ARM基础六、ARM指令集

来源：互联网发布：快速傅里叶变换算法编辑：程序博客网时间：2024/05/16 10:59

ARM指令集可以分为六大类

1.分别为数据处理指令 (完成CPU内部的计算）
2. Load/Store指令 (完成CPU与内存 IO外设之间的数据传输）
3. 跳转指令 (完成程序的跳转）
4. 程序状态寄存器处理指令 (完成 CPSR的管理 )
5. 协处理器指令 (完成CPU扩展功能的实现)

6. 异常产生指令 (用户程序异常触发)

一、数据处理指令

1、数据传送指令MOV、MVN

MOV 指令格式 MOV{cond}{S} Rd,operand2

MVN 指令格式 MVN{cond}{S} Rd,operand2

2、算术运算指令ADD、SUB、ADC、RSB、SBC、RSC

ADD：加法运算指令 eg：ADD R1,R1,R2 ;R1=R1+R2

SUB ：减法运算指令 eg：SUBS R2,R1,R2 ;R2=R1-R2

ADC：带进位加法指令 eg：（使用ADC实现64位加法，结果存于R1、R0中）

ADDS R0,R0,R2 ;R0等于低32位相加，并影响标志位
ADC R1,R1,R3 ;R1等于高32位相加，并加上低位进位

SBC：带进位减法指令 eg：（使用SBC实现64位减法，结果存于R1、R0中）

SUBS R0,R0,R2 ; 低32位相减，并影响标志位
SBC R1,R1,R3 ;高32位相减，并减去低位借位

RSB：逆向减法指令 eg： RSB R3,R1,#0xFF00 ;R3=0xFF00-R1

RSBS R1,R2,R2,LSL #2 ;R1=(R2<<2)-R2=R2×3

RSC：带进位逆向减法指令 eg：（使用RSC指令实现求64位数值的负数） RSBS R2,R0,#0 RSC R3,R1,#0

3、逻辑运算AND、ORR、EOR、BIC

AND : 逻辑与操作指令 eg： ANDS R0,R0,#0x01 ;R0=R0&0x01，取出最低位数据 AND R2,R1,R3 ;R2=R1&R3

ORR : 逻辑或操作指令 eg： ORR R0,R0,#0x0F ;将R0的低4位置1

MOV R1,R2,LSR #24 ;使用ORR指令将R2的高8位

ORR R3,R1,R3,LSL #8 ;数据移入到R3低8位中

EOR : 逻辑异或操作指令 eg： EOR R1,R1,#0x0F ;将R1的低4位取反 EOR R2,R1,R0 ;R2=R1^R0
EORS R0,R5,#0x01 ; 将R5和0x01进行逻辑异或 ;结果保存到R0，并影响标志位

BIC : 位清除指令 eg： BIC R1,R1,#0x0F ;将R1的低4位清零，其它位不变 BIC R1,R2,R3 ;将R3的反码和R2相逻辑“与”,结果保存到R1中

4、比较运算CMP、CMN、TST、TEQ

CMP：比较指令 eg： CMP R1,R2 ; R1与R2比较，设置相关标志位

注意：CMP指令与SUBS指令的区别在于CMP指令不保存运算结果。在进行两个数据的大小判断时，常用CMP指令及相应的条件码来操作

CMN：负数比较指令 eg： CMN R0,#1 ; R0+1，判断R0是否为1的补码，如果是，则设置Z标志位

注意：CMN指令与ADDS指令的区别在于CMN指令不保存运算结果。CMN指令可用于负数比较，比如CMN R0,#1指令则表示R0与-1比较，若R0为-1，则Z置位；否则Z复位

TST：位测试指令 eg： TST R0,#0x01 ; 判断R0的最低位是否为0 TST R1,#0x0F ; 判断R1的低4位是否为0

注意：TST指令与ANDS指令的区别在于TST指令不保存运算结果。

TST指令通常与EQ、NE条件码配合使用，当所有测试位均为0时，EQ有效，而只要有一个测试位不为0，则NE有效

TEQ：相等测试指令 eg： TEQ R0,R1 ; 比较R0与R1是否相等(不影响V位和C位)

注意：TEQ指令与EORS指令的区别在于TEQ指令不保存运算结果。使用TEQ进行相等测试时，常与EQ、NE条件码配合使用。当两个数据相等时，EQ有效；否则NE有效。

5、乘法指令

*数据处理指令机器码

二、Load/Store指令

Load/Store指令用于寄存器和内存间数据的传送。

Load用于把内存中的数据装载到寄存器中。Store用于把寄存器中的数据存入内存。

1、▲单一数据单一数据传送指令（LDR和STR等）

LDR：LDR{<cond>} <Rd>,<addr>;

把addr所表示的内存地址中的字数据装载到目标寄存器Rd中，同时还可以把合成的有效地址写回到基址寄存器。地址addr可以是一个简单的值、一个偏移量，或者是一个被移位的偏移量。

