第3章 ARM920T指令系統(tǒng)

1第3章ARM920T指令系統(tǒng)12本章重點:⑴ARM指令集概述，ARM指令集全部指令編碼及條件域；⑵ARM指令，講述了ARM指令的編碼格式、指令含義、匯編格式和使用舉例。另外，本章指令編碼格式、指令匯編格式請直接看參考書。3S3C2410A嵌入式微處理器片內(nèi)使用了ARM920T內(nèi)核，因此S3C2410A使用ARM920T所支持的指令系統(tǒng)。ARM920T指令系統(tǒng)的指令集結構版本為v4T，ARM920T指令系統(tǒng)含有v4T以上指令集結構版本的基礎指令，在v4T以上指令集結構版本的微處理器中都可以運行。ARM920T處理器支持32位尋址空間。4ARM920T支持指令長度為32位的ARM指令集和指令長度為16位的Thumb指令集。ARM920T處理器總是從ARM狀態(tài)開始，必須用BX指令明確地轉(zhuǎn)換到Thumb狀態(tài)。53.1ARM指令集概述3.1.1ARM指令集概述⒈ARM指令分組⑴分支指令⑵數(shù)據(jù)處理指令⑶狀態(tài)寄存器訪問指令⑷單個寄存器裝入或存儲指令⑸塊數(shù)據(jù)裝入或存儲指令⑹協(xié)處理器指令6⒉ARM指令的能力⑴條件執(zhí)行⑵寄存器訪問⑶對在線式桶形移位器（barrelshifter）的訪問73.1.2ARM指令集全部指令編碼及條件域⒈ARM指令集全部指令編碼格式ARM指令集全部指令編碼格式見圖3.1。89⒉指令編碼中的條件域指令編碼格式中的bit[31：28]稱為條件域。在ARM狀態(tài)，所有指令都要根據(jù)CPSR中的條件碼標志和指令中條件域指定的內(nèi)容，有條件地執(zhí)行。指令中條件域bit[31：28]確定在哪一種情況下這條指令被執(zhí)行。如果C、N、Z和V標志的狀態(tài)滿足指令中條件域編碼要求，指令被執(zhí)行；否則指令被忽略。10有15種可能的條件，每一種由2個字符代替，稱為條件碼助記符后綴（簡稱條件碼助記符），可以附加在指令助記符后，如表3.1所示。例如在匯編語言中，分支指令B如果附加條件碼助記符后綴為EQ，寫作BEQ，表示相等（即Z=1）這條指令才執(zhí)行；如果Z<>1，則這條指令不被執(zhí)行，指令被忽略。11表3.1指令條件碼表（1）條件碼助記符標志含義EQZ＝1相等NEZ＝0不相等CS/HSC＝1無符號數(shù)大于或等于CC/LOC＝0無符號數(shù)小于MIN＝1負數(shù)（minus

）PLN＝0正數(shù)或零VSV＝1上溢出VCV＝0沒有上溢出12表3.1指令條件碼表（2）條件碼助記符標志含義HIC＝1，Z＝0無符號數(shù)大于LSC＝0，Z＝l無符號數(shù)小于或等于GEN＝V有符號數(shù)大于或等于LTN!＝V有符號數(shù)小于GTZ=0，N=V有符號數(shù)大于LEZ＝1，N!=V有符號數(shù)小于或等于AL任何無條件執(zhí)行(指令默認條件)NVARMv3之前該指令從不執(zhí)行133.2ARM指令本節(jié)講述的內(nèi)容和先后次序如下：分支并且轉(zhuǎn)換狀態(tài)指令（BX）；分支、分支并且連接指令（B、BL）；數(shù)據(jù)處理指令；程序狀態(tài)寄存器傳送指令（MRS、MSR）；乘、乘累加指令（MUL、MLA）；長乘、長乘累加指令（MULL、MLAL）；14單個數(shù)據(jù)傳送指令（LDR、STR）；半字、帶符號字節(jié)／半字傳送指令（LDRH、STRH、LDRSB、LDRSH）；塊數(shù)據(jù)傳送指令（LDM、STM）；單個數(shù)據(jù)交換指令（SWP）；軟件中斷指令（SWI）；協(xié)處理器介紹；15協(xié)處理器數(shù)據(jù)操作指令（CDP）；協(xié)處理器數(shù)據(jù)傳送指令（LDC、STC）；協(xié)處理器寄存器傳送指令（MRC、MCR）；未定義指令。163.2.1分支并且轉(zhuǎn)換狀態(tài)指令(BX)分支并且轉(zhuǎn)換狀態(tài)指令BX，在指令中指定了一個Rn寄存器，將Rn內(nèi)容拷貝到PC，同時使PC[0]=0；把Rn[0]的值送CPSR的T位。如果Rn[0]=1，則T=1，將處理器狀態(tài)轉(zhuǎn)換成Thumb狀態(tài)，把目標地址處的代碼解釋為Thumb代碼；如果Rn[0]=0，則T=0，將處理器狀態(tài)轉(zhuǎn)換成ARM狀態(tài)，把目標地址處的代碼解釋為ARM代碼。17⒈指令含義通過拷貝一個通用寄存器Rn的內(nèi)容到程序計數(shù)器PC，指令實現(xiàn)分支功能。這條指令也允許指令集被轉(zhuǎn)換，當這條指令被執(zhí)行時，Rn的bit[0]位確定后續(xù)指令代碼被譯碼作為ARM指令或Thumb指令。18⒉指令匯編格式

BX{cond}Rn其中：{cond}表示兩個字符的條件碼助記符；Rn 表示合法的寄存器編號19⒊使用舉例【例3.1】處理器從執(zhí)行ARM指令代碼處分支到標號為Goto_THUMB處，并且執(zhí)行Thumb指令代碼，然后又返回到Back_ARM處，執(zhí)行ARM指令代碼。20;假定處理器當前正在執(zhí)行ARM指令ADRR1,Goto_THUMB+1

