嵌入式ARM系统开发与应用 第五讲.pptx
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1、嵌入式嵌入式ARM系统开发与应用系统开发与应用 第五讲第五讲ARM指令介绍指令介绍1 1ARMARM指令集概述指令集概述 2 2ARMARM的寻址方式的寻址方式 3 3ARMARM指令详细介绍指令详细介绍 第1页/共102页3.1 ARM指令集概述ARMARM指指令令集集是是3232位位的的,ARMARM汇汇编编程程序序的的启启动动都都是是从从ARMARM指指令令集集开开始始。所所有有的的ARMARM指指令令集集都都可可以以是是有有条条件件执执行行的的。本本节从以下三个方面介绍:节从以下三个方面介绍:指令集编码 条件执行 指令分类及指令格式 第2页/共102页一、ARM指令集编码FFARMAR
2、M指指令令集集是是以以3232位位二二进进制制编编码码的的方方式式给给出出的的,大大部部分分的的指指令令编编码码中中定定义义了了第第一一操操作作数数、第第二二操操作作数数、目目的的操操作作数数、条条件件标标志志影影响响位位以以及及每每条条指指令令所所对对应应的的不同功能实现的二进制位。不同功能实现的二进制位。FF每每条条3232位位ARMARM指指令令都都具具有有不不同同的的二二进进制制编码方式,和不同的指令功能相对应编码方式,和不同的指令功能相对应 。FF编码表如下编码表如下:第3页/共102页第4页/共102页二、条件执行FFARMARM指指令令根根据据CPSRCPSR中中的的条条件件位位
3、自自动动判判断断是是否否执执行行指指令令,在在条条件件满满足足时时,指令执行,否则指令被忽略。指令执行,否则指令被忽略。FF在在ARMARM的的指指令令编编码码表表中中,统统一一占占用用编编码码的的最最高高四四位位3131:2828来来表表示示“条条件件码码”(即(即“cond”cond”)。)。第5页/共102页条件域表1条件码后缀标 志含 义0000EQZ置位相等0001NEZ清零不相等0010CSC置位无符号数大于或等于0011CCC清零无符号数小于0100MIN置位负数0101PLN清零正数或零0110VSV置位溢出0111VCV清零未溢出第6页/共102页条件域表2条件码后缀标 志含
4、 义1001LSC清零Z置位无符号数小于或等于1010GEN等于V带符号数大于或等于1011LTN不等于V带符号数小于1100GTZ清零且(N等于V)带符号数大于1101LEZ置位或(N不等于V)带符号数小于或等于1110AL忽略无条件执行第7页/共102页三、指令分类及指令格式FFARM指令集可以分为六大类,数据处理指令、Load/Store指令、跳转指令、程序状态寄存器处理指令、协处理器指令和异常产生指令。FF ARM指令使用的基本格式如下:opcodeopcode condcond S Rd S Rd,RnRn,operand2operand2 第8页/共102页指令格式中符号说明FFo
5、pcode操作码;指令助记符,如LDR、STR等。FFcond 可选的条件码;执行条件,如EQ、NE等。FFS可选后缀;若指定“S”,则根据指令执行结果更新CPSR中的条件码。FFRd目标寄存器。FFRn存放第1操作数的寄存器。FFoperand2 第2个操作数。第9页/共102页指令格式举例LDR R0,R1BEQ LABEL1ADDS R2,R1,#1SUBNES R2,R1,#0X20第10页/共102页 3.2 ARM寻址方式ARMARM指令系统支持如下几种常见的指令系统支持如下几种常见的寻址方式:寻址方式:FF立即寻址立即寻址FF寄存器寻址寄存器寻址FF寄存器间接寻址寄存器间接寻址F
6、F基址加偏址寻址基址加偏址寻址 FF堆栈寻址堆栈寻址 FF块拷贝寻址块拷贝寻址 FF相对寻址相对寻址 第11页/共102页立即寻址FF立立即即寻寻址址也也叫叫立立即即数数寻寻址址,这这是是一一种种特特殊殊的的寻寻址址方方式式,操操作作数数本本身身就就在在指指令令中中给给出出,只只要要取取出出指指令令也也就就取取到到了了操操作作数数,这这个个操操作作数数被被称称为为立立即即数数,对对应应的的寻寻址址方方式式也也就就叫叫做立即寻址。例如以下指令:做立即寻址。例如以下指令:ADDR0,R0,1/*R0R01*/ADDR0,R0,0 x3f/*R0R0 x3f*/FF 在在以以上上两两条条指指令令中中
