处理器编程模型与指令系统.ppt

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1、嵌入式系统设计大学教程第四章第四章 ARM ARM处理器处理器编程模型与指令系统编程模型与指令系统 主要内容4.1 ARM微处理器的工作状态微处理器的工作状态4.2 ARM微处理器的运行模式微处理器的运行模式4.3 ARM体系结构的存储器格式体系结构的存储器格式4.4 寄存器组织寄存器组织 4.5 ARM的异常的异常 4.6 ARM微处理器的指令系统基础微处理器的指令系统基础 4.7 ARM指令的寻址方式指令的寻址方式 4.8 ARM指令集指令集 4.9 Thumb指令及应用指令及应用 4.1 ARM微处理器的工作状态从编程的角度看，从编程的角度看，ARM微处理器的工作状微处理器的工作状态一般

2、有两种，并可在两种状态之间切换：态一般有两种，并可在两种状态之间切换：ARM状态状态：此时处理器执行此时处理器执行3232位的字对位的字对齐的齐的ARMARM指令指令Thumb状态状态：此时处理器执行此时处理器执行1616位的、位的、半字对齐的半字对齐的ThumbThumb指令指令4.1 ARM微处理器的工作状态ARM指令集和指令集和Thumb指令集均有切换处理器状态指令集均有切换处理器状态的指令，并可在两种工作状态之间切换，但的指令，并可在两种工作状态之间切换，但ARM微处理器在开始执行代码时，应该处于微处理器在开始执行代码时，应该处于ARM状态状态 进入进入ARM状态状态：当操作数寄存器的

3、状态：当操作数寄存器的状态位（位位（位0）为）为0时，执行时，执行BX指令时可以使指令时可以使微处理器从微处理器从Thumb状态切换到状态切换到ARM状态。状态。进入进入Thumb状态状态：当操作数寄存器的状：当操作数寄存器的状态位（位态位（位0）为）为1时，可以采用执行时，可以采用执行BX指指令的方法，使微处理器从令的方法，使微处理器从ARM状态切换状态切换到到Thumb状态。状态。主要内容4.1 ARM微处理器的工作状态微处理器的工作状态4.2 ARM微处理器的运行模式微处理器的运行模式4.3 ARM体系结构的存储器格式体系结构的存储器格式4.4 寄存器组织寄存器组织 4.5 ARM的异常

4、的异常 4.6 ARM微处理器的指令系统基础微处理器的指令系统基础 4.7 ARM指令的寻址方式指令的寻址方式 4.8 ARM指令集指令集 4.9 Thumb指令及应用指令及应用 4.2 ARM微处理器的运行模式ARM微处理器支持微处理器支持7种运行模式，分别为：种运行模式，分别为：1.用户模式用户模式(usr):ARM处理器正常的程序执行状态；处理器正常的程序执行状态；2.快速中断模式快速中断模式(fiq):用于高速数据传输或通道处理；用于高速数据传输或通道处理；3.外部中断模式外部中断模式(irq):用于通用的中断处理；用于通用的中断处理；4.管理模式管理模式(supervisor):操作

5、系统使用的保护模式；操作系统使用的保护模式；5.数据访问终止模式数据访问终止模式(abort):当数据或指令预取终止当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护；时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护；6.系统模式系统模式(system):运行具有特权的操作系统任务；运行具有特权的操作系统任务；7.未定义指令中止模式未定义指令中止模式(undefined):当未定义的指令当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。件仿真。4.2 ARM微处理器的运行模式除用户模式以外，其余的所有除用户模式以外，其余的所有6种模式称

6、种模式称之为之为非用户模式非用户模式，或，或特权模式特权模式（Privileged Modes）；除用户模式和系统模式以外的除用户模式和系统模式以外的5种又称为种又称为异常模式（异常模式（Exception Modes），常用于，常用于处理中断或异常，以及需要访问受保护处理中断或异常，以及需要访问受保护的系统资源等情况。的系统资源等情况。主要内容4.1 ARM微处理器的工作状态微处理器的工作状态4.2 ARM微处理器的运行模式微处理器的运行模式4.3 ARM体系结构的存储器格式体系结构的存储器格式4.4 寄存器组织寄存器组织 4.5 ARM的异常的异常 4.6 ARM微处理器的指令系统基础微处

7、理器的指令系统基础 4.7 ARM指令的寻址方式指令的寻址方式 4.8 ARM指令集指令集 4.9 Thumb指令及应用指令及应用 4.3 ARM体系结构的存储器格式ARM体系结构可以用两种方法存储字数据体系结构可以用两种方法存储字数据 大端格式大端格式：字数据的高字节存储在低地字数据的高字节存储在低地址中，而字数据的低字节则存放在高地址址中，而字数据的低字节则存放在高地址中。中。4.3 ARM体系结构的存储器格式ARM体系结构可以用两种方法存储字数据体系结构可以用两种方法存储字数据 小端格式小端格式：与大端存储格式相反，在小与大端存储格式相反，在小端存储格式中，低地址中存放的是字数据端存储格