BXR1;分支并且轉(zhuǎn)換為Thumb狀態(tài)

…

CODE16;匯編以下代碼為Thumb指令Goto_THUMB;分支目標地址標號

…;Thumb指令代碼

ADRR2,Back_ARM;將分支目標地址送R2，并且R2的bit[0]=0

BXR2;分支且轉(zhuǎn)換為ARM狀態(tài)

…ALIGN;字對齊

CODE32;匯編以下代碼為ARM指令Back_ARM;分支目標地址標號

…;ARM指令代碼213.2.2分支、分支并且連接指令

(B、BL)分支指令B使程序分支（轉(zhuǎn)移）到確定的地址處執(zhí)行程序。分支并且連接指令BL除了使程序分支（轉(zhuǎn)移）到確定的地址處執(zhí)行程序外，還要保存返回地址到LR寄存器，即把BL指令的下一條指令的地址送LR。使用BL指令可以實現(xiàn)子程序調(diào)用。上述兩條指令分支目標地址處的指令均應該屬于ARM指令集，不允許分支到Thumb指令處。22⒈指令含義對于分支指令B，bit[23：0]是24位帶符號的偏移量，將其左移2位，符號位擴展到bit[31:26]形成一個32位數(shù)，與PC相加實現(xiàn)分支。因此指令能在±32MB地址范圍內(nèi)實現(xiàn)分支。分支偏移量必須考慮流水線指令預取操作，PC值是當前正在執(zhí)行指令的地址加8的值。23對于分支并且連接指令BL，執(zhí)行指令會將PC值寫入當前寄存器組的連接寄存器R14，寫入的PC值是經(jīng)過調(diào)整的、跟在分支并且連接指令后的指令的地址，同時R14的bit[1：0]被清0。使用分支并且連接指令BL可以調(diào)用一個子程序，為了從子程序返回，如果R14（LR）在子程序中沒有被修改，可以使用MOVPC，R14指令實現(xiàn)返回。24⒉指令匯編格式B{L}{cond}<expression>

{L}表示分支并且鏈接{cond}條件碼助記符<expression>目標地址25⒊使用舉例

【例3.2】使用分支指令使部分代碼循環(huán)5次。MOVR0,#5;R0值為5Loop1

SUBSR0,#1;R0減1送R0，設置標志位

BNELoop1;使用了條件碼，不為0則分支到標號Loop1處26【例3.3】使用分支并且連接指令調(diào)用不同的子程序。CMPR0,#0;比較，設置標志位

BLEQSUBEQROG;相等，則調(diào)用SUBEQBLGTSUBGTROG;大于，則調(diào)用SUBGT

BLSUBLTROG;小于，則調(diào)用SUBLT273.2.3數(shù)據(jù)處理指令ARM數(shù)據(jù)處理指令可以分為三類：數(shù)據(jù)傳送指令（如MOV和MVN）、算術邏輯操作指令（如ADD、SUB或AND等）比較指令（如CMP和TST等）。數(shù)據(jù)處理指令只能對寄存器的內(nèi)容進行操作，不允許對存儲器中的數(shù)據(jù)進行操作，也不允許指令直接使用存儲器的數(shù)據(jù)或在寄存器與存儲器之間傳送數(shù)據(jù)。28對于數(shù)據(jù)傳送指令MOV和MVN，指令中指定的目的寄存器內(nèi)容被覆蓋，如果目的寄存器指定了PC，如MOVPC，R14，則可以實現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)移。數(shù)據(jù)傳送指令可以實現(xiàn)寄存器到寄存器，立即數(shù)到寄存器的傳送。29算術邏輯操作指令通常對指定的兩個寄存器（或1個寄存器、1個立即數(shù)）進行操作，結果存到第3個寄存器，允許選擇修改或不修改CPSR中的條件碼標志。比較指令TEQ、TST、CMP和CMN，通常對指定的兩個寄存器（或1個寄存器，1個立即數(shù)）進行比較，比較結果不保存到寄存器，只影響CPSR中的條件碼標志。上述指令通常允許對指定的操作數(shù)進行移位操作。30⒈指令編碼格式指令編碼格式見圖3.2。第1操作數(shù)總是寄存器Rn。Rd稱為目的寄存器，TST、TEQ、CMP和CMN指令不送結果到目的寄存器Rd，其他指令產(chǎn)生的結果送Rd。第2操作數(shù)Operand2可以是寄存器Rm的值經(jīng)過移位產(chǎn)生的32位值，或8位立即數(shù)經(jīng)過循環(huán)右移產(chǎn)生的32位的值，指令中bit[25]的值用來選擇Rm或8位立即數(shù)。31圖3.232CPSR中的條件碼可能被保護或由指令的結果設置，取決于指令中bit[20]的值。但是對于指令TST、TEQ、CMP和CMN，匯編器產(chǎn)生的指令編碼一定會把指令的bit[20]置1，在執(zhí)行指令時，由測試結果設置CPSR中的條件碼標志。33⒉指令含義⑴各指令含義數(shù)據(jù)處理指令依指令編碼格式中bit[24：21]分為16條指令，包括：數(shù)據(jù)傳送算術邏輯操作比較指令各條指令含義見表3.2。數(shù)據(jù)傳送操作（MOV、MVN）算術操作（ADD、ADC、SUB、SBC、RSB、RSC）邏輯操作（AND、ORR、EOR、BIC）比較指令（TST、TEQ、CMP和CMN）3435⑵指令對CPSR中條件碼標志位的影響在邏輯操作（AND、ORR、EOR、BIC、TST、TEQ）和數(shù)據(jù)傳送操作（MOV、MVN）指令中，如果S位被置1（并且Rd不是R15），則CPSR中的V標志位不受影響；C標志位由桶形移位器產(chǎn)生的carryout設置；當指令操作結果為全0時Z標志位被設置；N標志位由指令操作結果的bit[31]的值設置。36算術操作（ADD、ADC、SUB、SBC、RSB、RSC、CMP、CMN）指令中，每個操作數(shù)被看作32位整數(shù)（無符號數(shù)或帶符號數(shù)的2進制補碼），如果指令中S位被置1（并且Rd不是R15），在發(fā)生溢出時，CPSR中的V標志位被設置；C標志位由ALU的bit[31]產(chǎn)生的進位設置；如果指令操作結果為全0時，Z標志位被設置；N標志位將被設置成指令操作結果的bit[31]的值。37⑶對寄存器Rm內(nèi)容進行移位，結果作為Operand2的值圖3.3桶形移位器38ALU桶形移位器Rd結果N預處理未預處理RmRn39①使用指令中bit[11：7]指定的移位量對Rm移位·邏輯左移（LSL）圖3.4邏輯左移（LSL#6）

