北京航的空航天大学《嵌入式系统》课件_第4章_arm指令集.ppt
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1、北京航的空航天大学嵌入式系统课件_第4章_arm指令集 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望目录q1.ARM处理器寻址方式q2.ARM指令集介绍ARM指令集Thumb指令集指令集ARM汇编语言ARM指令长度概述nARM指令长度n指令集可以是以下任一种n32 bits 长(ARM状态)n16 bits 长(Thumb 状态)nARM7TDMI 支持3种数据类型n字节(8-bit)n半字(16-bit)n字(32-bit)n字必须被排成4个字节边界对齐,半字
2、必须被排列成2个字节边界对齐n向后兼容:新版本增加指令,并保持指令向后兼容;nLoad-store 结构*uload/store 从存储器中读某个值,操作完后再将其放回存储器中u只对存放在寄存器的数据进行处理u对于存储器中的数据,只能使用load/store指令进行存取ARM指令长度概述第4章目录q1.ARM处理器寻址方式q2.ARM指令集第4章ARM7TDMI(-S)指令系统n简介 ARM处理器是基于精简指令集计算机(RISC)原理设计的,指令集和相关译码机制较为简单。ARM7TDMI(-S)具有32位ARM指令集和16位Thumb指令集,ARM指令集效率高,但是代码密度低;而Thumb指令
3、集具有较高的代码密度,却仍然保持ARM的大多数性能上的优势,它是ARM指令集的子集。所有的ARM指令都是可以有条件执行的,而Thumb指令仅有一条指令具备条件执行功能。ARM程序和Thumb程序可相互调用,相互之间的状态切换开销几乎为零。第4章ARM7TDMI(-S)指令系统nARM指令集与Thumb指令集的关系Thumb指令集具有灵活、小巧的特点ARM指令集支持ARM核所有的特性,具有高效、快速的特点4.1ARM处理器寻址方式n寻址方式分类 寻址方式是根据指令中给出的地址码字段来实现寻找真实操作数地址的方式。ARM处理器具有9种基本寻址方式。1.寄存器寻址;2.立即寻址;3.寄存器移位寻址;
4、4.寄存器间接寻址;5.基址寻址;6.多寄存器寻址;7.堆栈寻址;8.块拷贝寻址;9.相对寻址。操作数的值在寄存器中,指令中的地址码字段指出的是寄存器编号,指令执行时直接取出寄存器值来操作。寄存器寻址指令举例如下:MOV R1,R2 ;将R2的值存入R1 SUB R0,R1,R2 ;将R1的值减去R2的值,结果保存到R0 0 xAA0 x55R2R14.1ARM处理器寻址方式n寻址方式分类寄存器寻址MOV R1,R20 xAA 立即寻址指令中的操作码字段后面的地址码部分即是操作数本身,也就是说,数据就包含在指令当中,取出指令也就取出了可以立即使用的操作数(这样的数称为立即数)。立即寻址指令举例
5、如下:SUBSR0,R0,#1 ;R0减1,结果放入R0,并且影响标志位MOVR0,#0 xFF000 ;将立即数0 xFF000装入R0寄存器0 x55R0MOV R0,#0 xFF00程序存储4.1ARM处理器寻址方式n寻址方式分类立即寻址MOV R0,#0 xFF000 xFF00从代码中获得数据 寄存器移位寻址是ARM指令集特有的寻址方式。当第2个操作数是寄存器移位方式时,第2个寄存器操作数在与第1个操作数结合之前,选择进行移位操作。寄存器移位寻址指令举例如下:MOVR0,R2,LSL#3 ;R2的值左移3位,结果放入R0,;即是R0=R28 ANDSR1,R1,R2,LSL R3 ;
6、R2的值左移R3位,然后和R1相 ;“与”操作,结果放入R10 x55R0R20 x014.1ARM处理器寻址方式n寻址方式分类寄存器移位寻址MOV R0,R2,LSL#30 x080 x08逻辑左移3位 寄存器间接寻址指令中的地址码给出的是一个通用寄存器的编号,所需的操作数保存在寄存器指定地址的存储单元中,即寄存器为操作数的地址指针。寄存器间接寻址指令举例如下:LDRR1,R2;将R2指向的存储单元的数据读出;保存在R1中 SWPR1,R1,R2;将寄存器R1的值和R2指定的存储;单元的内容交换 0 x55R0R2 0 x400000000 xAA0 x400000004.1ARM处理器寻址