8、式中，低地址中存放的是字数据的低字节，高地址存放的是字数据的高字的低字节，高地址存放的是字数据的高字节。节。主要内容4.1 ARM微处理器的工作状态微处理器的工作状态4.2 ARM微处理器的运行模式微处理器的运行模式4.3 ARM体系结构的存储器格式体系结构的存储器格式4.4 寄存器组织寄存器组织 4.5 ARM的异常的异常 4.6 ARM微处理器的指令系统基础微处理器的指令系统基础 4.7 ARM指令的寻址方式指令的寻址方式 4.8 ARM指令集指令集 4.9 Thumb指令及应用指令及应用 4.4 寄存器组织4.4.1 ARM状态下的寄存器组织状态下的寄存器组织 通用寄存器通用寄存器：通用

9、寄存器包括：通用寄存器包括R0R15，可以分为三类：可以分为三类：未分组寄存器未分组寄存器R0R7分组寄存器分组寄存器R8R14程序计数器程序计数器PC（R15）ARM状态下的寄存器组织4.4 寄存器组织4.4.1 ARM状态下的寄存器组织状态下的寄存器组织 状态状态寄存器寄存器 当前程序状态寄存器（当前程序状态寄存器（Current Program Status Register，CPSR）备份的程序状态寄存器（备份的程序状态寄存器（Saved Program Status Register，SPSR）4.4 寄存器组织程序状态寄存器格式程序状态寄存器格式 4.4 寄存器组织4.4.2 Th

10、umb状态下的寄存器组织状态下的寄存器组织 Thumb状态下的寄存器集是状态下的寄存器集是ARM状态下寄状态下寄存器集的一个子集，程序可以直接访问存器集的一个子集，程序可以直接访问8个通用寄存器（个通用寄存器（R7R0）、程序计数器）、程序计数器（PC）、堆栈指针（）、堆栈指针（SP）、连接寄存器）、连接寄存器（LR）和）和CPSR。Thumb状态下的寄存器组织与ARM状态下的寄存器组织的关系4.4 寄存器组织Thumb状态下的寄存器组织与状态下的寄存器组织与ARM状态下的寄存器状态下的寄存器组织的关系：组织的关系：Thumb状态下和状态下和ARM状态下的状态下的R0R7是相同的；是相同的；T

11、humb状态下的状态下的SP对应于对应于ARM状态下的状态下的R13；Thumb状态下的状态下的LR对应于对应于ARM状态下的状态下的R14；Thumb状态下的程序计数器对应于状态下的程序计数器对应于ARM状态下状态下R15；Thumb状态下和状态下和ARM状态下的状态下的CPSR和所有的和所有的SPSR是相同的是相同的 Thumb状态下的寄存器组织主要内容4.1 ARM微处理器的工作状态微处理器的工作状态4.2 ARM微处理器的运行模式微处理器的运行模式4.3 ARM体系结构的存储器格式体系结构的存储器格式4.4 寄存器组织寄存器组织 4.5 ARM的异常的异常 4.6 ARM微处理器的指令

12、系统基础微处理器的指令系统基础 4.7 ARM指令的寻址方式指令的寻址方式 4.8 ARM指令集指令集 4.9 Thumb指令及应用指令及应用 4.5 ARM的异常当正常的程序执行流程发生暂时的停止时，当正常的程序执行流程发生暂时的停止时，称之为称之为异常异常。在处理异常之前，当前处理器的状态必在处理异常之前，当前处理器的状态必须保留须保留 处理器允许多个异常同时发生，它们将处理器允许多个异常同时发生，它们将会按固定的优先级进行处理会按固定的优先级进行处理 异常与中断的概念并不完全等同异常与中断的概念并不完全等同 4.5 ARM的异常4.5.1 ARM体系结构所支持的异常类型体系结构所支持的异

13、常类型 在在ARM体系结构中，异常中断用来处理体系结构中，异常中断用来处理软件中断、未定义指令陷阱（不是真正的软件中断、未定义指令陷阱（不是真正的“意外意外”事件）、系统复位功能（在逻辑事件）、系统复位功能（在逻辑上发生在程序执行前而不是程序执行中）上发生在程序执行前而不是程序执行中）和外部事件。这些和外部事件。这些“不正常不正常”事件都被划事件都被划归归“异常异常”，因为在处理器的控制机制中，因为在处理器的控制机制中，它们都使用同样的流程进行异常处理。它们都使用同样的流程进行异常处理。4.5 ARM的异常ARM异常按引起异常事件的不同可分为以异常按引起异常事件的不同可分为以下下3类类：指令执

