ch02ARM体系架构及汇编程序设计-2

2013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器21/57ARM体系架构及汇编程序设计22013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器22/57ARM体系架构及汇编程序设计21ARM微处理器概述2ARM微处理器体系结构3ARM微处理器指令系统4ARM微处理器程序设计5ARM微处理器初始化习题04习题答案042013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器23/573ARM微处理器指令系统3.1ARM指令系统概述3.2ARM指令条件码3.3ARM指令寻址方式3.4ARM汇编语言与C/C++的混合编程2013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器24/573.1ARM指令系统概述2013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器25/57ARM指令集特点指令集向后兼容新版本增加指令，并保持指令向后兼容RISC指令指令集和译码机制简单指令集是加载/存储型仅能处理寄存器数据且处理结果放回寄存器访问存储器必须通过专门的加载/存储指令Thumb指令ARM指令：32位操作数Thumb指令：16位操作数指令功能复用所有指令有条件执行具有灵活的第二操作数其他模式可以使用SWI指令进入管理模式协处理器指令2013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器26/57ARM指令集分类存储器访问指令加载/存储指令把存储器的值加载（load）到寄存器中把寄存器中的值存储（store）到存储器中数据处理指令使用和改变寄存器的值跳转指令分支和链接，保存返回地址，以恢复最先的次序程序状态寄存器处理指令异常产生指令协处理器指令2013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器27/57ARM指令编码格式ARM状态的3地址指令格式r2r1r3ADDr3,r1,r2源寄存器2(Rm)源寄存器1(Rn)目标寄存器(Rd)指令语法2013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器28/57ARM指令编码格式Cond：指令执行的条件编码Opcode：指令操作符编码S：决定指令操作是否影响CPSR的值Rd：目标寄存器编码Rn：第一操作数寄存器编码Operand2：第二操作数operand2RdRnsopcode001cond3128272524212019161512118702013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器29/573.2ARM指令条件码条件执行所有ARM指令都可以条件执行所有Thumb指令都可以解压成全部条件执行指令条件码ARM指令的[31:28]位条件码内容程序状态寄存器的条件码标志位相等与不相等关系条件码表示在指令助记符后面用两个字符表示2013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器210/57ARM指令条件码下表为所有可能的16种条件码AL为默认状态，不需要单独指出2013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器211/57ARM指令条件码0000=EQ-Zset(equal)0001=NE-Zclear(notequal)0010=CS-Cset(unsignedhigherorsame)0011=CC-Cclear(unsignedlower)0100=MI-Nset(negative)0101=PL-Nclear(positiveorzero)0110=VS-Vset(overflow)0111=VC-Vclear(nooverflow)1000=HI-CsetandZclear(unsignedhigher)1001=LS-CclearorZset(unsignedlowerorsame)1010=GE-NsetandVset,orNclearandVclear(greaterorequal)1011=LT-NsetandVclear,orNclearandVset(lessthan)1100=GT-Zclear,andeitherNsetandVset,orNclearandVclear(greaterthan)1101=LE-Zset,orNsetandVclear,orNclearandVset(lessthanorequal)1110=AL-always1111=NV-never不等于（Notequal）无符号数大于等于无符号数小于负数（Minus）等于（Equal）溢出（Overflow）未溢出无符号数大于无符号数小于等于正数或零带符号数小于（LessThan）带符号数大于（GreaterThan）带符号数小于等于总是执行（Always）带符号数大于等于EQNECS/HSCC/LOPLVSHILSGELTGTLEALMIVC后缀描述Z=0C=1C=0Z=1CPSR条件码标志位N=1N=0V=1V=0C=1&Z=0C=0orZ=1N=VN!=VZ=0&N=VZ=1orN=!V2013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器213/57程序状态寄存器的条件码标志位数据处理指令可以设置条件码标志位算术操作设置所有标志位(N,Z,C,V)逻辑和移位操作设置N和Z指令后加“S”表示设置条件码标志位比较指令不需增加“S”即可设置;carryouttoCADDSr2,r2,r02013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器214/57例：默认情况下，数据处理指令不影响程序状态寄存器的条件码标志位，但可以选择通过添加“S”来影响标志位loop……SUBSr1,r1,#1BNEloop如果Z标志清零则跳转R1减1，并设置标志位2013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器215/57例：ARM指令可以通过添加适当的条件码后缀来达到条件执行的目的这样可以提高代码密度，减少分支跳转指令数目，提高性能CMPr3,#0CMPr3,#0BEQskipADDNEr0,r1,r2ADDr0,r1,r2skip2013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器216/57例：