40·邏輯右移（LSR）圖3.5邏輯右移（LSR#6）

41·算術右移（ASR）圖3.6算術右移（ASR#6）

42·循環(huán)右移（ROR）圖3.7循環(huán)右移（ROR#6）

43圖3.8擴展循環(huán)右移（RRX）RRX循環(huán)右移1位，帶擴展44在使用指令中bit[11：7]指定對Rm的移位量，bit[6：5]指定移位類型時，指令匯編格式舉例見表3.3。45表3.3指令bit[11：7]和bit[6：5]指定Rm移位量和移位類型舉例

指定對Rm的移位量和移位類型指令舉例指令含義Rm,LSL#5bit_shift_ImmADDR0,R2,R3,LSL#1R3的值邏輯左移1位，加R2，和送R0Rm,LSR#5bit_shift_ImmSUBR0,R2,R3,LSR#2R3的值邏輯右移2位，從R2中減去，差送R0Rm,ASR#5bit_shift_ImmMOVR1,R0,ASR#2R0的值算術右移2位，送R1Rm,ROR#5bit_shift_ImmSUBR1,R2,R4,ROR#6R4的值循環(huán)右移6位，從R2中減去，差送R1Rm,RRXANDR2,R3,R4,RRXR4的值擴展循環(huán)右移，和R3與的結果送R246②使用指令中bit[11：8]指定Rs寄存器，且用Rs中最低字節(jié)指定移位量參見圖3.2和圖3.3，由指令中bit[11：8]指定Rs寄存器，移位量保存在Rs寄存器的最低字節(jié)，對Rm寄存器的內(nèi)容進行移位，產(chǎn)生的結果作為Operand2的值。如果Rs中指定的移位次數(shù)為0，那么不改變Rm的內(nèi)容作為Operand2，并且CPSR中C位的值作為carryout，即C位的值不變。如果Rs中最低字節(jié)指定的移位次數(shù)在1~31之間，進行的移位操作與產(chǎn)生的結果參閱圖3.4、3.5、3.6、3.7。47如果Rs中最低字節(jié)指定的移位次數(shù)大于、等于32，產(chǎn)生的結果如下：·對LSL，如果移位次數(shù)等于32，移位結果Operand2為全0，Rm[0]作為carryout?！SL，如果移位次數(shù)大于32，移位結果Operand2為全0，carryout為0?！SR，如果移位次數(shù)等于32，移位結果Operand2為全0，Rm[31]作為carryout?！SR，如果移位次數(shù)大于32，移位結果Operand2為全0，carryout為0?！SR，如果移位次數(shù)大于、等于32，用Rm[31]填充Operand2各位，用Rm[31]作為carryout。48·對ROR，如果移位次數(shù)等于32，移位結果Operand2等于Rm的值，carryout等于Rm[31]?！τ赗OR，如果移位次數(shù)大于32，用移位次數(shù)重復減32，直到它們的差在1~32之間，用這個值作為移位次數(shù)，移位結果如前述。對于上述各種情況，carryout的值，均送往CPSR中的進位標志C。使用Rs指定移位量時，指令中bit[6：5]指定移位類型，指令匯編格式舉例見表3.4。49表3.4用Rs指定Rm的移位量和指令中bit[6：5]指定移位類型舉例指定Rm的移位量和移位類型指令舉例指令含義Rm,LSLRsADDR0,R1,R2,LSLR3移位量在R3中，R2邏輯左移，加R1,和送R0Rm,LSRRsSUBR0,R1,R2,LSRR4移位量在R4中，R2邏輯右移，從R1中減去，差送R0Rm,ASRRsANDR1,R2,R3,ASRR0移位量在R0中，R3算術右移，和R2邏輯與，結果送R1Rm,RORRsMOVR2,R4,RORR0移位量在R0中，R4循環(huán)右移，送R250⑷對指令中bit[7：0]指定的8位無符號立即數(shù)循環(huán)右移參見圖3.2，對指令中bit[7：0]指定的8位無符號立即數(shù)進行循環(huán)右移時，用bit[11：8]指定移位量，它是一個4位無符號整數(shù)。進行移位操作時，要把指令中bit[7：0]指定的8位無符號立即數(shù)作為最低字節(jié)，高位bit[31：8]用0擴展，形成一個32位數(shù)，對這個32位數(shù)進行循環(huán)右移。移位的次數(shù)，由指令中bit[11：8]指定的4位無符號數(shù)乘以2得到，分別為0，2，4，…30。此外，移位過程可參見圖3.7。⑸關于R15和CPSR中的條件碼標志51⒊指令匯編格式數(shù)據(jù)傳送操作（MOV、MVN）opcode{cond}{S}Rd,<op2>算術操作（ADD、ADC、SUB、SBC、RSB、RSC）和邏輯操作（AND、ORR、EOR、BIC）opcode{cond}{S}Rd,<op2>比較指令（TST、TEQ、CMP和CMN）opcode{cond}Rd,<op2>52⒋使用舉例