7、方式n寻址方式分类寄存器间接寻址LDR R0,R20 xAA 基址寻址就是将基址寄存器的内容与指令中给出的偏移量(4K)相加/减,形成操作数的有效地址。基址寻址用于访问基址附近的存储单元,常用于查表、数组操作、功能部件寄存器访问等。基址寻址包括基址加偏移(立即数)和基址加索引(寄存器)两种寻址方式。寄存器间接寻址是偏移量为零的基址寻址。基址寻址指令举例如下(前索引寻址):LDRR2,R3,#0 x0C ;读取R3+0 x0C地址上的存储单元 ;的内容,放入R2 STRR1,R0,#-4!;先R0=R0-4,然后把R0的值寄存到R1STRR1,R0,R2!;R0=R0+R2,R1=R0STRR1
8、,R0,R24.1ARM处理器寻址方式n寻址方式分类基址(变址)寻址0 x55R2R3 0 x400000000 xAA0 x4000000CLDR R2,R3,#0 x0C0 xAA将R3+0 x0C作为地址装载数据 基址寻址指令举例如下:LDRR0,R1,#4 ;R0=R1,R1 R1 4 ;后索引基址寻址 ;ARM这种自动索引机制不消耗额外的时间LDR R0,R1,R2 ;R0=R1,R1=R1+R2基址加索引寻址,后 ;索引4.1ARM处理器寻址方式n寻址方式分类基址寻址4.1ARM处理器寻址方式n寻址方式分类基址寻址 多寄存器寻址一次可传送几个寄存器值,允许一条指令传送16个寄存器的
9、任何子集或所有寄存器。多寄存器寻址指令举例如下:LDMIAR1!,R2-R7,R12 ;将R1指向的单元中的数据读出到 ;R2R7、R12中(R1自动加4)STMIAR0!,R2-R7,R12 ;将寄存器R2R7、R12的值保 ;存到R0指向的存储;单元中 ;(R0自动加4);先存后加LDMIAR1,R2,R4,R6 ;?0 x40000000R1R20 x?0 x010 x400000000 x?R3R40 x?R60 x?0 x020 x030 x040 x400000040 x400000080 x4000000C存储器4.1ARM处理器寻址方式n寻址方式分类多寄存器寻址LDR R1!,
10、R2-R4,R6 0 x010 x020 x030 x040 x40000010 多寄存器传送指令用于将一块数据从存储器的某一位置拷贝到另一位置。如:LDMIAR0!,R1-R7;将R0指向的数据保存到R1R7中。STMIAR1!,R1-R7;将R1R7的数据保存到R1指向的存储器中。;存储指针R1在保存第一个值之后增加,;增长方向为向上增长(空递增)。STMIBR0!,R1-R7;将R1R7的数据保存到存储器中。;存储指针R0在保存第一个值之前增加,;增长方向为向上增长(满递增)。4.1ARM处理器寻址方式n寻址方式分类块拷贝(多寄存器)寻址IA:Increment After 存储后加存储
11、后加1 IB:Increment Before 加加1后再存储后再存储DA:Decrement After 存储后减存储后减1 DB:Decrement Before 减减1后再存储后再存储 堆栈是一个按特定顺序进行存取的存储区,操作顺序为“后进先出”。堆栈寻址是隐含的,它使用一个专门的寄存器(堆栈指针)指向一块存储区域(堆栈),指针所指向的存储单元即是堆栈的栈顶。存储器堆栈可分为两种:向上生长:向高地址方向生长,称为递增堆栈向下生长:向低地址方向生长,称为递减堆栈4.1ARM处理器寻址方式n寻址方式分类堆栈寻址4.1ARM处理器寻址方式n寻址方式分类堆栈寻址栈底栈顶递增堆栈SP堆栈存储区栈顶
12、栈底递减堆栈SP向下增长向上增长0 x123456780 x12345678堆栈压栈堆栈压栈栈顶SP栈顶SP栈底空堆栈栈底满堆栈 堆栈指针指向最后压入的堆栈的有效数据项,称为满堆栈;堆栈指针指向下一个待压入数据的空位置,称为空堆栈。4.1ARM处理器寻址方式n寻址方式分类堆栈寻址0 x123456780 x12345678栈顶SP0 x12345678栈顶SP压栈压栈,可以组合出四种类型的堆栈方式:满递增:堆栈向上增长,堆栈指针指向内含有效数据项的最高地址。指令如LDMFA、STMFA等;空递增:堆栈向上增长,堆栈指针指向堆栈上的第一个空位置。指令如LDMEA、STMEA等;满递减:堆栈向下增
13、长,堆栈指针指向内含有效数据项的最低地址。指令如LDMFD、STMFD等;空递减:堆栈向下增长,堆栈指针向堆栈下的第一个空位置。指令如LDMED、STMED等。4.1ARM处理器寻址方式n寻址方式分类堆栈寻址IA(EA):Increment After(Empty Ascend)存储后加1IB(FA):Increment Before(Full Ascend)加1后再存储DA(ED):Decrement After(Empty Descend)存储后减1DB(FD):Decrement Before(Full Descend)减1后再存储4.1ARM处理器寻址方式n块拷贝寻址vs.堆栈寻址对于
