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很好的 ARM指令集解析

ARM指令和指令系统:指令是指示计算机某种操作的命令,指令的集合称为指令系统。指令系统的功能强弱很大程度上决定了这类计算机智能的高低

ARM指令和指令系统

指令是指示核算机某种操作的指令,指令的调集称为指令系统。指令系统的功用强弱很大程度上决议了这类核算机智能的凹凸,它集中地反响了微处理器的硬件功用和特点。
ARM指令在机器中的一共格局是用32位的二进制数一共。如ARM中有一条指令为
ADDEQS R0,R1,#8;
其二进制代码办法为:
31~28 | 27~25 |
ARM指令和指令系统:

指令是指示核算机某种操作的指令,指令的调集称为指令系统。指令系统的功用强弱很大程度上决议了这类核算机智能的凹凸,它集中地反响了微处理器的硬件功用和特点。
ARM指令在机器中的一共格局是用32位的二进制数一共。如ARM中有一条指令为
ADDEQS R0,R1,#8;
其二进制代码办法为:
31~28 | 27~25 | 24~21 | 20 | 19~16 | 15~12 | 11~0
0000 | 001 | 0100 | 1 | 0001 | 0000 | 0000 0000 1000
cond | opcode | Rn | Rd | Op2
ARM指令格局一般如下:
{}{s},{,}
格局中< >的内容是必不行少的,{ }中的内容可疏忽
一共操作码。如ADD一共算术加法
{} 一共指令碑文的条件域。如EQ、NE等,缺省为AL。
{S} 决议指令的碑文成果是否影响CPSR的值,运用该后缀则指令碑文成果影响CPSR的值,不然不影响
一共意图寄存器
一共榜首个操作数,为寄存器
一共第二个操作数,可所以当即数。寄存器和寄存器移位操作数
ARM指令后缀:S、!
S后缀:指令中运用S后缀时,指令碑文后程序状况寄存器的条件标志位将被改写,不运用S后缀时,指令碑文后程序状况寄存器的条件标志将不会发生改动。S后缀常用于对条件进行测验,如是否有溢出,是否进位等,依据这些改动,就能够进行一些判别,如是否大于,持平,然后影响指令碑文的次序。
!后缀:假如指令地址表达式中不含!后缀,则基址寄存器中的地址值不会发生改动。加上此后缀后,基址寄存器中的值(指令碑文后) = 指令碑文前的值 + 地址偏移量
(1)!后缀有必要紧跟在地址表达式后边,而地址表达式要有清晰的地址偏移量
(2)!后缀不能用于R15(PC)的后边
(3)当用在单个地址寄存器后边时,有必要坚信这个寄存器有隐性的偏移量,例如“STMDB R1!,{R3,R5,R7}”。此刻地址基址寄存器R1的隐性偏移量为4(一条指令占32位,即4个字节)
指令的条件码:31-28位4个字节存储,共16个条件码
条件码 助记符后缀 标志 意义
0000 EQ Z置位 持平
0001 NE Z清零 不持平
0010 CS C置位 无符号数大于或等于
0011 CC C清零 无符号数小于
0100 MI N置位 负数
0101 PL N清零 正数或零
0110 VS V置位 溢出
0111 VC V清零 未溢出
1000 HI C置位 Z清零 无符号数大于
1001 LS C清零 Z置位 无符号数小于或等于
1010 GE N等于V 带符号数大于或等于
1011 LT N不等于V 带符号数小于
1100 GT Z清零且(N等于V) 带符号数大于
1101 LE Z置位或(N不等于V) 带符号数小于或等于
1110 AL 疏忽 无条件碑文
ARM指令分类:六大类
ARM指令集能够分为数据处理指令,数据加载指令和存储指令,分支指令,程序状况寄存器(PSR)处理指令,协处理器指令和反常发生指令六大类。
ARM指令的寻址办法:8类
ARM指令的寻址办法一般能够分为8类:当即数寻址,寄存器寻址,寄存器直接寻址,寄存器移位寻址,基址变址寻址,多寄存器寻址,相对寻址,仓库寻址等
举例:
MOV R0,#15 ;当即数15放入寄存器R0中
ADD R0,R1,R2 ;R0 <= R1+R2
LDR R0,[R4] ;R0 <= [R4](R4中寄存的是一个指针变量,[ ]一共取改地址值指向的内容)
ADD R0,R1,R2,LSL #1 ;R0 <= R1+R2(R2左移一位后的值)
MOV R0,R1,LSL R3 ;R0<=R1(R1左移R3位后)
LDR R0,[R1,#4] ;R0<=[R1+4]
LDR R0,[R1,#4]! ;R0<=[R1+4],R1<= R1+4。一同更新基址
LDR R0,[R1],#4 ;R0<=[R1],R1<= R1+4
LDR R0,[R1,R2] ;R0<=[R1+R2]
LDMIA R0!,{R1 – R4} ;R1<=[R0]、R1<=[R0+4]、R1<=[R0+8]、R1<=[R0+12]