⑴數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)求反傳送指令舉例

MOVSR4,R3,LSL#2;R4等于R3邏輯左移2位的值，設置標志位

MOVSPC,R14;PC=R14，且CPSR=SPSR_<mode>，用于從；異常返回

MOVR15,LR;PC=R14，用于從子程序返回

MVNR0,R1;R1的值求反送R0

MVNR2,#0xf0;R2=0xffffff0f

MVNR0,#0;R0=0xffffffff，即R0=-153以下舉例見參考書⑵算術操作指令舉例⑶邏輯操作指令舉例⑷比較與測試指令舉例⑸使用移位操作的指令舉例⑹程序舉例54以下舉例見參考書【例3.4】如果R0=1或者R1=2，則程序分支到標號為Label0處；否則，執(zhí)行標號為Label1處的代碼?！纠?.5】求R0的絕對值，再求R1的絕對值，將這兩個絕對值相加，和存R2。求絕對值的方法是：當Rn>=0時，Rn的值不變；否則，將Rn的值求補。【例3.6】對于R1中的無符號數(shù)，判斷其值的不同范圍，作不同的計算。55以下舉例見參考書【例3.7】求R0*4+R1*5-R2*7的值，假定它們都是無符號數(shù)，運算結果也不會產(chǎn)生進位，結果存R3中。【例3.8】從子程序返回和從異常返回的區(qū)別。3.2.4程序狀態(tài)寄存器傳送指令（MRS、MSR）只有程序狀態(tài)寄存器傳送指令MRS、MSR，才允許讀／寫程序狀態(tài)寄存器CPSR或SPSR_<mode>。程序中不允許通過MSR指令直接修改CPSR中的T控制位來實現(xiàn)ARM／Thumb狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，只能通過BX指令去實現(xiàn)ARM／Thumb狀態(tài)的轉(zhuǎn)換56⒈指令編碼格式指令編碼格式見圖3.9、3.10和3.11。⒉指令含義MRS指令允許將CPSR或SPSR_<mode>的內(nèi)容傳送到一個通用寄存器。MSR指令允許將一個通用寄存器的內(nèi)容傳送到CPSR或SPSR_<mode>寄存器。MSR指令也允許將一個立即數(shù)或寄存器的內(nèi)容只傳送到CPSR或SPSR_<mode>寄存器的條件碼標志（N、Z、C和V），而不影響其他控制位。在這種情況下，指定寄存器的最高4位或立即數(shù)的最高4位的內(nèi)容被寫入CPSR或SPSR_<mode>的最高4位（條件碼標志）。57⒊指令匯編格式MRS{cond}Rd,<psr>MSR{cond}<psr>,RmMSR{cond}<psrf>,RmMSR{cond}<psrf>,<#expression>⒋使用舉例

在User（用戶）方式和特權方式，某些相同格式的指令，產(chǎn)生的作用是不相同的。58

;在用戶方式MSRCPSR,R0;R0[31：28]送CPSR[31：28]

MSRCPSR_flg,R0;R0[31：28]送CPSR[31：28]

MSRCPSR_flg,#0xf0000000;0xf送CPSR[31：28]

MRSR0，CPSR;CPSR[31：0]送R0[31：0]

;在特權方式

MSRCPSR,R0;R0[31：0]送CPSR[31：0]

MSRCPSR_flg,R0;R0[31：28]送CPSR[31：28]

MSRCPSR_flg,#0xf0000000;0xf送CPSR[31：28]

MSRSPSR,R0;R0[31：0]送SPSR_<mode>[31：0]

MSRSPSR_flg,R0;R0[31：28]送SPSR_<mode>[31：28]

MSRSPSR_flg,#0x30000000;0x3送SPSR_flg[31：28]

MRSR1,SPSR;SPSR_<mode>[31：0]送R1[31：0]59【例3.9】允許FIQ中斷，禁止FIQ中斷。ENABLE_FIQ MRSR0,CPSR BICR0,R0,#0x40 MSRCPSR,R0 MOVPC,LRDISABLE_FIQ MRSR0,CPSR ORRR0,R0,#0x40 MSRCPSR,R0 MOVPC,LR

603.2.5乘、乘累加指令（MUL、MLA）乘指令MUL實現(xiàn)32位數(shù)乘32位數(shù)，只保留積的低32位，操作數(shù)和結果均在指定的寄存器中。乘累加指令MLA實現(xiàn)32位數(shù)乘32位數(shù)，積的低32位與另外一個32位數(shù)累加，結果保留32位。操作數(shù)和結果均在指定的寄存器中。61⒈指令含義乘指令的結果存Rd中，即Rd=Rm*Rs，為了與以后的指令集兼容，Rn應設置為0。乘累加的結果存Rd中，即Rd=Rm*Rs+Rn。⒉指令匯編格式MUL{cond}{S}Rd,Rm,RsMLA{cond}{S}Rd,Rm,Rs,Rn623.2.6長乘、長乘累加指令

