ARM微处理器格式.ppt

第,3,章,ARM,指令系统,ARM,原理及应用,上讲知识回顾,异常,6,种异常响应过程及返回方法；,本讲学习内容,1,、,ARM,指令系统版本（了解）,2,、,ARM,微处理器格式,3,、,ARM,微处理器指令的寻址方式,4,、,6,种异常响应过程及返回方法；,第三章,ARM指令系统,本章学习要求：,要求了解指令系统的格式,掌握,ARM,微处理器指令的寻址方式,掌握一些常用的,ARM,指令的使用方法,3.1 ARM,指令系统版本,ARM,公司从最初的开发到现在，,ARM,指令集结构有了巨大的改进，并在不断完善和发展。为了清楚地表达每个,ARM,内核所使用的指令集，,ARM,公司定义了一系列的指令集体系结构版本，以,vx,表示某种,版本。,（,V1,，,V2,，,V3,，,V4,，,V5,，,V6,）,指令系统概念,指令：,是规定计算机进行某种操作的命令。,指令系统：,计算机能够执行的各种指令的集合。,3.2 ARM 微处理器指令格式,1）所有指令都是32位的。,(1)大多数指令都在单周期内完成。,(2)所有指令都可以条件执行。,(3)ARM指令为load/store类型。,(4)基本指令仅36条，分成五类。,(5)有9种寻址方式。,(6)指令集可以通过协处理器扩展。,1.ARM指令特点,2）ARM指令是加载/存储(Load/Store)型：,指令集仅能处理寄存器中的数据，处理结果都要放回寄存器中,对系统存储器的访问则需要通过专门的,加载/存储,指令来完成。,3）ARM指令可以分为五大类：,数据处理指令、存储器访问指令、分支指令、协处理器指令、杂项指令。,4）ARM指令有9种寻址方式：,寄存器寻址、立即寻址、寄存器偏移寻址、寄存器间接寻址、基址寻址、堆栈寻址、多寄存器寻址、块拷贝寻址、相对寻址。,2.ARM指令格式,1)ARM处理器是基于RISC原理设计的.,2)具有32位ARM指令集和16位Thumb指令集,3)ARM指令集效率高，但是代码密度低,4)Thumb指令集具有更好的代码密度，却仍然保持ARM的大多数性能上的优势，它是ARM指令集的子集。,5),所有,ARM,指令都是可以有条件执行的，而,Thumb,指令仅有一条指令具备条件执行功能。,6)ARM,程序和,Thumb,程序可相互调用，相互之间的状态切换开销几乎为零。,ARM指令字长为固定的32位。一条典型的ARM指令编码格式如下：,ARM指令的语法格式如下：,S ,其中，符号“”内的项是必须的，符号“”内的项是可选的。,是指令操作码，是必须的，如ADDS，SUBNES等。,为指令执行条件码，是可选的，如EQ，NE等，如果不写则使用默认条件AL(无条件执行)。,S,为是否影响CPSR寄存器的值，书写时影响CPSR，否则不影响。,Rd,为目标寄存器编码。,Rn,为第一个操作数的寄存器编码。,operand2,为第二个操作数。,Arm,指令中，操作码（,opcode,）、目的操作数（,Rd,）、源操作数,1,（,Rn,）是必须的字段。,条件码（,cond,）、符号位标记（,s,）源操作数,2,（,oprand2,）是可选的。,其中,Rd,和,Rn,必须是寄存器，因此,Arm,的“立即数”只能存储在,oprand2,。,3.ARM指令条件码,当处理器工作在,ARM,状态时，几乎所有的指令,都根据,CPSR,中条件码的状态和指令的条件域有条件地执行。当指令的执行条件满足时，指令被执行，否则被忽略。,每一条ARM指令包含,4位的条件码,，位于指令的最高4位31：28。条件码共有,16,种，每种条件码可用两个字符表示，这两个字符可以加在指令助记符后面和指令同时使用。如：跳转指令B可以加上后缀EQ变为BEQ表示“相等则跳转”，即当CPSR中的,Z,标志,置位,时发生,跳转,。,对于 Thumb 指令集，只有 B 指令具有条件码执行功能，此指令条件码同表 3.3.1，但如果为无条件执行时,条件码助记符“AL”不能在指令中书写。,寻址方式,定义,：,处理器根据指令中给出的,地址,/,信息,，寻找,操作数,/,物理地址,的方式。,ARM指令系统的寻址方式分为9种,有的,分为7种的等,下面介绍,7种寻址方式,：,3.3 ARM指令的主要寻址方式,1.,立即寻址（,立即数寻址,）,定义：,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。这个操作数被称为立即数，对应的寻址方式也就叫做,立即寻址。,ADD R0,，,R0,，,1,；,R0R0,1,MOV R0,，,0 x3f,;,R0,0 x3f,注意：,书写,立即数时，要求以,“,”,为前缀。,十六进制数，后加,0 x,或,&,如,#0 x3f,#&3f.,二进制数，后加,0b,如,#0b1011,十进制数，,#,后加,0d,或缺省,如,#0d678,#789,在指令格式中，第二个操作数有12位,：,因此有效立即数,immediate,可以表示成：,=immed_8,循环右移（,2,rot,）,4 bit 移位值(0-15)乘于2，得到一个范围在0-30，步长为 2的移位值。