BL proc ;跳转到子程序proc处碑文,碑文结束后回来(L符号,带回来的跳转)。
STMFD R13!,{R0 – R4} ;R0-R4压栈,FD为满栈递减,地址从高到低,R13为SP仓库指针
LDMFD R13!,{R0 – R4} ;R0-R4出栈,FD为满栈递减
ARM寄存器数据处理指令:
1、数据处理指令机器编码格局:
31~28 | 27~26 25 | 24~21 | 20 | 19~16 | 15~12 | 11~0
cond | 00 I | opcode | S | Rn | Rd | Op2
cond:指令碑文的条件码
I:用于差异第二操作数是当即数(I=1)仍是寄存器移位(I=0)
opcode:数据处理指令操作码
S:用于设置条件码,S=0时,条件码不改动,S=1时,条件码依据详细指令的成果修正
Rn:榜首操作数寄存器
Rd:方针寄存器
Op2:第二操作数,该数可所以当即数或寄存器移位数
2、数据传送指令:MOV MVN
MOV R1,R0 ;将寄存器R0的值传送到寄存器R1
MOV PC,R14 ;将寄存器R14的值传送到PC,常用于子程序回来
MOV R1,R0,LSL #3 ;将寄存器R0的值左移3位后传送到R1
MOV R0,#5 ;将当即数5传送到寄存器R0
MVN R0,#0 ;将当即数0按位取反后传送到寄存器R0中,完结后R0 = -1
MVN R1,R2 ;将R2按位取反后,成果存到R1
3、移位指令:LSL、LSR、ASR、ROR、RRX
MOV R0,R1,LSL #1 ;寄存器R1左移一位后传送到R0
MOVS R0,R1,LSL #1 ;寄存器R1左移一位后传送到R0,并更新状况标志位
MOVS R0,R1,LSR #1 ;寄存器R1右移一位后传送到R0,并更新状况标志位
MOVS R0,R1,ASR #1 ;寄存器R1算术右移一位后传送到R0,并更新状况标志位
;算术右移,榜首位符号位不变
MOV R0,R1,ROR #1 ;寄存器R1循环右移一位后传送到R0
MOVS R0,R1,RRX ;寄存器R1循环右移一位后传送到R0,用C标志位作为最高位扩展
4、算术指令:ADD、ADC、SUB、SBC、RSB、RSC
ADD R0,R1,R2 ;寄存器R1和R2的值相加后传送到R0
ADD R0,R1,#5 ;寄存器R1的值加上5后传送到R0
ADD R0,R1,R2,LSL #2 ;寄存器R2左移两位后与R1相加,得到的成果传送到R0
ADD R0,R1,R2,LSL R3 ;寄存器R2左移R3后与R1相加,得到的成果传送到R0
ADDS R0,R2,R4 ;64位加,低位放在R0
ADC R1,R3,R5 ;64位加,高位放在R1,留意要加上低位的进位
SUB R0,R1,R2 ;寄存器R1和R2的值相减后传送到R0
SUB R0,R1,#6 ;寄存器R1的值减6后传送到R0
SUB R0,R1,R2,LSL #1 ;R1与寄存器R2左移一位后的值相减,得到的成果传送到R0
SUBS R0,R2,R4 ;64位减,低位放在R0
SBC R1,R3,R5 ;64位减,高位放在R1,留意要减去低位的借位
RSB R0,R1,R2 ;寄存器R2和R1的值相减后传送到R0,留意是R2-R1,方向相反
RSB R0,R1,#6 ;6与寄存器R1的值相减后传送到R0
RSB R0,R1,R2,LSL #1 ;寄存器R2左移一位后与R1相减,得到的成果传送到R0
RSC R0,R1,R2 ;寄存器R2和R1的值相减,再减去借位后传送到R0
5、逻辑运算指令:AND、ORR、EOR、BIC
AND R0,R0,#0xF ;R0的值与0xF相位与后的值传送到R0
ORR R0,R0,#9 ;R0的值与9相位与后的值传送到R0
EOR R0,R0,#0xF ;R0的值与0xF相异或后的值传送到R0
BIC R0,R0,#9 ;位铲除指令R0的第0位和第3位清零
6、比较指令:CMP、CMN、TST、TEQ
CMP R1,#10 ;将寄存器R1的值与10相减,并设置CPSR标志位
ADDGT R0,R0,#5 ;假如R1>10,则碑文ADDGT指令,将R0加5
CMN R0,R1 ;R0 – (-R1),反值比较,影响CPSR标志位
CMN R0,#10 ;R0 – (-10),反值比较,影响CPSR标志位
TST R1,#3 ;查看R1中第0位和第1位是否为1,依据成果更新条件标志位
TEQ R1,R2 ;将寄存器R1的值与寄存器R2的值进行按位异或,
;并依据成果设置CPSR的标志位
7、乘法指令:MUL、MLA、SMULL、SMLAL、UMULL、UMLAL
MUL R0,R1,R2 ;R1和R2相乘的成果发送到R0
MULS R0,R1,R2 ;R1和R2相乘的成果发送到R0,一同设置CPSR的相关条件标志位
MLA R0,R1,R2,R3 ;R1和R2相乘的成果再加上R3后发送到R0