14、行引起的直接异常指令执行引起的直接异常 指令执行引起的间接异常指令执行引起的间接异常 外部产生的与指令流无关的异常外部产生的与指令流无关的异常 异常异常类类型型具体含具体含义义复位复位（RESET）当当处处理器的复位理器的复位电电平有效平有效时时，产产生复位异常，程序跳生复位异常，程序跳转转到复位异常到复位异常处处理程序理程序处执处执行。行。未定未定义义指令指令（UDEF）当当ARM处处理器或理器或协处协处理器遇到不能理器遇到不能处处理的指令理的指令时时，产产生未定生未定义义指令异指令异常。可使用常。可使用该该异常机制异常机制进进行行软软件仿真。件仿真。软软件中断件中断（SWI）该该异常由异常

15、由执执行行SWI指令指令产产生，可用于用生，可用于用户户模式下的程序模式下的程序调调用特用特权权操作操作指令。可使用指令。可使用该该异常机制异常机制实现实现系系统统功能功能调调用。用。指令指令预预取中止取中止（PABT）若若处处理器理器预预取指令的地址不存在，或取指令的地址不存在，或该该地址不允地址不允许许当前指令当前指令访问访问，存，存储储器会向器会向处处理器理器发发出中止信号，但当出中止信号，但当预预取的指令被取的指令被执执行行时时，才会，才会产产生生指令指令预预取中止异常。取中止异常。数据中止数据中止（DABT）若若处处理器数据理器数据访问访问指令的地址不存在，或指令的地址不存在，或该该

16、地址不允地址不允许许当前指令当前指令访问访问时时，产产生数据中止异常。生数据中止异常。外部中断外部中断请请求求（IRQ）当当处处理器的外部中断理器的外部中断请请求引脚有效，且求引脚有效，且CPSR中的中的I位位为为0时时，产产生生IRQ异常。系异常。系统统的外的外设设可通可通过该过该异常异常请请求中断服求中断服务务。快速中断快速中断请请求求（FIQ）当当处处理器的快速中断理器的快速中断请请求引脚有效，且求引脚有效，且CPSR中的中的F位位为为0时时，产产生生FIQ异常。异常。ARM体系结构所支持的异常体系结构所支持的异常异常向量（Exception Vectors）地地 址址异异 常常进进入模

17、式入模式0 x0000,0000复位复位管理模式管理模式0 x0000,0004未定未定义义指令指令未定未定义义模式模式0 x0000,0008软软件中断件中断管理模式管理模式0 x0000,000C中止（中止（预预取指令）取指令）中止模式中止模式0 x0000,0010中止（数据）中止（数据）中止模式中止模式0 x0000,0014保留保留保留保留0 x0000,0018IRQIRQ0 x0000,001CFIQFIQ4.5 ARM的异常4.5.3 对异常的响应对异常的响应 ARM微处理器对异常的响应过程如下：微处理器对异常的响应过程如下：1、将下一条指令的地址存入相应的连接寄存器、将下一条

18、指令的地址存入相应的连接寄存器LR，以便程序在处理异常返回时能从正确的，以便程序在处理异常返回时能从正确的位置重新开始执行；位置重新开始执行；2、将、将CPSR复制到相应的复制到相应的SPSR中；中；3、设置当前状态寄存器、设置当前状态寄存器CPSR中的相应位；中的相应位；4、给程序计数器（、给程序计数器（PC）强制赋值，使程序从相）强制赋值，使程序从相应的异常向量地址开始执行中断处理程序应的异常向量地址开始执行中断处理程序；4.5 ARM的异常4.5.4 从异常返回从异常返回ARM微处理器会执行以下操作从异常返回微处理器会执行以下操作从异常返回:1、所有修改过的用户寄存器必须从处理程序的、所

19、有修改过的用户寄存器必须从处理程序的保护堆栈中恢复（出栈）；保护堆栈中恢复（出栈）；2、将连接寄存器、将连接寄存器LR的值减去相应的偏移量送的值减去相应的偏移量送到到PC中；中；3、将、将SPSR_mode寄存器内容复制回寄存器内容复制回CPSR中，中，使得使得CPSR从相应的从相应的SPSR中恢复，即恢复被中恢复，即恢复被中断的程序工作状态；中断的程序工作状态；4、若在进入异常处理时设置了中断禁止位，要、若在进入异常处理时设置了中断禁止位，要在此清除。在此清除。4.5 ARM的异常4.5.4 从异常返回从异常返回 为确保指令总是按正确的操作模式读取，为确保指令总是按正确的操作模式读取，以保证