,因此，将ARM中的立即数,称为8位位图,。,记住一条准则：“最后8位移动偶数位”得到立即数。,Immed_8,rot,12 11 8 7 0,Shifter ROR,immediate,用,12,位第二操作数来表示一个,32,位立即数时，采用的是将,8,位数通过移位的方式来实现的,。,12bit,空间中，低,8,字节存储,8,位位图，高,4,字节存储循环右移的次数。,4,字节只能表示,24=16,种移动次数，但是由于常数表达式定义中，移位限定为偶数次，因此这,4,个字节刚好能表示,0,、,2,、,4,、,6,、,832,位,16,个数字！,ANDR1,R2,#0 xff,当处理器处理这条指令的第二操作数,0 xff,时，因为,0 xff,为,8,位二进制数，所以处理器就将其直接放进,8,位“基本”数中，而,4,位“移位”数则为,0.,ANDR1,R2,#0 x104,当处理器处理这条指令的第二操作数,0 x104,时，因为此时,0 x104,已经超过了,8,位二进制数，所以处理器就要将其“改造”一下，我们先把,0 x104,转换成二进制,0000,0000,0000,0000,0000,000100000100,我们可以看到，这个数是,0000,0000,0000,0000,0000,0000,01000001,通过循环右移,30,位得到的。,思考：,ANDR1,R2,#0 xff000000,2.寄存器寻址,寄存器寻址,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，也是一种执行效率较高的,寻址方式。,),两种,具体形式：,寄存器寻址、寄存器移位,寻址。,一、寄存器寻址,如指令：,ADDR0,，,R1,，,R2,；,R0R1,R2,二、寄存器移位寻址,1)寄存器移位寻址,当第二操作数为寄存器型时，在执行寄存器寻址操作时，也可以对第二操作数寄存器进行移位，此时,第二操作数,形式为：,MOV Rd,Rn,Rm，,其中：,Rm,称为第二操作数寄存器,用来指定移位类型和移位位数，有两种形式：,5,位立即数（其值小于,32,）,寄存器,(,用,Rs,表示,),（其值小于,32,）,在指令执行时将寄存器移位后的内容作为第二操作数参与,运算。,例如,指令：,ADD R3,，,R2,，,R1,，,LSR#2,；,R3R2+(R1,右移,2,位,),ADD R3,，,R2,，,R1,，,LSR R0,；,R3R2+(R1,右移,R0,位,),2),第二操作数移位方式,共有,6,种移位方式：,LSL,逻辑左移,LSR,逻辑右移,ASL,算术左移,ASR,算术右移,ROR,循环右移,RRX,带扩展的循环右移,（,1,）,LSL,：逻辑左移，,空出的最低有效位用,0,填充。,0,31 0,0,（2）LSR：逻辑右移,，空出的最高有效位用0填充。,31 0,SUB R3，R2，R1，LSL#2；R3R2-(R1左移2位),SUB R3，R2，R1，LSR R0；R3R2-(R1右移R0位),0,（,3,）,ASL,：算术左移,，由于左移空出的有效位用,0,填充，因此它与,LSL,同义。,（,4,）,ASR,：算术右移,(Arithmetic Shift Right),。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。如果源操作数是正数，空出的最高有效位用,0,填充，如果是负数用,1,填充。,ADD R3，R2，,R1，ASL#2,；R3R2+(R1左移,2,位),SUB R3，R2，,R1，ASR R3,；R3R2-(R1算术右移,R3,位),30,0,（,5,）,ROR,：循环右移,(Rotate Right),，移出的字的最低有效位依次填入空出的最高有效位。,31,0,（,6,）,RRX,：带进位位的循环右移,(Rotate Right Extended),。将寄存器的内容,循环右移,1,位,，空位用原来,C,标志位填充。,31 0,C,SUB R3，R2，,R1，ROR#2,；R3R2+(R1循环右移,2,位),SUB R3，R2，,R1，RRX R0,；R3R2-(R1带进位位循环右移,R0,位),3)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,，其值均小于32，应为0-31。,如下所示：,ADD R3，R2，,R1，LSR#2,；R3,R2+(R1右移2位),ADD R3，R2，,R1，LSR R4,；R3,R2+(R1右移R4位),寄存器R1的内容分别逻辑右移2位、R4位,再与寄存器R2的内容相加，结果放入R3中。,3.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单元中。例如以下指令：,LDRR0,，,R1;R0R1,STRR0,，,R1;R1R0,指令,1,将,以,R1,的值为地址的存储单元中的内容加载到寄存器,R0,中。,指令,2,将,R0,的内容存储到以,R1,的值为地址的存储单元中。,R1,基址寄存器,R1,的内容,基地址,