第3章 ARM指令系统及汇编语言设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章,ARM,指令系统与汇编语言程序设计,3.1 ARM,指令系统概述,3.1.1 ARM,指令系统的特点,（,1,）所有的运算都在寄存器中进行,（,2,）多数指令可以有条件执行,（,3,）具有批量寄存器数据传送指令,（,4,）支持,32,位和,16,位双指令集,（,5,）提供一些数字信号处理指令,（,6,）具有协处理指令,3.1.2 ARM,汇编指令的基本格式,ARM,指令,的二进制代码的基本格式：,ARM,指令,的汇编语言基本格式：,操作码,条件,S,目的寄存器,第一操作数,第二操作数,例：,ADD R0,，,R4,，,R8,ADD,EQ,R0,，,R2,，,#5,ADD,S,R1,，,R5,，,R8,MOV PC,，,R14,3.1.3 ARM,指令的条件域,ARM,指令可根据,CPRS,中条件标志位的状态和指令的条件域表示的条件有条件地执行,。,CMP R0,，,#0,ADD,EQ,R0,，,R2,，,#5,MOV,GT,R1,，,#0,B,GE,NEXT,例如：,条件域的条件用条件码的助记忆符表示（见表,3-1,）,3.2 ARM,指令的寻址方式,ARM,指令常用有如下寻址方式,1.,立即寻址,立即寻址,操作数就在指令中,例：,ADD R0,，,R0,，,#0 x3f,立即数,指令功能：,R0R0+0 x3f,16,进制数,2.,寄存器寻址,寄存器寻址,操作数在寄存器中,例：,ADD R0,，,R1,，,R2,指令功能：,R0R1+R2,3.,寄存器间接寻址,寄存器间接寻址,操作数在内存中，操作数,地址在寄存器中,例：,LDR R0,，,R1,指令功能：,R0 R1,4.,变址寻址,变址寻址,操作数在内存中，操作数地址由寄存器中内容加偏移量获得,LDR R0,，,R1,，,#8,指令功能：,R0 R1,，,R1R1+8,后变址,例：,LDR R2,，,R0,，,#8,指令功能：,R2 R0+#8,前变址,LDR R2,，,R0,，,#8,！,指令功能：,R2 R0+8,，,R0R0+8,自动变址,5.,寄存器移位寻址,寄存器移位寻址,操作数为第,2,操作数，在第,2,操作数与第,1,操作数操作前对第,2,操作数进行移位。,例：,ADD R3,，,R2,，,R1,，,LSL#3,指令功能：,R3 R2+R12,3,第,2,操作数可以进行五种移位。,（,1,）,LSL,：逻辑左移,（,2,）,LSR,：逻辑右移,（,3,）,ASR,：算术右移,（,4,）,ROR,：循环右移,（,5,）,RRX,：带扩展的循环右移,6.,多寄存器寻址,多寄存器寻址,一条指令可完成一组寄存器,值的传送，连续寄存器之间,使用“,-”,，否则用“，”,例,:LDMIA R0,R1-R4,指令功能：,R1 R0,，,R2 R0+4,，,R3 R0+8,，,R4 R0+12,，,LDMIA R0,R1,，,R3,指令功能：,R1 R0,，,R3 R0+4,，,8.,相对寻址,相对寻址,以程序计数器（,PC,）的值为基,址加偏移量形成转移地址,例,:BL NEXT,NEXT,7.,堆栈寻址,堆栈寻址,以后进先出的顺序实现数据栈,与寄存器组间传送数据,例,:STMFD R13,！,R0,，,R1,，,R3,指令功能：,R1,，,R2,，,R3,内容进栈保存，,R13,作为栈指针,3.3 ARM,指令的分类介绍,ARM,微处理器的指令分类：,数据处理指令,加载,/,存储指令,转移指令,程序状态寄存器处理指令,软件中断指令,协处理器指令,3.3.1,数据处理指令,1.,数据传送指令,MOV,例：,MOV R1,，,R0,；将,R0,内容送,R1,MOV PC,，,R14,；将立即数,5,送,R0,MOV R1,，,R0,，,LSL#2,；将,R0,左移,2,位送,R1,2.,数据按位取反传送指令,MVN,例：,MVN R0,，,#0,；将立即数,0,按位取反送,R0,执行后,R0=0 