14、存储STM:对于读取LDM:IA(FD):Increase After(Full Descend)读取后加1IB(ED):Increase Before(Empty Descend)加1后再读取DA(FA):Decrease After(Full Ascend)读取后减1DB(EA):Decrease Before(Empty Ascend)减1后再读取 相对寻址是基址寻址的一种变通。由程序计数器PC提供基准地址,指令中的地址码字段作为偏移量,两者相加后得到的地址即为操作数的有效地址。用于子程序调用。相对寻址指令举例如下:BLSUBR1;调用到SUBR1子程序BEQLOOP;条件跳转到LOOP
15、标号处.LOOPMOVR6,#1.SUBR1.4.1ARM处理器寻址方式n寻址方式分类相对寻址第4章目录q1.ARM处理器寻址方式q2.ARM指令集q3.ARM汇编语言n简单的ARM程序;文件名:TEST1.S;功能:实现两个寄存器相加;说明:使用ARMulate软件仿真调试 AREAExample1,CODE,READONLY ;声明代码段Example1 SWI_A EQU&0 SWI_B EQU&11ENTRY ;标识程序入口 CODE32 ;声明32位ARM指令START MOVR0,#0 ;设置参数 MOVR1,#10LOOPBLADD_SUB ;调用子程序ADD_SUB BLOOP
16、 ;跳转到LOOPADD_SUB ADDSR0,R0,R1 ;R0=R0+R1 MOVPC,LR ;子程序返回 END ;文件结束 使用“;”进行注释标号顶格写实际代码段声明文件结束n简单的ARM程序;文件名:TEST1.S;功能:实现两个寄存器相加;说明:使用ARMulate软件仿真调试 AREAExample1,CODE,READONLY ;声明代码段Example1 SWI_A EQU&0 SWI_B EQU&11ENTRY ;标识程序入口 CODE32 ;声明32位ARM指令START MOVR0,#0 ;设置参数 MOVR1,#10LOOPBLADD_SUB ;调用子程序ADD_SU
17、B BLOOP ;跳转到LOOPADD_SUB ADDSR0,R0,R1 ;R0=R0+R1 MOVPC,LR ;子程序返回 END ;文件结束 ARM指令小节目录1.指令格式2.条件码3.存储器访问指令4.数据处理指令5.乘法指令6.ARM分支指令7.杂项指令8.伪指令ARM指令小节目录1.指令格式2.条件码3.存储器访问指令4.数据处理指令5.乘法指令6.ARM分支指令7.杂项指令8.伪指令4.2指令集介绍n ARM指令集指令格式 ARM是三地址指令格式,指令的基本格式如下:4.2指令集介绍nARM指令集基本指令格式 S ,其中号内的项是必须的,号内的项是可选的。各项的说明如下:opcod
18、e:指令助记符;cond:执行条件;S:是否影响CPSR寄存器条件位的值;Rd:目标寄存器;Rn:第1个操作数的寄存器;operand2:第2个操作数;指令语法目标寄存器(Rd)源寄存器1(Rn)源寄存器2(Rm)ADDr3,r1,r2r3r1r2例:ARM指令的基本格式如下:4.2指令集介绍nARM指令集第2个操作数 S ,灵活的使用第2个操作数“operand2”能够提高代码效率。它有如下的形式:#immed_8r常数表达式;Rm寄存器方式;Rm,shift寄存器移位方式;4.2指令集介绍nARM指令集第2个操作数#immed_8r常数表达式 该常数必须对应8位位图,即一个8位的常数通过循
19、环右移偶数位得到。循环右移10位0 x120 0 0 1 0 0 1 00 x000 0 0 0 0 0 0 00 x000 0 0 0 0 0 0 00 x000 0 0 0 0 0 0 00 x000 0 0 0 0 0 0 00 x000 0 0 0 0 0 0 00 x801 0 0 0 0 0 0 00 x040 0 0 0 0 1 0 08位常数4.2指令集介绍nARM指令集第2个操作数#immed_8r常数表达式 该常数必须对应8位位图,即一个8位的常数通过循环右移偶数位得到。例如:ANDR1,R2,#0 x0F ;R1=R2&0 x0f合法的常量举例:0 xff,0 x104,