20、存储器保护方案不被绕过，还有更以保证存储器保护方案不被绕过，还有更加微妙的困难。因此，加微妙的困难。因此，ARM提供了提供了2种返种返回处理机制回处理机制 第一种机制：返回地址保存在第一种机制：返回地址保存在R14；第二种机制：异常处理程序把返回地址拷贝到第二种机制：异常处理程序把返回地址拷贝到堆栈（在这种情况下，堆栈（在这种情况下，SPSR也和也和PC一样必须一样必须保存），可使用一条多寄存器传送指令来恢复保存），可使用一条多寄存器传送指令来恢复用户寄存器，并实现返回：用户寄存器，并实现返回：4.5 ARM的异常4.5.5 各类异常的具体描述各类异常的具体描述1、未定义指令异常（、未定义指令

21、异常（Undefined Instruction）2、软件中断异常（、软件中断异常（Software Interrupt）3、中止异常（、中止异常（Abort）4、快速中断请求异常（、快速中断请求异常（Fast Interrupt Request，FIQ）5、外部中断请求异常（、外部中断请求异常（Interrupt Request，IRQ）4.5 ARM的异常4.5.6 异常的进入异常的进入/退出退出异常异常类类型型返回指令返回指令以前的状以前的状态态注意注意ARM R14_xThumb R14_xBLMOV PC，R14PC4PC21UDEFMOVS PC，R14_undPC4PC21SWI

22、MOVS PC，R14_svcPC4PC21PABTSUBS PC，R14_abt，#4PC4PC41DABTSUBS PC，R14_abt，#8PC8PC83FIQSUBS PC，R14_fiq，#4PC4PC42IRQSUBS PC，R14_irq，#4PC4PC42RESETNA44.5 ARM的异常4.5.7 异常优先级（异常优先级（Exception Priorities）优优先先级级异异 常常1（最高）（最高）复位复位2数据中止数据中止3FIQ4IRQ5预预取指令中止取指令中止6（最低）（最低）未定未定义义指令、指令、SWI主要内容4.1 ARM微处理器的工作状态微处理器的工作状态

23、4.2 ARM微处理器的运行模式微处理器的运行模式4.3 ARM体系结构的存储器格式体系结构的存储器格式4.4 寄存器组织寄存器组织 4.5 ARM的异常的异常 4.6 ARM微处理器的指令系统基础微处理器的指令系统基础 4.7 ARM指令的寻址方式指令的寻址方式 4.8 ARM指令集指令集 4.9 Thumb指令及应用指令及应用 4.6 ARM微处理器的指令系统基础4.6.1 指令长度及数据类指令长度及数据类 ARM微处理器的指令长度可以是微处理器的指令长度可以是32位位（在（在ARM状态下）状态下），也可以为也可以为16位（在位（在Thumb状态下）状态下）。ARM微处理器中支持微处理器中

24、支持字节（字节（8位）位）、半字半字（16位）位）、字（字（32位）位）三种数据类型，三种数据类型，其中，字需要其中，字需要4字节对齐（地址的低两位字节对齐（地址的低两位为为0）、半字需要）、半字需要2字节对齐（地址的最字节对齐（地址的最低位为低位为0）。）。4.6 ARM微处理器的指令系统基础4.6.2 ARM微处理器的指令的分类与格式微处理器的指令的分类与格式指令分类简述指令分类简述 ARM微处理器指令集是加载微处理器指令集是加载/存储型的；存储型的；ARM微处理器的指令集可以分为微处理器的指令集可以分为跳转指跳转指令令、数据处理指令数据处理指令、程序状态寄存器处程序状态寄存器处理指令理指

25、令、Load/Store指令指令、协处理器指令协处理器指令和和异常产生异常产生指令六大类；指令六大类；4.6 ARM微处理器的指令系统基础4.6.2 ARM微处理器的指令的分类与格式微处理器的指令的分类与格式指令格式指令格式 ARM指令使用的基本格式：指令使用的基本格式：S，4.6 ARM微处理器的指令系统基础4.6.2 ARM微处理器的指令的分类与格式微处理器的指令的分类与格式指令格式使用举例指令格式使用举例:LDR R0，R1 BEQ DATAEVEN ADDS R2，R1，#1 SUBNES R2，R1，#0 x20指令的条件域条件条件码码助助记记符后符后缀缀标标 志志含含 义义0000

26、EQZ置位置位相等相等0001NEZ清零清零不相等不相等0010CSC置位置位无符号数大于或等于无符号数大于或等于0011CCC清零清零无符号数小于无符号数小于0100MIN置位置位负负数数0101PLN清零清零正数或零正数或零0110VSV置位置位溢出溢出0111VCV清零清零未溢出未溢出1000HIC置位置位Z清零清零无符号数大于无符号数大于1001LSC清零清零Z置位置位无符号数小于或等于无符号数小于或等于1010GEN等于等于V带带符号数大于或等于符号数大于或等于1011LTN不等于不等于V带带符号数小于符号数小于1100GTZ清零且（清零且（N等于等于V）带带符号数大于符号数大于11