xFFFFFFFF=-1,3.,加法指令,例：,ADD R0,，,R1,，,R2,；,R0 R1+R2,ADD R0,，,R1,，,#256,；,R0 R1+256,（,2,）带进位加法指令,ADC,将两源操作数相加再加上进位标志位的值，,结果送目的寄存器,例：利用该指令可实现,64,位二进制加法,ADDS R0,，,R4,，,R8,；后缀,S,表示要改变进位位,ADC R1,，,R5,，,R9,；带进位加结果在,R0,与,R1,中,（,1,）不带进位加法指令,ADC,（,1,）,SUB,减法指令,例：,SUB R0,，,R1,，,R2,；,R0 R1-R2,（,2,）,SBC,带借位减法指令,例：,SBC R0,，,R1,，,R2,；,R0 R1-R2-!C,（,4,）,RSC,逆向带借位减法指令,例：,RSB R0,，,R1,，,R2,；,R0 R2-R1,（,3,）,RSB,逆向减法指令,例：,RSC R0,，,R1,，,R2,；,R0 R2-R1-!C,4.,减法指令,（,1,）,逻辑“与”指令,AND,例：,AND R0,，,R0,，,#0 x3ff,；将,R0,和,0 x3ff,相,；“与”即将,R0,中的高,6,位清,0,；低,10,位不变,5.,逻辑运算指令,（,2,）逻辑“或”指令,ORR,例：,ORR R0,，,R0,，,#3,；将,R0,的第,0,、,1,位置,1,其余不变,（,3,）逻辑异或指令,EOR,例：,EOR R0,，,R0,，,#3,；将,R0,的第,0,、,1,位取反其余不变,（,4,）,BIC,位清除指令,例：,BIC R0,，,R0,，,#%1011,将,R0,的第,0,、,1,、,3,位清,0,其余位不变,6.,比较指令,（,1,）比较指令,CMP,例：,CMP R1,，,R0,；两操作数比较，结果影响标志位,（,2,）取反值比较指令,CMN,例：,CMN R1,R0,；将,R1,与,R0,的反值比较，影响标志位,（,1,）位测试指令,TST,例：,TST R1,，,#%1,；测试,R1,的最低位，影响标志位,（,2,）相等测试指令,TEQ,例：,TEQ R1,，,#5,；测试,R1,是否与,5,相等,7.,测试指令,8.,乘法和乘加指令,（,1,）,32,位乘法指令,MUL,例：,MUL R0,，,R1,，,R2,；,R0 R1xR2,（,2,）,32,位乘加指令,MLA,例：,MULA R0,，,R1,，,R2,，,R3,；,R0 R1xR2+R3,（,3,）,64,位有符号乘法指令,SMULL,例：,SMULL R0,，,R1,，,R2,，,R3,；,R0 R2xR3,的低,32,位,；,R1 R2xR3,的高,32,位,（,4,）,64,位有符号乘加指令,SMUAL,例：,SMLAL R0,，,R1,，,R2,，,R3,；,R0 R2xR3,的低,32,位,+R0,；,R1 R2xR3,的高,32,位,+R1,（,5,）,64,位无符号乘法指令,UMULL,（,6,）,U,MLAL 64,位有符号乘加指令,3.3.2,加载,/,存储指令,该类指令用于寄存器与存储器（,I/O,接口）之间,传送数据。,加载,/,存储指令,单寄存器加载,/,存储指令,多寄存器加载,/,存储指令,数据交换指令,加载：寄存器,存储器（,I/O,接口）,存储：存储器（,I/O,接口）,寄存器,（,1,）字数据加载指令,LDR,该类指令用于单个寄存器与存储器之间传送数据,指令功能：把内存中的字数据传送到目标寄存,器中去。,例：,LDR R0,，,R1,；将,R1,存放地址的内存字单,元数据传送到,R0,中,（,2,）字节数据加载指令,LDRB,指令功能：把内存中的字节数据传送到目标寄存,器中去。,例：,LDRB R0,，,R1,；将,R1,存放地址的内存字节,单元数据传送到,R0,中,1.,单寄存器加载,/,存储指令,（,3,）半字数据加载指令,LDRH,指令功能：把内存中的半字数据传送到目标寄存,器中去。