（MULL、MLAL）長乘指令實現(xiàn)32位數(shù)乘32位數(shù)，積保留64位，操作數(shù)和結果均在指定的寄存器中。長乘累加指令實現(xiàn)32位數(shù)乘32位數(shù)，積保留64位，與另一個64位數(shù)相加，結果保留64位。操作數(shù)和結果均在指定的寄存器中。UMULL為無符號數(shù)長乘、SMULL為帶符號數(shù)長乘、UMLAL為無符號數(shù)長乘累加、SMLAL為帶符號數(shù)長乘累加指令。63⒈指令含義長乘指令64位結果中，高32位存RdHi、低32位存RdLo寄存器中，即RdHi、RdLo=Rm*Rs。長乘累加指令64位結果存RdHi和RdLo中，即RdHi、RdLo=Rm*Rs+RdHi、RdLo。指令中RdHi和RdLo事先要保存進行加法的一個64位操作數(shù)，分別保存高、低32位。R15不能使用。RdHi、RdLo和Rm必須指定不同的寄存器。64⒉指令匯編格式UMULL{cond}{S}RdLo,RdHi,Rm,RsUMLAL{cond}{S}RdLo,RdHi,Rm,RsSMULL{cond}{S}RdLo,RdHi,Rm,RsSMLAL{cond}{S}RdLo,RdHi,Rm,Rs65⒊使用舉例【例3.10】檢測長乘指令結果是否超過32位。

方法1：對無符號數(shù)32位乘32位運算，指令產(chǎn)生的結果是64位無符號數(shù)，如果結果的高32位為全0，那么結果的有效值僅使用低32位即可；如果結果的高32位不為全0，那么結果的有效值應該使用64位。66

UMULLR1,R2,R3,R4;R2、R1=R3*R4TEQR2,#0;測試結果高32位是否為全0

BNEResult64;不是全0，分支到結果使用64位有效值處;結果有效值使用32位

…Result64

…67

方法2：對帶符號數(shù)32位乘32位運算，指令產(chǎn)生的結果是64位帶符號數(shù)，存于RdHi和RdLo中。如果RdHi為全0，并且RdLo[31]=0，那么結果的有效值僅使用RdLo中的低32位即可；如果RdHi為全1，并且RdLo[31]=1，那么結果的有效值僅使用RdLo中的低32位即可。如果不是這兩種情況，那么結果的有效值應該使用64位。（程序見參考書）683.2.7單個數(shù)據(jù)傳送指令（LDR、STR）

3.2.8半字、帶符號字節(jié)／半字傳送指令（LDRH、STRH、LDRSB、LDRSH）執(zhí)行一條單個數(shù)據(jù)傳送指令只能在存儲器和寄存器之間傳送一字節(jié)或一個字數(shù)據(jù)。半字、帶符號字節(jié)／半字傳送指令允許在寄存器與存儲器之間裝入和存儲半字數(shù)據(jù)、裝入帶符號擴展的字節(jié)或半字數(shù)據(jù)69單寄存器傳送指令LDR把一個字裝入一個寄存器Rd←mem32[address]STR從一個寄存器保存一個字或者一個字節(jié)Rd→mem32[address]LDRB把一個字節(jié)裝入一個寄存器Rd←mem8[address]STRB從一個寄存器保存一個字節(jié)Rd→mem8[address]LDRH把一個半字節(jié)裝入一個寄存器Rd←mem16[address]STRH從一個寄存器保存一個半字Rd→mem16[address]LDRSB把一個有符號字節(jié)裝入寄存器Rd←signExtent(mem8[address])STRSH把一個有符號半字裝入寄存器Rd←signExtent(mem16[address])70LDR指令從存儲器指定地址裝入一個字數(shù)據(jù)到目的寄存器。LDRB指令從存儲器指定地址裝入一字節(jié)數(shù)據(jù)到目的寄存器的bit[7：0]，bit[31：8]填0。STR指令保存寄存器一個字數(shù)據(jù)到存儲器指定地址。STRB指令保存寄存器的低8位數(shù)據(jù)到存儲器指定地址。存儲器的地址通過計算得到，需要對基址寄存器加偏移量，或從基址寄存器減偏移量產(chǎn)生。71指令含義--1LDRH指令從存儲器裝入半字數(shù)據(jù)到寄存器低16位，高16位用0擴展；STRH指令保存寄存器中的低半字數(shù)據(jù)到存儲器；LDRSB指令從存儲器裝入一字節(jié)數(shù)據(jù)到寄存器bit[7：0]，用符號位bit[7]擴展寄存器的bit[31：8]；LDRSH指令從存儲器裝入半字數(shù)據(jù)到寄存器bit[15：0]，用符號位bit[15]擴展寄存器的bit[31：16]。72指令含義--2指令匯編格式LDR{cond}{B}Rd，AddressSTR{cond}{B}Rd，AddressLDR{cond}H|SH|SBRd，AddressSTR{cond}HRd，Address{cond}條件碼助記符B、SB字節(jié)、裝入字節(jié)符號擴展H、SH半字、裝入半字符號擴展Address如以下所述73數(shù)據(jù)傳送指令

–關于地址數(shù)據(jù)傳送使用的存儲器地址Address，由基址寄存器加或減一個偏移量計算形成。計算出的地址可以回寫／不回寫基址寄存器。計算地址可以在數(shù)據(jù)傳送前或傳送后進行。相對基址寄存器的偏移量，有兩種指定方法，一種是指令中指定的8位無符號立即數(shù)作為偏移量，另一種是指令中指定寄存器Rm，Rm的值作為偏移量。74數(shù)據(jù)傳送指令

–關于地址尋址寄存器偏移：地址

=基址

寄存器偏移立即數(shù)偏移：地址=基址

立即數(shù)常數(shù)后變址Post-indexing:modifyaddressafteruse前變址Pre-indexing:modifyaddressbeforeuse回寫如果可能,更新基址寄存器75尋址方式變址模式數(shù)據(jù)基址寄存器示例回寫前變址mem[base+offset]基址寄存器加上偏移LDRr0,[r1,#4]!前變址mem[base+offset]不變LDRr0,[r1,#4]后變址mem[base]基址寄存器加上偏移LDRr0,[r1],#4注：若有“！”，則將包含偏移量的地址寫回到基址寄存器Rn76例子PREr0=0x00000000,r1=0x00009000,Mem32[0x00009000]=0x01010101Mem32[0x00009004]=0x02020202回寫型前變址尋址：LDRr0,[r1,#0x4]！POSTr0=0x02020202,r1=0x00009004前變址尋址：LDRr0,[r1,#0x4]POSTr0=0x02020202,r1=0x00009000后變址尋址：LDRr0,[r1],#0x4POSTr0=0x01010101,r1=0x00009004數(shù)據(jù)傳送指令