27、01LEZ置位或（置位或（N不等于不等于V）带带符号数小于或等于符号数小于或等于1110AL忽略忽略无条件无条件执执行行主要内容4.1 ARM微处理器的工作状态微处理器的工作状态4.2 ARM微处理器的运行模式微处理器的运行模式4.3 ARM体系结构的存储器格式体系结构的存储器格式4.4 寄存器组织寄存器组织 4.5 ARM的异常的异常 4.6 ARM微处理器的指令系统基础微处理器的指令系统基础 4.7 ARM指令的寻址方式指令的寻址方式 4.8 ARM指令集指令集 4.9 Thumb指令及应用指令及应用 4.7 ARM指令的寻址方式4.7.1 立即寻址立即寻址 也叫也叫立即数寻址立即数寻址，

28、是一种特殊的寻址方，是一种特殊的寻址方式，操作数本身就在指令中给出，只要式，操作数本身就在指令中给出，只要取出指令也就取到了操作数。这个操作取出指令也就取到了操作数。这个操作数被称为立即数，对应的寻址方式也就数被称为立即数，对应的寻址方式也就叫做立即寻址。叫做立即寻址。例如以下指令：例如以下指令：ADD R0，R0，#1；R0R01 ADD R0，R0，#0 x3f；R0R00 x3f 4.7 ARM指令的寻址方式4.7.2 寄存器寻址寄存器寻址 寄存器寻址寄存器寻址就是利用寄存器中的数值作就是利用寄存器中的数值作为操作数，指令中地址码给出的是寄存为操作数，指令中地址码给出的是寄存器编号。器编

29、号。例如以下指令：例如以下指令：ADD R0，R1，R2 ；R0R1R2 4.7 ARM指令的寻址方式4.7.3 寄存器间接寻址寄存器间接寻址 寄存器间接寻址寄存器间接寻址就是以寄存器中的值作就是以寄存器中的值作为操作数的地址（这个寄存器相当于指为操作数的地址（这个寄存器相当于指针的作用，在基址加变址的寻址方式中，针的作用，在基址加变址的寻址方式中，它作为基址寄存器来存放基址地址），它作为基址寄存器来存放基址地址），而操作数本身存放在存储器中。而操作数本身存放在存储器中。例如以下指令：例如以下指令：ADD R0，R1，R2；R0R1R2 LDR R0，R1；R0R1 STR R0，R1；R1R

30、04.7 ARM指令的寻址方式4.7.4 基址变址寻址基址变址寻址 基址变址寻址就是将寄存器（该寄存器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，从而得到一个给出的地址偏移量相加，从而得到一个操作数的有效地址，用于访问基址附近操作数的有效地址，用于访问基址附近的存储器单元。的存储器单元。4.7 ARM指令的寻址方式4.7.4 基址变址寻址基址变址寻址 变址寻址方式可分为变址寻址方式可分为:前变址模式前变址模式 LDR R0，R1，#4 ；R0R14 自动变址模式自动变址模式 LDR R0，R1，#4！；！；R0R1

31、4、R1R14 后变址模式后变址模式 LDR R0，R1，#4 ；R0R1、R1R14偏移地址偏移地址 LDR R0，R1，R2 ；R0R1R2 LDR R0，R1，R2，LSL#2 ；R0R1R2*4 4.7 ARM指令的寻址方式4.7.5 多寄存器寻址多寄存器寻址 多寄存器寻址又称为块拷贝寻址，是多多寄存器寻址又称为块拷贝寻址，是多寄存器传送指令寄存器传送指令Load/Store的寻址方式，的寻址方式，Load/Store指令可把存储器中的一个数据指令可把存储器中的一个数据块加载到多个寄存器中，也可把多个寄块加载到多个寄存器中，也可把多个寄存器中的内容保存到存储器中。存器中的内容保存到存储

32、器中。例如以下指令：例如以下指令：LDMIA R0，R1，R2，R3，R4；R1R0；R2R04 ；R3R08 ；R4R012 多寄存器多寄存器Load和和Store指令的堆栈和块拷贝对照指令的堆栈和块拷贝对照递递 增增递递 减减满满空空满满空空增增值值先增先增STMIBSTMFALDMIBLDMED后增后增STMIASTMEALDMIALDMFD减减值值先减先减LDMDBLDMEASTMDBSTMFD后减后减LDMDALDMFASTMDASTMED4.7 ARM指令的寻址方式4.7.6 堆栈寻址堆栈寻址 堆栈是一种数据结构，按先进后出堆栈是一种数据结构，按先进后出（First In Last