,（,4,）有符号字节数据加载指令,LDRSB,指令功能：把内存中的有符号字节数据传送到目,标寄存器中去，并进行符号位扩展，,形成有符号的,32,位数。,（,5,）有符号半字数据加载指令,LDRSH,（,6,）字数据存储指令,STR,指令功能：把寄存器中的,32,位字数据传送到存储,器中。,例：,STR R0,，,R1,；将,R0,中的数据存放到,R1,指定的内存字单元中。,（,7,）字节数据存储指令,STRB,指令功能：把寄存器中的数据的低,8,位作为字节,数据传送到存储器中。,（,8,）半字数据存储指令,STRH,指令功能：把寄存器中的数据的低,16,位作为半,字数据传送到存储器中。,（,1,）多寄存器存储指令,指令格式：,STM,条件,类型,基址寄存器,!,寄存器列表,例：,STMFD,SP,！，,R1-R2,，,LR,；将寄存器,R1,、,R2,、,LR,中保存的字数据存储到,；堆栈中，同时将最后的地址写入,SP,。,2.,多寄存器加载,/,存储指令,可实现一片连续存储器单元和多个寄存器之间,传递数据，用于,多个寄存器进栈,/,出栈操作,。,例：,LDMFD,SP,！，,R1-R2,，,PC,（,2,）多寄存器加载指令,LDM,条件,类型,基址寄存器,!,寄存器列表,指令格式：,；将堆栈中保存的,3,个字数据加载到寄存器,R1,、,；,R2,、,PC,中（出栈），同时将最后的地址写,；入,SP,，及将,SPSR,复制到,CPSR,中,ARM,实现转移两种方法,:1,）使用转移指令；,2,）直接向程序计数器写入转移的目的地址,转移指令：,（,1,）转移指令,B,（类似,MCS-51,的,JMP,）,例：,B NEXT,；无条件转移到,NEXT,处执行,B,EQ,NEXT,；如果相等件转移到,NEXT,处执行,转移条件,3.3.3,转移指令,（,2,）带返回转移指令,BL,执行转移同时将,PC,计数器内容保存在,LR,寄存器中，,该指令一般用来调子程序,例：,BL SUB1,子程序名,（,3,）,BX,带状态切换跳转指令,执行跳转到目标地址处执行，目标地址处的指令可以,是,ARM,指令也可以是,Thumb,指令。,例,:BX R0 ;,转到,R0,指定的地址处去执行,;,如果,R0,最低位为,1,则切换到,Thumb,;,状态,（,3,）带返回和状态切换转移指令,BLX,执行转移时，从,ARM,指令切换为,Thumb,指令状,态，同时将,PC,的内容保存在,LR,中。,例：,BLX T16,CODE 16,T16,；,32,位指令程序段,；,16,位指令程序段,ARM,汇编语言程序的基本结构,例：,AREA Add,CODE,READONLY,;,定义代码段,ENTRY,；,指明代码段入口,CODE32,；,以下为,32,位指令,Start MOV R0,#1,MOV R1,#2,ADD R2,R0,R1,END,;,汇编结束,实现功能的程序,伪指令,3.5 ARM,的伪指令,1.,段定义伪指令,AREA,格式：,ARER,段名,属性,1,，属性,2,，,用处：用来定义一个代码段或数据段,例,1,：,AERA init,，,CODE,，,READONLY,定义代码段,代码段属性,代码段名,例,2,：,AERA data,，,DATA,，,READWRITE,定义代码段,数据段名,定义数据段,数据段属性,定义数据段,2.,ENTRY,汇编程序入口说明伪指令,用处：用来说明汇编程序的入口点，一个完整的,汇编程序至少有一个入口点,例：,AERA init,，,CODE,，,READONLY,ENTRY,；程序的入口点,3.CODE16,与,CODE32,代码位数说明伪指令,用处：用来说明后面的代码的位数,例：,CODE32,；说明下面代码使用,ARM 32,位指令,LDR R0,，,=0X8500,BX R0,CODE 16,；说明下面代码使用,Thumb 16,位指令,ADD R3,，,R3,，,R1,END,4.END,汇编源程序结束说明伪指令,用处：放在源程序的末尾，用来告诉编译器源程,序结束,5.,数据定义伪指令,用处：用于为数据分配存储单元及完成已分配单,元的初始化,（,1,）,DCB,字节存储单元分配伪指令,例：,ARRAY1 