7、,第第二二个个源源操操作作数数即即为为立立即即数数,要要求求以以“”为为前前缀缀,对对于于以以十十六六进进制制表表示示的的立立即即 数数,还还 要要 求求 在在“”后后 加加 上上“0 x”,0 x”,二进制二进制#0b,#0b,十进制十进制#0d#0d。第12页/共102页有效立即数问题有效立即数问题 在在3232位指令编码中存放位指令编码中存放3232位立即数的方法是:位立即数的方法是:在在ARMARM数据处理指令中,当参与操作的第二操作数为数据处理指令中,当参与操作的第二操作数为立即数型时,每个立即数都是采用一个立即数型时,每个立即数都是采用一个8 8位的常数循环右位的常数循环右移偶数位
8、而间接得到。其中循环右移的位数由一个移偶数位而间接得到。其中循环右移的位数由一个4 4位二位二进制的两倍表示,如果立即数记作进制的两倍表示,如果立即数记作 immediate,8 8位常位常数记作数记作immed_8immed_8,4 4位的循环右移值记作位的循环右移值记作rotate_immrotate_imm,有有效的立即数是由一个效的立即数是由一个8 8位的立即数循环右移偶数位得到。位的立即数循环右移偶数位得到。因此有效立即数因此有效立即数immediateimmediateimmediateimmediate可以表示成:可以表示成:=immed_8immediate=immed_8im
9、mediate=immed_8immediate=immed_8循环右移(循环右移(循环右移(循环右移(2 2 2 2rotate_immrotate_immrotate_immrotate_imm)第13页/共102页有效立即数问题有效立即数问题数据处理指令二进制编码数据处理指令二进制编码第14页/共102页寄存器寻址寄存器寻址寄存器寻址就是利用寄存器中的数值作为操作数,这寄存器寻址就是利用寄存器中的数值作为操作数,这寄存器寻址就是利用寄存器中的数值作为操作数,这寄存器寻址就是利用寄存器中的数值作为操作数,这种寻址方式是各类微处理器经常采用的一种方式,也种寻址方式是各类微处理器经常采用的一种
10、方式,也种寻址方式是各类微处理器经常采用的一种方式,也种寻址方式是各类微处理器经常采用的一种方式,也是一种执行效率较高的寻址方式。以下指令:是一种执行效率较高的寻址方式。以下指令:是一种执行效率较高的寻址方式。以下指令:是一种执行效率较高的寻址方式。以下指令:ADDADD R0R0,R1R1,R2R2/*R0R1/*R0R1R2*/R2*/该指令的执行效果是将寄存器该指令的执行效果是将寄存器该指令的执行效果是将寄存器该指令的执行效果是将寄存器R1R1R1R1和和和和R2R2R2R2的内容相加,其的内容相加,其的内容相加,其的内容相加,其结果存放在寄存器结果存放在寄存器结果存放在寄存器结果存放在
11、寄存器R0R0R0R0中中中中。第15页/共102页寄存器寻址寄存器寻址FF第二操作数为寄存器型的移位操作第二操作数为寄存器型的移位操作第二操作数为寄存器型的移位操作第二操作数为寄存器型的移位操作 在在ARMARM指令的数据处理指令中参与操作的第二操作数指令的数据处理指令中参与操作的第二操作数为寄存器型时,在执行寄存器寻址操作时,可以选择是为寄存器型时,在执行寄存器寻址操作时,可以选择是否对第二操作数进行移位,即否对第二操作数进行移位,即RmRm,其中其中RmRm称称为第二操作数寄存器,为第二操作数寄存器,shift用来指定移位类型(用来指定移位类型(LSLLSL,LSRLSR,ASLASL,
12、ASRASR,RORROR或或RRXRRX)和移位位数。移位位和移位位数。移位位数可以是数可以是5 5位立即数(位立即数(#shift)或寄存器(或寄存器(RsRs)。)。在指在指令执行时将移位后的内容作为第二操作数参与运算。例令执行时将移位后的内容作为第二操作数参与运算。例如指令:如指令:ADD R3ADD R3,R2R2,R1R1,LSR#2 LSR#2 ;R3R3R2+R1R2+R14 4第16页/共102页寄存器寻址FF第二操作数移位方式第二操作数移位方式第二操作数移位方式第二操作数移位方式 LSLLSL:逻辑左移,空出的最低有效位用逻辑左移,空出的最低有效位用0 0填充。填充。LSR