33、 Out，FILO）的方式工作）的方式工作，使用一个称作堆栈指针（，使用一个称作堆栈指针（SP）的专用）的专用寄存器指示当前的操作位置，堆栈指针寄存器指示当前的操作位置，堆栈指针总是指向栈顶总是指向栈顶。4.7 ARM指令的寻址方式4.7.6 堆栈寻址堆栈寻址 根据堆栈指针位置，分为：根据堆栈指针位置，分为：满堆栈（满堆栈（Full Stack）:堆栈指针指向最后压堆栈指针指向最后压入堆栈的数据入堆栈的数据;空堆栈（空堆栈（Empty Stack）:堆栈指针指向下一堆栈指针指向下一个将要放入数据的空位置个将要放入数据的空位置;根据堆栈的生成方式根据堆栈的生成方式，分为：，分为：递增堆栈（递增堆

34、栈（Ascending Stack）：堆栈由低地：堆栈由低地址向高地址生成址向高地址生成 递减堆栈（递减堆栈（Decending Stack）：堆栈由高地：堆栈由高地址向低地址生成址向低地址生成 4.7 ARM指令的寻址方式4.7.6 堆栈寻址堆栈寻址 ARM微处理器支持这四种类型的堆栈工作方式：微处理器支持这四种类型的堆栈工作方式：满递增堆栈满递增堆栈：堆栈指针指向最后压入的数据，：堆栈指针指向最后压入的数据，且由低地址向高地址生成；且由低地址向高地址生成；满递减堆栈满递减堆栈：堆栈指针指向最后压入的数据，：堆栈指针指向最后压入的数据，且由高地址向低地址生成；且由高地址向低地址生成；空递增堆

35、栈空递增堆栈：堆栈指针指向下一个将要放入：堆栈指针指向下一个将要放入数据的空位置，且由低地址向高地址生成；数据的空位置，且由低地址向高地址生成；空递减堆栈空递减堆栈：堆栈指针指向下一个将要放入：堆栈指针指向下一个将要放入数据的空位置，且由高地址向低地址生成；数据的空位置，且由高地址向低地址生成；4.7 ARM指令的寻址方式4.7.6 堆栈寻址堆栈寻址 在在ARM指令中，堆栈寻址也是通过指令中，堆栈寻址也是通过Load/Store指令来实现的，例如：指令来实现的，例如：STMFD SP！R1-R7，LR ；将；将R1R7，LR入栈入栈 LDMFD SP！R1-R7，LR ；数据出栈，放入；数据出

36、栈，放入 R1R7，LR寄存器寄存器 在在Thumb指令中，堆栈寻址通过指令中，堆栈寻址通过PUSH/POP指令来实现，例如：指令来实现，例如：PUSH R1-R7，LR ；将；将R1R7，LR入栈入栈 POP R1-R7，PC ；数据出栈，放入；数据出栈，放入R1R7，PC寄存器寄存器 4.7 ARM指令的寻址方式4.7.7 相对寻址相对寻址 与基址变址寻址方式相类似，相对寻址与基址变址寻址方式相类似，相对寻址以程序计数器以程序计数器PC的当前值为基地址，指的当前值为基地址，指令中的地址标号作为偏移量，将两者相令中的地址标号作为偏移量，将两者相加之后得到操作数的有效地址。加之后得到操作数的有

37、效地址。4.7 ARM指令的寻址方式4.7.7 相对寻址相对寻址 以下程序段完成子程序的调用和返回，跳以下程序段完成子程序的调用和返回，跳转指令转指令BL采用了相对寻址方式：采用了相对寻址方式：BL NEXT；跳转到子程序；跳转到子程序NEXT处执行处执行 NEXT；子程序入口地址；子程序入口地址 MOV PC，LR ；从子程序返回；从子程序返回 主要内容4.1 ARM微处理器的工作状态微处理器的工作状态4.2 ARM微处理器的运行模式微处理器的运行模式4.3 ARM体系结构的存储器格式体系结构的存储器格式4.4 寄存器组织寄存器组织 4.5 ARM的异常的异常 4.6 ARM微处理器的指令系

38、统基础微处理器的指令系统基础 4.7 ARM指令的寻址方式指令的寻址方式 4.8 ARM指令集指令集 4.9 Thumb指令及应用指令及应用 4.8 ARM指令集ARM指令集总体分为六大类：指令集总体分为六大类：1、数据处理指令；、数据处理指令；2、程序状态寄存器访问指令；、程序状态寄存器访问指令；3、Load/Store指令；指令；4、跳转指令（转移指令）；、跳转指令（转移指令）；5、异常中断指令；、异常中断指令；6、协处理器指令、协处理器指令。4.8 ARM指令集数据处理指令数据处理指令数据传送指令数据传送指令用于在寄存器和存储器之用于在寄存器和存储器之间进行数据的双向传输。间进行数据的双

