第2章ARMTHUMB微处理器结构及指令系统-Power

第二章ARM/Thumb微处理器结构及指令系统2.3ARM/THUMB指令系统1.ARM处理器寻址方式2.ARM指令集介绍3.Thumb指令集1.ARM处理器寻址方式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).寄存器偏移寻址；(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：MOVR1,R2;将R2的值存入R1SUBR0,R1,R2;将R1的值减去R2的值，结果保存到R00xAA0x55R2R1(1).寄存器寻址MOVR1,R20xAA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)。立即寻址指令举例如下：SUBSR0,R0,#1;R0减1，结果放入R0，并且影响标志位MOVR0,#0xFF000;将立即数0xFF000装入R0寄存器0x55R0MOVR0,#0xFF00程序存储(2).立即寻址MOVR0,#0xFF000xFF00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=R2×8ANDSR1,R1,R2,LSLR3;R2的值左移R3位，然后和R1相;“与”操作，结果放入R10x55R0R20x01(3).寄存器偏移寻址MOVR0,R2,LSL#30x080x08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0x55R0R20x400000000xAA0x40000000(4).寄存器间接寻址LDRR0,[R2]0xAA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相加，形成操作数的有效地址。基址寻址指令举例如下：LDRR2,[R3,#0x0C];读取R3+0x0C地址上的存储单元;的内容，放入R2STRR1,[R0,#-4]!;先R0=R0-4，然后把R1的值寄存;到保存到R0指定的存储单元(5).基址寻址0x55R2R30x400000000xAA0x4000000CLDRR2,[R3,#0x0C]0xAA将R3+0x0C作为地址装载数据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;R2～R7、R12中(R1自动加1)STMIAR0!,{R2-R7,R12};将寄存器R2～R7、R12的值保;存到R0指向的存储;单元中;(R0自动加1)使用多寄存器寻址指令时，寄存器子集的顺序是按由小到大的顺序排列，连续的寄存器可用“－”连接；否则用“，”分隔书写。(6).多寄存器寻址0x40000000R1R20x??0x010x400000000x??R3R40x??R60x??0x020x030x040x400000040x400000080x4000000C存储器LDMIAR1!,{R2-R4,R6}0x400000100x010x020x030x04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(7).堆栈寻址(7).堆栈寻址栈底栈顶栈区SP堆栈存储区栈顶栈底栈区SP向下增长向上增长0x123456780x12345678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。(7).堆栈寻址0x123456780x12345678栈顶SP0x12345678栈顶SP压栈压栈所以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。(7).堆栈寻址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：STMIAR0!,{R1-R7};将R1～R7的数据保存到存储器中。;存储指针在保存第一个值之后增加，;增长方向为向上增长。STMIBR0!,{R1-R7};将R1～R7的数据保存到存储器中。;存储指针在保存第一个值之前增加，;增长方向为向上增长。(8).块拷贝寻址增加之前STMIBSTMFALDMIBLDMED之后STMIASTMEALDMIALDMFD减少之前LDMDBLDMEASTMDBSTMFD之后LDMDALDMFASTMDASTMED向上生长向下生长满空满空增长的方向增长的先后多寄存器传送指令映射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。相对寻址指令举例如下：BLSUBRl；调用到SUBRl子程序...SUBR1…MOVPC,R14；返回(7).相对寻址2.ARM指令集介绍(1).指令格式(2).条件码(3).ARM存储器访问指令(4).ARM数据处理指令(5).乘法指令(6).ARM分支指令(7).协处理器指令(8).杂项指令(9).伪指令2.ARM指令集介绍ARM7TDMI(-S)的指令集，包括ARM指令集Thumb指令集。首先介绍ARM指令的基本格式及灵活的操作数，然后介绍条件码，再把ARM指令集、Thumb指令集按类分别说明。ARM指令的基本格式如下：(1).指令格式opcode{cond}{S}Rd,Rn{,operand2}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：opcode：指令助记符；cond：执行条件；S：是否影响CPSR寄存器的值；Rd：目标寄存器；Rn：第1个操作数的寄存器；operand2：第2个操作数；LDRR0，[R1]；读取R1地址上的存储器单元内容，执行条件ALBEQD1；分支指令，执行条件EQ，即相等则跳转到D1ADDSR1，R1，#1；加法指令，R1+1＝R1，影响CPSR；寄存器(S)SUBNESR1，R1，#0x10；条件执行减法运算(NE)，R1-;0x10=R1，影响CPSR寄存器(S)指令格式举例如下：(1).指令格式：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；第2个操作数(1).指令格式：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。循环右移10位0x12000100100x00000000000x00000000000x00000000000x00000000000x00000000000x80100000000x04000001008位常数(1).指令格式：第2个操作数合法常量：0x3FC、0、0xF0000000、200、0xF0000001。非法常量：0xlFE、511、0xFFFF、0x1010、0xF0000010。#immed_8r——常数表达式常数表达式应用举例：MOVR0，#1；R0＝1ANDR1，R2，#0x0F；R2与0x0F，结果保存在RlLDRR0，[R1]，#-4；读取R1地址上的存储器单元内容，且R1＝R1-4(1).指令格式：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。寄存器方式应用举例：SUBR1，R1，R2；R1-R2→R1MOVPC，R0；PC=R0，程序跳转到指定地址LDRR0，[R1]，-R2；Rl所指存储器单元内容存人R0，且R1=R1-R2(1).指令格式：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，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TypeRsType为移位的一种类型，Rs为偏移量寄存器，低8位有效。(1).指令格式：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：C寄存器偏移方式应用举例：ADDR1，R1，R1，LSL#3；R1=R1×9SUBR1，R1，R2，LSR#2；R1=R1-R2×4ARM指令的基本格式如下：(2).条件码opcode{cond}{S}Rd,Rn{,operand2}使用条件码“cond”可以实现高效的逻辑操作，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正数或零0110VSV=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(3).ARM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和存储指令实现。ARM处理器是冯•诺依曼存储结构，程序空间、RAM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Rd←[addressing]，addressing索引LDR{cond}LDRBRd,addressing加载无符号字节数据Rd←[addressing]，addressing索引LDR{cond}BLDRTRd,addressing以用户模式加载字数据Rd←[addressing]，addressing索引LDR{cond}TLDRBTRd,addressing以用户模式加载无符号字节数据Rd←[addressing]，addressing索引LDR{cond}BTLDRHRd,addressing加载无符号半字数据Rd←[addressing]，addressing索引LDR{cond}HLDRSBRd,addressing加载有符号字节数据Rd←[addressing]，addressing索引