20、0 xff00,0 xff000000非法的常量举例:0 x101,0 x102,0 xff1,0 xffffffff4.2指令集介绍nARM指令集第2个操作数Rm寄存器方式 在寄存器方式下,操作数即为寄存器的数值。例如:SUBR1,R1,R24.2指令集介绍nARM指令集第2个操作数Rm,shift寄存器移位方式 将寄存器的移位结果作为操作数(移位操作不消耗额外的时间),但Rm值保持不变,移位方法如下:操作码说明操作码说明ASR#n算术右移n位ROR#n循环右移n位LSL#n逻辑左移n位RRX带扩展的循环右移1位LSR#n逻辑右移n位n 桶形移位器ALU桶形移位器Rd结果N预处理未预处理Rm
21、Rn4.2指令集介绍n 桶形移位器操作助记符说明移位操作结果Y值LSL逻辑左移xLSLyxy#1-32orRsASR算术右移xASRy(signed)xY#1-32orRsROR循环右移xRORy(unsigned)xy|(x32-y)#1-32orRsRRX扩展的循环右移xRRXy(cflag1)none4.2指令集介绍4.2指令集介绍nARM指令集第2个操作数LSL移位操作:0LSR移位操作:0ASR移位操作:ROR移位操作:RRX移位操作:C4.2指令集介绍nARM指令集第2个操作数Rm,shift寄存器移位方式例如:ADDR1,R1,R1,LSL#3;R1=R1+R1R3ARM指令目录
22、1.指令格式2.条件码3.存储器访问指令4.数据处理指令5.乘法指令6.ARM分支指令7.杂项指令8.伪指令 ARM指令的基本格式如下:4.2指令集介绍nARM指令集条件码 S ,使用条件码“cond”可以实现高效的逻辑操作(节省跳转和条件语句),提高代码效率。所有的ARM指令都可以条件执行,而Thumb指令只有B(跳转)指令具有条件执行 功能。如果指令不标明条件代码,将默认为无条件(AL)执行。操作码条件助记符标志含义0000EQZ=1相等0001NEZ=0不相等0010CS/HSC=1无符号数大于或等于0011CC/LOC=0无符号数小于0100MIN=1负数0101PLN=0正数或零01
23、10VSV=1溢出0111VCV=0没有溢出1000HIC=1,Z=0无符号数大于1001LSC=0,Z=1无符号数小于或等于1010GEN=V有符号数大于或等于1011LTN!=V有符号数小于1100GTZ=0,N=V有符号数大于1101LEZ=1,N!=V有符号数小于或等于1110AL任何无条件执行(指令默认条件)1111NV任何从不执行(不要使用)指令条件码表4.2指令集介绍nARM指令集条件码C代码:If(a b)a+;Elseb+;对应的汇编代码:CMPR0,R1 ;R0(a)与R1(b)比较ADDHI R0,R0,#1 ;若R0R1,则R0=R0+1ADDLS R1,R1,#1 ;
24、若R01,则R1=R1+1示例:ARM指令目录1.指令格式2.条件码3.存储器访问指令4.数据处理指令5.乘法指令6.ARM分支指令7.杂项指令8.伪指令4.2指令集介绍nARM指令集存储器访问指令 ARM处理器是典型的RISC处理器,对存储器的访问只能使用加载、交换和存储指令实现。ARM7处理器是冯诺依曼存储结构,RAM存储空间及I/O映射空间统一编址,除对RAM操作以外,对外围IO、程序数据的访问均要通过加载/存储指令进行。存储器访问指令分为单寄存器操作指令和多寄存器操作指令。助记符说明操作条件码位置LDRRd,addressing加载字数据Rdaddressing,addressing索
25、引LDRcondLDRBRd,addressing加载无符号字节数据Rdaddressing,addressing索引LDRcondBLDRTRd,addressing以用户模式加载字数据Rdaddressing,addressing索引LDRcondTLDRBTRd,addressing以用户模式加载无符号字节数据Rdaddressing,addressing索引LDRcondBTLDRHRd,addressing加载无符号半字数据Rdaddressing,addressing索引LDRcondHLDRSBRd,addressing加载有符号字节数据Rdaddressing,addressi
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