–應用

COPY: ADRr1,TABLE1 ;r1pointstoTABLE1 ADRr2,TABLE2 ;r2pointstoTABLE2LOOP: LDRr0,[r1] STRr0,[r2] ADDr1,r1,#4 ADDr2,r2,#4 ...TABLE1: ...TABLE2:...COPY: ADRr1,TABLE1 ;r1pointstoTABLE1 ADRr2,TABLE2 ;r2pointstoTABLE2LOOP: LDRr0,[r1],#4 STRr0,[r2],#4 ...TABLE1: ...TABLE2:...78

LDRR0,[R1,R2];先索引，R1+R2內(nèi)容作地址，讀字數(shù)據(jù)送R0，不回寫LDRR0,[R1,R2]!;先索引，R1+R2內(nèi)容作地址，讀字數(shù)據(jù)送R0，;R1+R2回寫R1

LDRR0,[R1,-R2];先索引，不回寫，地址由R1-R2的內(nèi)容指定

LDRR0,[R1],R2;后索引，R1內(nèi)容作地址，讀字數(shù)據(jù)送R0，;R1+R2回寫R1

STRR0,[R1],#8;后索引，R0數(shù)據(jù)送以R1內(nèi)容作地址的存儲器單元，;R1+8回寫R1

STRR0,[R1,#8];先索引，R0數(shù)據(jù)寫入R1+8作地址的存儲器，不回寫

LDREQBR1,[R6,#5];條件執(zhí)行，R6+5內(nèi)容作地址，讀一字節(jié)數(shù)據(jù)送;R1[7：0],R1[31:8]填0STRBR0,[R1,#4];存R0[7：0]到R1+4內(nèi)容作地址的存儲器，不回寫79使用舉例

LDRHR0,[R1-R2]!;R1-R2內(nèi)容作地址，裝入半字數(shù)據(jù)到R0低16位，;高16位用0擴展，地址回寫R1STRHR2,[R3,#04];R3+04內(nèi)容作地址，存R2中低16位，不回寫

LDRSBR7,[R1],#230;R1內(nèi)容作地址，裝入1字節(jié)數(shù)據(jù)到R7低8位，;符號擴展，R1+230回寫R1

LDRNESHR10,[R1];條件執(zhí)行，R1內(nèi)容作地址，裝入半字數(shù)據(jù)到;R10低16位，符號擴展

STRHR1,[R0,#2]!;R1中低16位存R0+2地址中，R0+2回寫R0使用舉例80塊數(shù)據(jù)傳送指令也稱為多寄存器裝入／存儲指令，它可以實現(xiàn)多個寄存器與存儲器多個單元之間的數(shù)據(jù)傳送。LDM指令從存儲器裝入數(shù)據(jù)到寄存器；STM指令保存寄存器內(nèi)容到存儲器。允許使用一條指令傳送16個寄存器中的任何一個子集或全部寄存器，但不允許寄存器的個數(shù)為0。LDM／STM指令用于堆棧操作或塊數(shù)據(jù)傳送，主要用途為保護現(xiàn)場、塊數(shù)據(jù)復制、參數(shù)傳送或上下文切換。813.2.9塊數(shù)據(jù)傳送指令（LDM、STM）多數(shù)據(jù)傳送指令

(LDM,STM)load(LDM)或

store(STM)當前可訪問寄存器的任意子集

使用堆棧:maintainingfulloremptystackswhichcangrowupordownmemory上下文切換:保存或重新存儲工作寄存器塊拷貝:在主存儲器中移動大數(shù)據(jù)塊尋址Pre/PostindexingAutoincrementordecrement回寫到基址寄存器Writebackthebaseregister82塊數(shù)據(jù)傳送指令匯編格式LDM\STM{cond}IA\IB\DA\DBRn{!}，<RList>{^}LDM\STM{cond}FD\ED\FA\EASP!，<RList>{^}{cond}條件碼助記符FD\ED\FA\EA尋址模式—堆棧操作IA\IB\DA\DB尋址模式—塊操作Rn基址寄存器編號{!}回寫選擇<RList>用大括號括起來的寄存器列表{^}表示設置S位83多寄存器傳送指令的尋址模式尋址模式描述起始地址結束地址Rn!IA執(zhí)行后增加RnRn+4*N-4Rn+4*NIB執(zhí)行前增加Rn+4Rn+4*NRn+4*NDA執(zhí)行后減少Rn-4*N+4RnRn-4*NDB執(zhí)行前減少Rn-4*NRn-4Rn-4*N注：！決定Rn的值是否隨著傳送而改變84多寄存器傳送尋址模式r5r1r9’r0r9STMIAr9!,{r0,r1,r5}100016100c16101816r1r5r9STMDAr9!,{r0,r1,r5}r0r9’100016100c16101816r5r9STMDBr9!,{r0,r1,r5}r1r0r9’100016100c16101816r5r1r0r9’r9STMIBr9!,{r0,r1,r5}100016100c1610181685例子要求：保存r1~r3到內(nèi)存地址0x9000~0x900c，并且更新基址寄存器r4PRE:r1=0x00000001,r2=0x00000002,r3=0x00000003,r4=0x9000執(zhí)行操作：STMIAr4!,{r1,r2,r3}(執(zhí)行后增加)POST:mem32[0x9000]=0x00000001mem32[0x9004]=0x00000002mem32[0x9008]=0x00000003r4=0x900c86例1:將存儲器中的連續(xù)數(shù)據(jù)裝載到寄存器PREmem32[0x80018]=0x03,mem32[0x80014]=0x02,mem32[0x80010]=0x01,r0=0x00080010,r1=0x00000000,r2=0x00000000,r3=0x00000000執(zhí)行指令：LDMIAr0!,{r1-r3}POSTr0=0x0008001c,r1=0x00000001,r2=0x00000002,r3=0x000000030x800200x000000050x8001c0x000000040x800180x000000030x800140x000000020x800100x000000010x8000c0x00000000地址指針存儲地址數(shù)據(jù)r3=0x00000000r2=0x00000000r1=0x00000000r0=0x8001087例2：完成一個存儲器數(shù)據(jù)塊拷貝注：r9——存放源數(shù)據(jù)的起始地址