DCB 1,，,2,，,5,给数组,ARRAY1,分配连续,3,个字节单元，初,值分别为,1,，,2,，,5,（,2,）,DCD,字存储单元分配伪指令,例：,DATA2 DCD 1,，,2,，,5,给数组,DATA2,分配连续,3,个字单元，初值分,别为,1,，,2,，,5,（,3,）,SPACE,连续字节存储单元分配伪指令,例：,DATA3 SPACE 100,给数组,DATA3,分配连续,100,个字节单元，,这,100,个字节初值为,0,。,6.EQU,赋值说明伪指令,用处：用于将程序中的常数、标号赋予一个名称,例：,TEST EUQ 50,；定义,TEST,的值为,50,7.,LDR,将地址加载或常数到寄存器伪指令,用处：用于将常数或地址加载到寄存器中,例：,LDR R2,=0X40000000,LDR R4,=N,；（常数）,注意伪指令,LDR,与指令,LDR,的区别,LDR R2,，,R1,；,指令,LDR,LDR R2,，,=0X50000000,；,伪指令,LDR,使用伪指令,LDR,的注意事项：,当数据的地址与,伪指令,LDR,之间的距离超过,4KB,时要使用伪指,令,LTORG,在适当位置建立文字缓冲池。,【,例,1,】,寄存器,R0,和,R1,中有两个正整数（例如,15,和,3,），求这两个数的最大公约数，结果存储在,R0,中。,解：由于程序所需条件判断很少，可以直接利用,CPSR,寄存器的标志位和,ARM,指令的条件执行特性实现程序的分支和转移。程序流程图如图所示。,3.6 ARM,汇编语言编程举例：,AREA example1,CODE,READONLY,;,程序代码段开始,ENTRY,；程序的入口,CODE32,；以下为,32,位指令,MOV R0,#15 ;R0,赋原始数据,15,MOV R1,#9 ;R1,赋原始数据,9,START ;,程序标号,START,CMP R0,R1 ;,比较,R0,和,R1,SUBLT R1,R1,R0 ;,如果,R0R1,则,R1=R0-R1,BNE START,；如果,R0,不等于,R1,，则跳转到,;,标号,SART,处执行,WAIT,；程序标号,WAIT,B WAIT ;,跳转到标号,WAIT,，进入等待,END,；程序结束,【,例,2】,试编程实现计算整数的乘方（例如计算,2,10,），结,果存放在内存单元,0 x40000000,中。,算法：,X,n,=X*X*X*X,n-1,次乘法,解：,X EQU 2,；定义,X,的值为,2,N EQU 10,；定义,N,的值为,10,AREA EXAMPLE1,CODE,READONLY,ENTRY,；标识程序入口,CODE32,；以下为,32,位指令,;*,START LDR SP,=0X40003F00,；设置堆栈,LDR R2,=0X40000000,；内存地址放入,R2,LDR R0,=X,；,X,放入,R0,LDR R1,=N,；,N,放入,R1,BL POW,；调子程序,POW,STR R0,R2,；存结果,HALT B HALT,；等待,POW STMFD SP!,R1-R2,LR,；寄存器进栈保护,MOVS R2,R1,；将,N,复制到,R2,MOVEQ R0,#1,；如果,X,为,1,结果,=1,BEQ POWEND,；跳转到,POWEND,CMP R2,#1,；,X,与,1,比较,BEQ POWEND,；,X,为,1,跳转到,POWEND,MOV R1,R0,；设置乘数,SUB R2,R2,#1,；计数器,R2,减,1,，即,N-1,POWL1 BL DOMUL,；调乘法子程序,SUBS R2,R2,#1,每做一次乘法计数器减,1,BNE POWL1,；循环跳转,POWEND LDMFD SP!,R1-R2,PC,；寄存器进栈保护,DOMUL MUL R0,R1,R0,；做一次乘法,MOV PC,LR,；子程序返回,END,作业：,P92 1,、,3,、,4,、,7,、,8,、,10,、,11,