13、LSR:逻辑右移,空出的最高有效位用逻辑右移,空出的最高有效位用0 0填充。填充。ASLASL:算术左移,由于左移空出的有效位用算术左移,由于左移空出的有效位用0 0填充,因此填充,因此 它与它与LSLLSL同义。同义。ASRASR:算术右移,算术移位的对象是带符号数,移位过算术右移,算术移位的对象是带符号数,移位过程中必须保持操作数的符号不变。如果源操作数程中必须保持操作数的符号不变。如果源操作数是正数,空出的最高有效位用是正数,空出的最高有效位用0 0填充,如果是负填充,如果是负数用数用1 1填充。填充。RORROR:循环右移,移出的字的最低有效位依次填入空出循环右移,移出的字的最低有效位
14、依次填入空出的最高有效位。的最高有效位。RRXRRX:带扩展的循环右移。将寄存器的内容循环右移带扩展的循环右移。将寄存器的内容循环右移1 1位,位,空位用原来空位用原来C C标志位填充。标志位填充。第17页/共102页寄存器寻址第18页/共102页寄存器寻址FF第二操作数的移位位数第二操作数的移位位数第二操作数的移位位数第二操作数的移位位数 移位位数可以用立即数方式或者寄存器方式给出移位位数可以用立即数方式或者寄存器方式给出,如下如下所示:所示:ADD R3ADD R3,R2R2,R1R1,LSR#2LSR#2;R3 R3 R2+R1R2+R14 4ADD R3ADD R3,R2R2,R1R1
15、,LSR R4LSR R4;R3 R3 R2+R1R2+R12 2R4R4寄存器寄存器R1R1的内容分别逻辑右移的内容分别逻辑右移2 2位、位、R4R4位(亦即位(亦即R1R14 4、R1R12 2R4R4),),再与寄存器再与寄存器R2R2的内容相加,结果放入的内容相加,结果放入R3R3中。中。第19页/共102页寄存器间接寻址FF 寄存器间接寻址就是以寄存器中的值作为操作数的地寄存器间接寻址就是以寄存器中的值作为操作数的地址,而操作数本身存放在存储器中。例如以下指令:址,而操作数本身存放在存储器中。例如以下指令:LDRLDRR0R0,R1R1/*R0R1*/*R0R1*/STR STRR0
16、R0,R1R1/*R1R0*/*R1R0*/第第一一条条指指令令将将以以R1R1的的值值为为地地址址的的存存储储器器中中的的数数据据传传送送到到R0R0中中。第第二二条条指指令令将将R0R0的的值值传传送送到到以以R1R1的的值值为为地地址址的的存存储器中。储器中。第20页/共102页基址加偏址寻址 基址变址寻址就是将寄存器(该寄存器一般称作基址变址寻址就是将寄存器(该寄存器一般称作基址寄存器)的内容与指令中给出的地址偏移量相加,基址寄存器)的内容与指令中给出的地址偏移量相加,从而得到一个操作数的有效地址。变址寻址方式常用从而得到一个操作数的有效地址。变址寻址方式常用于访问某基地址附近的地址单
17、元。采用变址寻址方式于访问某基地址附近的地址单元。采用变址寻址方式的指令又可以分为以下几种形式:的指令又可以分为以下几种形式:前变址模式前变址模式前变址模式前变址模式:LDR R0LDR R0,R1R1,44;R0R0R1R144自动变址模式自动变址模式自动变址模式自动变址模式:LDR R0LDR R0,R1R1,44!;R0R1R0R144、R1R1R1R14 4后变址模式后变址模式后变址模式后变址模式:LDR R0LDR R0,R1 R1,4 4;R0R1R0R1、R1R1R1R14 4第21页/共102页基址加偏址寻址基基址址寄寄存存器器的的地地址址偏偏移移可可以以是是一一个个立立即即数
18、数,也也可可以以是是另另一一个个寄寄存存器器,并并且且在在加加到到基基址址寄寄存存器器前前还还可可以以经过移位操作,如下所示:经过移位操作,如下所示:LDRLDR r r0 0,r1r1,r2r2;r0r0memmem3232r1+r2r1+r2LDR r0LDR r0,r1r1,r2r2,LSL#2LSL#2;r0r0r1+r2*4r1+r2*4但但常常用用的的是是立立即即数数偏偏移移的的形形式式,地地址址偏偏移移为为寄寄存存器形式的指令很少使用。器形式的指令很少使用。第22页/共102页堆栈寻址FF堆堆栈栈是是一一种种数数据据结结构构,按按先先进进后后出出(First First In I
19、n Last Last OutOut,FILOFILO)的的方方式式工工作作,使使用用一一个个称称作作堆堆栈栈指指针针的的专专用用寄寄存存器器指指示示当当前前的的操操作作位位置置,堆堆栈栈指针总是指向栈顶。指针总是指向栈顶。FF当堆栈指针指向最后压入堆栈的数据时,称为满当堆栈指针指向最后压入堆栈的数据时,称为满堆栈(堆栈(Full StackFull Stack),而当堆栈指针指向下一个),而当堆栈指针指向下一个将要放入数据的空位置时,称为空堆栈(将要放入数据的空位置时,称为空堆栈(Empty Empty StackStack)。)。FF即访问存储器时,存储器的地址向高地址方向生即访问存储器时