39、向传输。算术逻辑运算指令算术逻辑运算指令完成常用的算术与逻完成常用的算术与逻辑的运算，该类指令不但将运算结果保辑的运算，该类指令不但将运算结果保存在目的寄存器中，同时更新存在目的寄存器中，同时更新CPSR中的中的相应条件标志位。相应条件标志位。比较指令比较指令不保存运算结果，只更新不保存运算结果，只更新CPSR中相应的条件标志位中相应的条件标志位。4.8 ARM指令集数据处理指令包括：数据处理指令包括：SUB：减法指令：减法指令SBC：带借位减法指令：带借位减法指令RSB：逆向减法指令：逆向减法指令RSC：带借位逆向减法：带借位逆向减法指令指令AND：逻辑与指令：逻辑与指令ORR：逻辑或指令：

40、逻辑或指令EOR：逻辑异或指令：逻辑异或指令BIC：位清除指令：位清除指令MOV：数据传送指令：数据传送指令MVN：数据取反传送：数据取反传送指令指令CMP：比较指令：比较指令CMN：反值比较指令：反值比较指令TST：位测试指令：位测试指令TEQ：相等测试指令：相等测试指令ADD：加法指令：加法指令ADC：带进位加法指令：带进位加法指令4.8 ARM指令集4.8.2 乘法指令与乘加指令乘法指令与乘加指令ARM微处理器支持的乘法指令与乘加指微处理器支持的乘法指令与乘加指令共有令共有6条，可分为条，可分为运算结果为运算结果为32位位和和运运算结果为算结果为64位位两类，与前面的数据处理两类，与前面

41、的数据处理指令不同，指令不同，指令中的所有操作数、目的指令中的所有操作数、目的寄存器必须为通用寄存器寄存器必须为通用寄存器，不能对操作，不能对操作数使用立即数或被移位的寄存器，同时，数使用立即数或被移位的寄存器，同时，目的寄存器和操作数目的寄存器和操作数1必须是不同的寄存必须是不同的寄存器器。4.8 ARM指令集乘法指令与乘加指令共有以下乘法指令与乘加指令共有以下6条：条：MUL：32位乘法指令；位乘法指令；MLA：32位乘加指令；位乘加指令；SMULL：64位有符号数乘法指令；位有符号数乘法指令；SMLAL：64位有符号数乘加指令；位有符号数乘加指令；UMULL：64位无符号数乘法指令；位无

42、符号数乘法指令；UMLAL：64位无符号数乘加指令位无符号数乘加指令。4.8 ARM指令集4.8.3 程序状态寄存器访问指令程序状态寄存器访问指令ARM微处理器支持程序状态寄存器访问指微处理器支持程序状态寄存器访问指令，用于在程序状态寄存器和通用寄存令，用于在程序状态寄存器和通用寄存器之间传送数据。器之间传送数据。程序状态寄存器访问指令包括以下两条：程序状态寄存器访问指令包括以下两条：MRS：程序状态寄存器到通用寄存器的数：程序状态寄存器到通用寄存器的数据传送指令；据传送指令；MSR：通用寄存器到程序状态寄存器的数：通用寄存器到程序状态寄存器的数据传送指令据传送指令 4.8 ARM指令集4.8

43、.4 加载加载/存储指令存储指令ARM微处理器支持微处理器支持Load/Store指令用于在指令用于在寄存器和存储器之间传送数据，加载指寄存器和存储器之间传送数据，加载指令用于将存储器中的数据传送到寄存器，令用于将存储器中的数据传送到寄存器，存储指令则完成相反的操作。存储指令则完成相反的操作。4.8 ARM指令集常用的常用的Load/Store指令如下：指令如下：LDR：字数据加载指令；：字数据加载指令；LDRB：字节数据加载指令；：字节数据加载指令；LDRH：半字数据加载指令；：半字数据加载指令；STR：字数据存储指令；：字数据存储指令；STRB：字节数据存储指令；：字节数据存储指令；STR

44、H：半字数据存储指令：半字数据存储指令4.8 ARM指令集4.8.5 批量数据加载批量数据加载/存储指令存储指令ARM微处理器所支持批量数据微处理器所支持批量数据Load/Store指令可以一次在一片连续的存储器单元指令可以一次在一片连续的存储器单元和多个寄存器之间传送数据，批量加载和多个寄存器之间传送数据，批量加载指令用于将一片连续的存储器中的数据指令用于将一片连续的存储器中的数据传送到多个寄存器，批量数据存储指令传送到多个寄存器，批量数据存储指令则完成相反的操作。则完成相反的操作。常用的批量数据常用的批量数据Load/Store指令如下：指令如下：LDM：批量数据加载指令；：批量数据加载指