r10——存放目標起始地址

r11——存放源結束地址

loopLDMIAr9!,{r0-r7};裝載32字節(jié)并更新r9指針

STMIAr10!,{r0-r7};存儲32字節(jié)并更新r10指針

CMPr9,r11;是否到達結束地址

BNEloop;不相等跳轉(zhuǎn)目的源高地址低地址拷貝存儲地址r9r11r1088多寄存器數(shù)據(jù)傳送指令的要點多寄存器Load/Store指令會增加中斷的延遲，因為ARM不會打斷正在執(zhí)行的指令去響應中斷，而必須等到指令執(zhí)行完成；一般編譯器將提供一個選項以控制Load/Store指令可以傳送的最大寄存器數(shù)目，以限制最大中斷延遲。89堆棧操作ARM使用多寄存器Load/Store指令來完成堆棧操作；使用堆棧時，需要確定堆棧在存儲空間中是向上生長遞增的還是向下生長遞減的；遞增（“A”）：堆棧向存儲器地址增大方向生長。遞減（“D”）：堆棧向存儲器地址減小方向生長。滿堆棧（“F”）是指堆棧指針指向堆棧的最后一個已使用的地址或滿位置；空堆棧（“E”）是指SP指向堆棧的第一個沒有使用的地址或空位置；遞增或遞減方式的地址修改偏移量為4。90堆棧操作尋址方式尋址方式說明pop=LDMpush=STMFA滿遞增堆棧LDMFALDMDASTMFASTMIBFD滿遞減堆棧LDMFDLDMIASTMFDSTMDBEA空遞增堆棧LDMEALDMDBSTMEASTMIAED空遞減堆棧LDMEDLDMIBSTMEDSTMDA91LDMFDsp!,{r4-r7,pc}SP100FF1234AOBE80341010123484209753r41r514544r60r712lr9048pc9020r4100100FFr5FF1234r61234A0BEr7A0BE8034pc8034堆棧r4100r5FFr61234r7A0BElr8034ABCD8765102E16FFFF1010123484209753存儲器頂SPSP100FF1234A0BE8034SPOldSP100FF1234A0BE8034ARM堆棧操作通過塊傳送指令來完成:STMFD

(Push) 塊存儲-FullDescendingstack[STMDB]LDMFD

(Pop) 塊裝載-FullDescendingstack[LDMIA]STMFDsp!,{r4-r7,lr}92例：把寄存器內(nèi)容放入堆棧，更新sp0x800180x000000010x800140x000000020x80010Empty0x8000cEmpty0x800180x000000010x800140x000000020x800100x000000030x8000c0x00000002PRE地址數(shù)據(jù)POST地址數(shù)據(jù)SPSPPRE:r1=0x00000002,r4=0x00000003,sp=0x00080014執(zhí)行指令：STMFDsp!,{r1,r4}POST:r1=0x00000002,r4=0x00000003,sp=0x0008000c93使用舉例

LDMFDSP!,{R1,R2,R3};將SP指向的存儲器單元多字數(shù)據(jù)，裝入到;R1、R2和R3，滿遞減堆棧，回寫SPSTMIAR0,{R0-R15};保存全部寄存器內(nèi)容到R0指向的存儲器單元，;R0值不變

LDMFDSP!,{R15};將SP指向的存儲器單元字數(shù)據(jù)，裝入到R15，;不改變CPSR，回寫SP

LDMFDSP!,{R15}^;將SP指向的存儲器單元字數(shù)據(jù)，裝入R15，同時;將SPSR_<mode>的值送CPSR，回寫SP，;只允許在特權方式使用

STMFDR13,{R0-R14}^;用戶方式寄存器R0-R14的內(nèi)容存入堆棧，;只允許在特權方式使用94【例3.13】如下子程序首先在分支前，保存工作寄存器R0-R7和連接寄存器R14的值到堆棧，然后BL指令分支到另外的程序，破壞了原R14的值，之后LDMED指令從堆棧出棧到工作寄存器R0-R7，將原R14連接寄存器的值出棧到R15（PC），實現(xiàn)了從這個子程序返回的目的。（見參考書）【例3.14】將存儲器源數(shù)據(jù)緩沖區(qū)SrcBuff的8個字傳送到目的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)DstBuff。（見參考書）953.2.10單個數(shù)據(jù)交換指令（SWP）單個數(shù)據(jù)交換指令允許寄存器與存儲器之間交換字節(jié)／字數(shù)據(jù)。SWP指令為字交換指令，允許讀出存儲器中指定地址的一個字數(shù)據(jù)，裝入一個寄存器，而將另一個寄存器的內(nèi)容寫入存儲器的同一個地址中。SWPB指令為字節(jié)交換指令，允許讀出存儲器中指定地址的一字節(jié)數(shù)據(jù)，裝入一個寄存器的低8位，而將另一個寄存器低8位的內(nèi)容寫入存儲器的同一個地址中。SWP和SWPB指令中，允許兩個寄存器有相同的寄存器名，這樣指令的功能就變成了一個寄存器與存儲器確定單元之間的字／字節(jié)數(shù)據(jù)交換。96單數(shù)據(jù)交換指令