置标志位，不同指令相同条件码if(a==0)func(1);/*r0:a*/CMPr0,#0;对应a==0，a事先存放在r0MOVEQr0,#1;把func函数的实参赋给r0BLEQfunc;调用func函数，汇编调用C2013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器217/57例：置标志位，相同指令不同条件码if(a==0)x=0;/*r0:a,r1:x*/if(a0)x=1;CMPr0,#0MOVEQr1,#0MOVGTr1,#12013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器218/57例：置标志位，条件比较指令if(a==4||a==10)x=0;/*r0:a,r1:x*/CMPr0,#4CMPNEr0,#10MOVEQr1,#02013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器219/573.3ARM指令寻址方式寻址方式根据指令中地址信息寻找操作数物理地址的方法7种寻址方式寄存器寻址立即寻址寄存器间接寻址寄存器变址寻址多寄存器寻址相对寻址堆栈寻址2013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器220/57（1）寄存器寻址利用寄存器中的数值作为操作数。ADDR0,R1,R2;R0←R1+R22013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器221/57（2）立即寻址也叫立即数寻址，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。ADDR3,R3,#2;R3←R3+22013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器222/57（3）寄存器间接寻址以寄存器的值作为操作数的地址，而操作数本身存放在存储器中。LDRR0,[R3];R0←[R3]LD：loadR：registerADDR0,R1,[R2];R0-R1+[R2]STRR5,[R6];[R6]-R52013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器223/57（4）寄存器变址寻址将某寄存器中的值作为基址的内容与指令中给出的操作数（作为地址偏移量）相加，得到一个有效地址。LDRR0,[R1,#4];R0←[R1+4]LDRR0,[R1,#4]!;R0←[R1+4],R1←R1+4,“!”操作完成后立即刷新LDRR0,[R1],#4;R0←R1,R1←R1+42013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器224/57（5）多寄存器寻址通常用在连续地址的内容拷贝中。LDMIAR0,{R1,R2,R3,R4};R1←[R0];R2←[R0+4];R3←[R0+8];R4←[R0+12]LD：loadM：multipleIA：传送后地址加1字（4字节）；R0按字（4字节）增长，不是指令条件码2013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器225/57（6）相对寻址以程序计数器PC的当前值为基地址，指令中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。Brel;PC←PC+rel2013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器226/57（7）堆栈寻址满堆栈（Full）栈指针指向最后进栈数据空堆栈（Empty）栈指针指向下一个进栈数据位置递增堆栈（Ascending）地址由低到高递减堆栈（Descending）地址由高到低2013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器227/57堆栈工作方式满递增堆栈FA满递减堆栈FD（ARM默认的堆栈格式）空递增堆栈EA空递减堆栈ED2013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器228/573.4ARM指令集存储器访问指令数据处理指令跳转指令协处理器指令杂项指令伪指令2013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器229/57ARM基本指令及功能描述数据传输指令MOV乘加运算指令MLA从ARM寄存器到协处理器寄存器的数据传输指令MCR存储器到寄存器的数据传输指令LDR加载多个寄存器指令LDM存储器到协处理器的数据传输指令LDC异或指令EOR比较指令CMP比较反值指令CMN协处理器数据操作指令CDP带状态切换的跳转指令BX带返回和状态切换的跳转指令BLX带返回的跳转指令BL位清零指令BIC跳转指令B逻辑与指令AND加法指令ADD带进位加法指令ADC指令功能描述助记符2013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器230/57ARM基本指令及功能描述（续）位测试指令TST相等测试指令TEQ交换指令SWP软件中断指令SWI减法指令SUB寄存器到存储器的数据传输指令STR批量内在字写入指令STM协处理器寄存器写入存储器指令STC带借位减法指令SBC带借位的逆向减法指令RSC逆向减法指令RSB逻辑或指令ORR数据取反传送指令MVN32位乘加指令MLA32位乘法指令MUL传送通用寄存器到CPSR或SPSR的指令MSR传送CPSR或SPSR的内容到通用寄存器指令MRS从协处理器寄存器到ARM寄存器的数据传输指令MRC指令功能描述助记符2013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器231/57ARM汇编器所支持的伪指令伪指令：是一种特殊的指令助记符，与指令系统的助记符不同，没有相对应的操作码，在汇编程序对源程序汇编期间由汇编程序处理，在源程序中的作用是为完成汇编程序做各种准备工作。种类符号定义伪指令（SymbolDefinition）数据定义伪指令（DataDefinition）汇编控制伪指令（AssemblyControl）宏指令其他伪指令2013年11月4日星期一ES04-ARM微处理器232/571符号定义伪指令用于定义ARM汇编程序中的变量、对变量赋值，以及定义寄存器的别名等操作。常见符号定义伪指令GBLA、GBLL和GBLS：定义全局变量LCLA、LCLL和LCLS：定义局部变量SETA、SETL、SETS：RLIST：通用寄存器列表定义A：数字，L：逻辑，2013年11月4日星期一E