45、令；STM：批量数据存储指令：批量数据存储指令 4.8 ARM指令集4.8.6 跳转指令跳转指令跳转指令用于实现程序流程的跳转，跳转指令用于实现程序流程的跳转，在在ARM程序中有两种方法可以实现程序中有两种方法可以实现程序流程的跳转：程序流程的跳转：使用专门的跳转指令；使用专门的跳转指令；直接向程序计数器直接向程序计数器PC写入跳转地址值。写入跳转地址值。4.8 ARM指令集ARM指令集中的跳转指令可以完成从当前指指令集中的跳转指令可以完成从当前指令向前或向后的令向前或向后的32MB的地址空间的跳转，的地址空间的跳转，包括以下包括以下4条指令条指令：B：跳转指令；：跳转指令；BL：带返回的跳转

46、指令；：带返回的跳转指令；BLX：带返回和状态切换的跳转指令：带返回和状态切换的跳转指令;BX：带状态切换的跳转指令。：带状态切换的跳转指令。4.8 ARM指令集4.8.7 数据交换指令数据交换指令ARM微处理器所支持数据交换指令能在存微处理器所支持数据交换指令能在存储器和寄存器之间交换数据。数据交换储器和寄存器之间交换数据。数据交换指令有如下两条：指令有如下两条：SWP：字数据交换指令：字数据交换指令SWPB：字节数据交换指令：字节数据交换指令4.8 ARM指令集4.8.8 移位指令（操作）移位指令（操作）ARM微处理器内嵌的微处理器内嵌的桶型移位器（桶型移位器（Barrel Shifter

47、），支持数据的各种移位操作，支持数据的各种移位操作，移位操作在移位操作在ARM指令集中不作为单独的指令集中不作为单独的指令使用，它只能作为指令格式中的一指令使用，它只能作为指令格式中的一个字段，在汇编语言中表示为指令中的个字段，在汇编语言中表示为指令中的选项。选项。例如，数据处理指令的第二个操作数为寄例如，数据处理指令的第二个操作数为寄存器时，就可以加入移位操作选项对它存器时，就可以加入移位操作选项对它进行各种移位操。进行各种移位操。4.8 ARM指令集移位操作包括如下移位操作包括如下6种类型，其中种类型，其中ASL和和LSL是等价的，可以自由互换是等价的，可以自由互换：LSL：逻辑左移；：逻

48、辑左移；ASL：算术左移；：算术左移；LSR：逻辑右移；：逻辑右移；ASR：算术右移；：算术右移；ROR：循环右移；：循环右移；RRX：带扩展的循环右移：带扩展的循环右移 4.8 ARM指令集4.8.9 协处理器指令协处理器指令ARM微处理器可支持多达微处理器可支持多达16个协处理器，个协处理器，用于各种协处理操作，在程序执行的过用于各种协处理操作，在程序执行的过程中，每个协处理器只执行针对自身的程中，每个协处理器只执行针对自身的协处理指令，忽略协处理指令，忽略ARM处理器和其他协处理器和其他协处理器的指令处理器的指令。4.8 ARM指令集协处理器指令用途：协处理器指令用途：ARM的协处理器指

49、令主要用于的协处理器指令主要用于ARM处理处理器初始化、器初始化、ARM协处理器的数据处理操协处理器的数据处理操作，以及在作，以及在ARM处理器的寄存器和协处处理器的寄存器和协处理器的寄存器之间传送数据，和在理器的寄存器之间传送数据，和在ARM协处理器的寄存器和存储器之间传送数协处理器的寄存器和存储器之间传送数据。据。4.8 ARM指令集ARM协处理器指令包括以下协处理器指令包括以下5条条：CDP：协处理器数操作指令：协处理器数操作指令LDC：协处理器数据加载指令：协处理器数据加载指令STC：协处理器数据存储指令：协处理器数据存储指令MCR：ARM处理器寄存器到协处理器寄处理器寄存器到协处理器

50、寄存器的数据传送指令存器的数据传送指令MRC：协处理器寄存器到：协处理器寄存器到ARM处理器寄处理器寄存器的数据传送指令存器的数据传送指令4.8 ARM指令集4.8.10 异常产生指令异常产生指令ARM微处理器所支持的异常指令有如下两微处理器所支持的异常指令有如下两条：条：SWI：软件中断指令；：软件中断指令；BKPT：断点中断指令：断点中断指令 主要内容4.1 ARM微处理器的工作状态微处理器的工作状态4.2 ARM微处理器的运行模式微处理器的运行模式4.3 ARM体系结构的存储器格式体系结构的存储器格式4.4 寄存器组织寄存器组织 4.5 ARM的异常的异常 4.6 ARM微处理器的指令系