，還可以可選地交換指令集。其中，Rm的位[0]不用于地址部分，若Rm的位[0]清零，則位[1]也必須清零，指令將清除CPSR中的標(biāo)志T，目的地址的代碼被解釋為ARM代碼。例：

BX R5.

4)BLX

*句法：

BLX RmBLX label

*指令說明：

BLX指令是帶鏈接的分支指令，且可以可選地交換指令集。關(guān)于轉(zhuǎn)移范圍的說明同BL指令，關(guān)于Rm的說明同BX指令。.BLX指令可用于：拷貝下一條指令的地址到R14；引起處理器轉(zhuǎn)移到label或Rm存儲的地址；如果Rm的位[0]清零，或使用“BLXlabel”的形式，則指令集切換到ARM狀態(tài)。例：BLX R6BLX armsub.5．Thumb中斷和斷點指令1)SWI*句法：SWIimmed_8*符號說明：immed_8：取值范圍為0～255范圍內(nèi)的整數(shù)。

.

*指令說明：SWI指令引起SWI異常。處理器切換到ARM狀態(tài)、管理模式，CPSR保存到管理模式的SPSR中，執(zhí)行轉(zhuǎn)移到SWI向量地址。異常處理程序利用immed_8來確定正在請求何種服務(wù)。該指令不影響條件碼標(biāo)志。

例：

SWI12.

2)BKPT

*句法：

BKPT immed_8

*指令說明：

BKPT指令使處理器進(jìn)入調(diào)試模式。調(diào)試工具可利用該指令查詢到達(dá)特定地址的指令時的系統(tǒng)狀態(tài)。調(diào)試器利用immed_8來保存有關(guān)斷點的附加信息。

例：BKPT 67.

6．Thumb偽指令

1)ADR

*句法：ADR register,expr*符號說明：

expr：程序相對偏移量表達(dá)式。偏移量必須是正數(shù)，且小于1KB。expr必須局部定義，不能被導(dǎo)入。

*指令說明：

ADR偽指令將程序相對偏移地址加載到寄存器中。在Thumb狀態(tài)，ADR僅可以產(chǎn)生字對準(zhǔn)地址。使用ALIGN指令來確保expr是對準(zhǔn)的。expr必須被賦值成與ADR偽指令在同一代碼區(qū)域的地址。

.例：ADR R4,txampl ;=>ADDR4,PC,#nn;codeALIGNtxampl DCW 0,0,0,0.

2)LDR

*句法：

LDR register,=[expr|label-exp]

*符號說明：

expr：賦值成數(shù)字常量。若expr值在MOV