-SWP在寄存器和外部存儲器之間交換字節(jié)或字讀存儲器和寫存儲器是放在一起的原子指令執(zhí)行時不能中斷當‘LOCK’

信號輸出操作時,外部存儲器管理單元被鎖定,當多線程操作時使程序同步(OS支持)鎖定信號量97在寄存器和存儲器之間，由一次存儲器讀和一次存儲器寫組成的原子操作。完成一個字節(jié)或字的交換。語法：

SWP{<cond>}{B}Rd,Rm,[Rn]可用作信號量不能由armcc編譯產(chǎn)生，必須使用匯編器。RmRd321temp存儲器RnSWP98SWAP指令的用法PREmem32[0x9000]=0x12345678,r0=0x00000000,r1=0x11112222,r2=0x00009000執(zhí)行操作：SWPr0,r1,[r2]POST:mem32[0x9000]=0x11112222,r0=0x12345678,r1=0x11112222,r2=0x00009000交換指令多用于實現(xiàn)操作系統(tǒng)中的信號量和互斥操作，該指令有修飾符B，即有字交換和字節(jié)交換兩種形式；99SWP指令應用示例SpinMOVr1,=semaphoreMOVr2,#1SWPr3,r2,[r1]CMPr3,#1BEQspin注：信號量指向的單元是0或1，如果為1，則表示該服務被另一個過程使用，程序繼續(xù)循環(huán)，直至為0100使用舉例

SWPR1,R2,[R3];地址在R3中，讀存儲器內(nèi)容裝入R1，存R2的內(nèi)容;到R3確定的存儲器地址中，字交換

SWPBR3,R4,[R5];地址在R5中，裝入一字節(jié)到R3，存R4[7：0];到R5確定的存儲器地址中

SWPEQR1,R1,[R2];條件執(zhí)行。條件成立時，將R1的內(nèi)容與R2作為;地址的存儲器單元的內(nèi)容作字交換1013.2.11

軟件中斷(SWI)執(zhí)行SWI指令引起軟件中斷陷阱被產(chǎn)生，這將改變處理器方式，PC被強制成固定值0x08，CPSR被存到SPSR_svc。進入軟件中斷陷阱時，首先將PC值保存到R14_svc中，保存的PC值被調(diào)整到跟隨在SWI指令后的那一個字的地址。從管理方式返回時，使用MOVSPC，R14_svc指令，返回到調(diào)用程序斷點處并恢復CPSR。SWI處理程序可以檢測SWI號，從而決定采取何種操作。軟件中斷指令作為一種控制方法，用來實現(xiàn)從用戶方式進入（轉(zhuǎn)換）到管理方式。在其他方式也可以使用SWI指令，處理器同樣進入到管理方式。語法：

SWI{<cond>}<SWInumber>102軟件中斷(SWI)執(zhí)行的操作指令名稱執(zhí)行操作SWI軟件中斷Lr_svc=SWI指令后面的指令地址spsr_svc=cpsrpc=vectors+0x8cpsr模式=SVCcpsrI=1(屏蔽IRQ中斷）103SWI中斷處理程序處理軟件中斷的代碼段稱為中斷處理程序（SWIHandler),中斷處理程序是通過執(zhí)行指令的地址獲取軟件中斷號，指令地址是從lr計算出來的；SWI號的確定方法：

SWI_Number=<SWIinstruction>andNOT(0xff00000000)283124270Cond1111SWInumber(ignoredbyprocessor)23條件域104①只使用中斷立即數(shù)傳送信息SWI0;中斷立即數(shù)為0SWI0x123456;中斷立即數(shù)為0x123456②使用中斷立即數(shù)傳送中斷請求類型，參數(shù)通過寄存器傳送MOVR0,#34;子功能號為34SWI12;中斷類型號為12③指令中24位中斷立即數(shù)被忽略，由寄存器傳送參數(shù)MOVR0,#12;中斷類型號

MOVR1,#34;子功能號

SWI0;中斷立即數(shù)將被忽略105使用舉例使用舉例【例3.15】用SWI指令的bit[23：0]給管理方式的代碼傳送信息。假定由SWI指令bit[23：8]表示中斷類型號，進入管理方式后，由這個類型號轉(zhuǎn)換成相應的地址偏移量，據(jù)此查找對應的中斷例程入口地址。同時假定bit[7：0]作為傳送給管理方式的數(shù)據(jù)。106SWI處理程序應用示例SWI_handler ;保存寄存器r0~r12和lr

STMFDsp!,{r0-r12,lr} ;readtheSWIinstructionLDRr10,[lr,#-4] ;makeofftop8bitsBICr10,r10,#0xff000000 ;r10-containstheSWInumberBLservice_routine ;returnfromSWIhandlerLDMFDsp!,{r0-r12,pc}^1073.2.12~3.2.15協(xié)處理器ARM體系結構允許使用協(xié)處理器來擴展指令集。常用的協(xié)處理器有控制片內(nèi)功能的系統(tǒng)協(xié)處理器、用于浮點運算的ARM協(xié)處理器等。允許各生產(chǎn)廠商根據(jù)需要開發(fā)自己的專用協(xié)處理器，與ARM處理器配合工作。ARM協(xié)處理器有自己專用的寄存器組。

ARM全部協(xié)處理器指令只能與數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳送有關。數(shù)據(jù)處理與傳送指令有不同的指令格式108協(xié)處理器指令ARM體系支持16個協(xié)處理器在程序執(zhí)行過程中，ARM執(zhí)行的協(xié)處理器指令，要指定某一個協(xié)處理器進行某種操作，其他協(xié)處理器將忽略這條指令。如果相應的協(xié)處理器不存在，ARM920T產(chǎn)生一個未定義