寻址方式： Rn：基址寄存器。 Rm：变址寄存器。 Index：偏移量，12位的无符号数。
LDR Rd,[Rn]   ;把内存中地址为Rn的字数据装入寄存器Rd中
LDR Rd,[Rn,Rm]       ;将内存中地址为Rn+Rm的字数据装入寄存器Rd中
LDR Rd,[Rn,＃index]      ;将内存中地址为Rn+index的字数据装入Rd中
LDR Rd,[Rn,Rm,LSL＃5]   ;将内存中地址为Rn+Rm×32的字数据装入Rd
LDR Rd,[Rn,Rm] ！          ;将内存中地址为Rn+Rm的字数据装入Rd，并将新地址Rn+Rm写入Rn
LDR Rd,[Rn,＃index] ！    ;将内存中地址为Rn+index的字数据装入Rd，并将新地址Rn+index写入Rn
LDR Rd,[Rn,Rm，LSL＃5] ;将内存中地址为Rn+Rm×32的字数据装入Rd，并将新地址Rn+Rm×32写入Rn
LDR Rd,[Rn],Rm           ;将内存中地址为Rn的字数据装入寄存器Rd，并将新地址Rn+Rm写入Rn
LDR Rd,[Rn],＃index         ;将内存中地址为Rn的字数据装入寄存器Rd，并将新地址Rn+index写入Rn
LDR Rd,[Rn],Rm,LSL＃5    ;将内存中地址为Rn的字数据装入寄存器Rd，并将新地址Rn+Rm×32写入Rn
LDR R0,[R1,R2,LSL＃5]!     ; 将内存中地址为R1+R2×32的字数据装入寄存器R0，并将新地址R1+R2×32写入R1

STR：STR{<cond>} <Rd>,<addr>;

把寄存器Rd中的字数据（32位）保存到addr所表示的内存地址中，同时还可以把合成的有效地址写回到基址寄存器。地址addr可以是一个简单的值、一个偏移量，或者是一个被移位的偏移量。
寻址方式： Rn：基址寄存器。 Rm：变址寄存器。 Index：偏移量，12位的无符号数。

STR R0,[R1,＃5]! ;把R0中的字数据保存到以R1+5为地址的内存中，然后R1＝R1+5

2、▲多数据传送指令（LDM和STM）

LDM/STM：<LDM|STM>{<cond>}<addressing_mode> Rb{!}, <寄存器 list>

LDM / STM指令允许一次传送1到16个寄存器到/从存储器中。寄存器传送顺序是固定的，不能被改变。最小数字的寄存器总是被对应到存储器的最低地址上。

4 种寻址操作:

LDMIA / STMIA Increment After（先操作，后增加）
LDMIB / STMIB Increment Before（先增加，后操作）
LDMDA / STMDA Decrement After （先操作，后递减）
LDMDB / STMDB Decrement Before （先递减，后操作）

3、 * 数据交换指令（SWP和SWPB）

三、跳转指令（B、BL、BX、BXL）

B：分支指令该指令跳转范围限制在当前指令的±32M字节地址内(ARM指令为字对齐，最低2位地址固定为0)。

eg：B WAITA ; 跳转到WAITA标号处 B 0x1234 ; 跳转到绝对地址0x1234处

BL：分支指令 BL指令适用于子程序调用，使用该指令后，下一条指令的地址被拷贝到R14(即LR) 连接寄存器中，然后跳转到指定地址运行程序。

跳转范围限制在当前指令的±32M字节地址内。

eg：BL DELAY ; 调用子函数DELAY

BX、BXL(略)

四、程序状态寄存器处理指令（PSR传送指令）

MRS：状态寄存器读指令

在ARM处理器中，只有MRS指令可以对状态寄存器CPSR和SPSR进行读操作。

通过读CPSR可以了解当前处理器的工作状态。读SPSR寄存器可了解到进异常前的处理器状态

eg： MRS R1 CPSR ; 将CPSR状态,寄存器读取保存到R1中 R1,，MRS R2,SPSR ; 将SPSR状态寄存器读取，保存到R2中

MSR： 状态寄存器写指令

在ARM处理器中，只有MSR指令可以对状态寄存器CPSR和SPSR进行写操作。

与MRS配合使用，可以实现对CPSR或SPSR寄存器的读-修改-写操作，可以切换处理器模式、或者允许/禁止IRQ/FIQ中断等。

MSR指令格式1：MSR{cond} psr_fields, #immed_8r MSR指令格式2：MSR{cond} psr_fields, Rm

eg：

应用示例1(子程序：使能IRQ中断)：

[cpp] view plain copy
 print?
ENABLE_IRQ  
     MRS     R0,   CPSR  
     BIC      R0,  R0,  #0x80  
     MSR     CPSR_c. R0  
     MOV     PC, LR  

应用示例1(子程序：禁能IRQ中断)：

[cpp] view plain copy
 print?
ENABLE_IRQ  
     MRS     R0,   CPSR  
     ORR      R0,  R0,  #0x80  
     MSR     CPSR_c. R0  
     MOV     PC, LR  

这四步的作用依次是1将CPSR内容读出到R0；2修改对应于CPSR中的 I 控制位；3将修改后的值写回CPSR的对应控制域；4返回上一层函数

五、协处理器指令*

六、异常产生指令SWI

参考博客：ARM 软中断指令SWI

补充1：指令格式中符号说明

1)条件执行及标志位

2)第二操作数

1>立即数 mov r0, #0x100 mov r2, #1

2>寄存器 mov r1, r0
3>寄存器移位立即数位 mov r1, r0, lsl #2
4>寄存器移位寄存器位 mov r1, r0, lsl r2

3)立即数

mov r0, #0x12345678 mov r0, #0xe0000001 mov r0, #0xFFFFFFFF mov r0, #0x00001f80

补充2：桶形移位器

补充3：Thumb指令集与ARM指令集的区别

Thumb指令集较ARM指令集有如下限制：
1)只有B指令可以条件执行，其它指令都不能条件执行；
2)分支指令的跳转范围有更多限制；
3)数据处理指令的操作结果必须放入其中一个；
4)单寄存器访问指令，只能操作R0～R7；
5)LDM和STM指令可以对R0～R7的任何子集进行操作；

资料：

ARM处理器指令系统三数据处理指令总结

ARM指令集和条件执行详解

ARM指令英文全称及功能

ARM基础指令练习题汇总

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