20、,存储器的地址向高地址方向生长,称为递增堆栈(长,称为递增堆栈(ascending stackascending stack)。)。存储存储器的地址向低地址方向生长,称为递减堆栈器的地址向低地址方向生长,称为递减堆栈(descending stackdescending stack)。)。第23页/共102页堆栈寻址四种类型的堆栈工作方式四种类型的堆栈工作方式 FF满满递递增增堆堆栈栈:堆堆栈栈指指针针指指向向最最后后压压入入的的数数据据,且且由由低低地地址址向向高高地地址址生生成。成。FF满满递递减减堆堆栈栈:堆堆栈栈指指针针指指向向最最后后压压入入的的数数据据,且且由由高高地地址址向向低低
21、地地址址生生成。成。FF空空递递增增堆堆栈栈:堆堆栈栈指指针针指指向向下下一一个个将将要要放放入入数数据据的的空空位位置置,且且由由低低地地址向高地址生成。址向高地址生成。FF空空递递减减堆堆栈栈:堆堆栈栈指指针针指指向向下下一一个个将将要要放放入入数数据据的的空空位位置置,且且由由高高地地址向低地址生成址向低地址生成第24页/共102页堆栈寻址举例满递减满递减STMFD SPSTMFD SP!R1-R7,LRR1-R7,LRLDMFD SP!R1-R7,PCLDMFD SP!R1-R7,PC满递增满递增STMFA SPSTMFA SP!R1-R7,LRR1-R7,LRLDMFA SP!R1-
22、R7,PCLDMFA SP!R1-R7,PC空递减空递减STMED SPSTMED SP!R1-R7,LRR1-R7,LRLDMED SP!R1-R7,PCLDMED SP!R1-R7,PC空递增空递增STMEA SP!R1-R7,LRLDMEA SP!R1-R7,PC第25页/共102页块拷贝寻址FF块块拷拷贝贝寻寻址址是是多多寄寄存存器器传传送送指指令令LDM/STMLDM/STM的的寻寻址址方方式式。LDM/STMLDM/STM指指令令可可以以把把存存储储器器中中的的一一个个数数据据块块加加载载到到多多个个寄寄存存器器中中,也也可可以以把把多多个个寄寄存存器器中中的的内内容容保保存存到到
23、存存储储器器中中。寻寻址址操操作作中中的的寄寄存存器器可可以以是是R0-R15R0-R15这这1616个个寄寄存存器器的的子子集集或或是是所有寄存器。所有寄存器。FFLDM/STMLDM/STM指指令令依依据据其其后后缀缀名名的的不不同同其其寻寻址址的的方方式式也有很大不同,见下表。也有很大不同,见下表。第26页/共102页块拷贝寻址后缀含义块拷贝寻址后缀含义IA 操作完成后地址递增IB 操作之前地址递增DA 操作完成后地址递减DB 操作完成前地址递减FD 满递减堆栈ED 空递减堆栈FA 满递增堆栈EA 空递增堆栈第27页/共102页第28页/共102页第29页/共102页第30页/共102页
24、第31页/共102页相对寻址 FF 与与基基址址变变址址寻寻址址方方式式相相类类似似,相相对对寻寻址址以以程程序序计计数数器器PCPC的的当当前前值值为为基基地地址址,指指令令中中的的地地址址标标号号作作为为偏偏移移量量,将将两两者者相相加加之之后后得得到到操操作作数数的的有有效效地地址址。以以下下程程序序段段完完成成子子程程序序的的调调用用和和返返回回,跳跳转转指指令令BLBL采采用用了了相对寻址方式:相对寻址方式:BLBLNEXTNEXT;跳转到子程序;跳转到子程序 ;NEXTNEXT处执行处执行NEXT:NEXT:MOVMOVPCPC,LRLR;从子程序返回;从子程序返回 第32页/共1
25、02页3.3 ARM指令详细介绍 ARM指令集总体分为以下6类:FF 数据处理指令;数据处理指令;FF Load/StoreLoad/Store指令;指令;FF 程序状态寄存器与通用寄存器之间的传送指令;程序状态寄存器与通用寄存器之间的传送指令;FF 转移指令;转移指令;FF 异常中断指令;异常中断指令;FF 协处理器指令。协处理器指令。本节以上面ARM指令集的分类方式按顺序分别对其进行详细介绍。第33页/共102页一、数据处理指令FF ARM ARM的数据处理指令主要完成寄存器中数据的的数据处理指令主要完成寄存器中数据的算术和逻辑运算操作。算术和逻辑运算操作。本节按以下内容组织:本节按以下内
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