MLAS R0,R1,R2,R3 ;R1和R2相乘的成果再加上R3后发送到R0,更新CPSR标志位
SMULL R0,R1,R2,R3 ;R2和R3相乘的成果的低32位放在R0,高32位放在R1
SMLAL R0,R1,R2,R3 ;R2和R3相乘的成果的低32位加上R0后放在R0,
;高32位加上R1后放在R1
UMULL R0,R1,R2,R3 ;无符号数相乘,成果与SMULL相似
UMLAL R0,R1,R2,R3 ;无符号数乘加,成果与SMLAL相似
ARM数据加载和存储指令:
1、数据加载和存储的方向。寄存器到存储器方向:Store;从存储器到寄存器方向:Load
数据加载和存储指令共有三种类型:单寄存器加载和存储指令,多寄存器加载和存储指令 和 交流指令
2、数据加载与存储器指令寻址
LDR R5,[R6,#0x08] ;R6寄存器加0x08的和的地址值内的数据传送到R5
STR R6,[R7],#-0x08 ;R6寄存器的数据传送到R7存储的地址值指向的存储空间,
;一同更新R7寄存器的内容为R7-0x08
LDR R5,[R6,R3] ;R6寄存器加R3的和的地址值内的数据传送到R5
STR R6,[R7],-R8 ;R6寄存器的数据传送到R7存储的地址值指向的存储空间,
;一同更新R7寄存器的内容为R7-R8
LDR R3,[R2,R4,LSL #2] ;R3 <== [ R2 + R4(R4左移两位) ]
LDR R3,[R2],-R4,LSR #3 ;R3 <== [ R2 ],R2 = R2-R4(R4右移三位)
LDR R4,START ;将标号START标定的空间的数据加载到R4中
3、地址索引:前索引、主动索引、后索引
1】前索引:前索引也称为前变址,这种索引是在指令碑文前把偏移量和基址相加减,得到的值作为变量的地址。如:
LDR R5,[R6,#0x04]
STR R0,[R5,-R8]
2】主动索引:主动索引也称为主动变址,有时为了修正基址寄存器的内容,使之指向数据传送地址,可运用这种办法主动修正基址寄存器,如:
LDR R5,[R6,#0x04]!
3】后索引:后索引也被称为后变址,后索引便是用基址寄存器的地址值寻址,找出操作数进行操作,操作完结后,再把地址偏移量和基址相加/减,成果送到基址寄存器,作为下一次寻址的基址。如:
LDR R5,[R6],#0x04
STR R6,[R7],#-0x08
4、单寄存器加载和存储指令:LDR/STR、LDRB/STRB、LDRH/STRH、LDRSB/LDRSH
1】字数据加载/存储指令格局:
31~28 | 27~26 |2524 23 22 2120| 19~16 | 15~12 | 11~0
cond | 01 | I P U B W L | Rn | Rd | Op2
cond:指令碑文的条件编码
I、P、U、W:用于差异不同的地址形式(偏移量)。
I为0时,偏移量为12位当即数;I为1时,偏移量为移位寄存器移位
P一共前/后索引
U一共加/减
W一共回写
L:L为1时一共加载,L为0时一共存储
B:B为1一共字节拜访,B为0一共字拜访
Rd:源/方针寄存器
Rn:基址寄存器
Op2:一共偏移量是一个12位的无符号二进制数,与Rn一同构成地址addr
2】存储器<==>寄存器 LDR/STR
LDR指令用于从存储器中心一个32位的字数据加载到意图寄存器Rd中。该指令一般用于从存储器中读取32位的字数据到通用寄存器,然后对数据进行处理。当程序计数器PC作为意图寄存器时,指令从存储器中读取的字数据被作为意图地址,然后完结程序流程的跳转。
LDR R4,START ;将存储地址为START的字数据读入R4
STR R5,DATA1 ;将R5存入存储地址为DATA1中
LDR R0,[R1] ;将存储器地址为R1的字数据读入寄存器R0
LDR R0,[R1,R2] ;将存储器地址为R1+R2的字数据读入寄存器R0
LDR R0,[R1,#8] ;将寄存器R1+8的内容读入寄存器R0
LDR R0,[R1,R2,LSL #2] ;将R1+R2*4的字数据读入寄存器R0
STR R0,[R1,R2]! ;将R0字数据存入存储器地址为R1+R2的存储单元中,
并将新地址R1+R2写入R1
STR R0,[R1,#8]! ;将R0字数据存入存储器地址为R1+8的存储单元中,
并将新地址R1+8写入R1
STR R0,[R1,R2,LSL #2]! ;将R0字数据存入地址为R1+R2*4的存储单元中,
并将新地址R1+R2*4写入R1
LDR R0,[R1],#8 ;将存储器地址为R1的字数据读入寄存器R0,
并将新地址R1+8写入R1
LDR R0,[R1],R2 ;将存储器地址为R1的字数据读入寄存器R0,
并将新地址R1+R2写入R1
LDR R0,[R1],R2,LSL #2 ;将存储器地址为R1的字数据读入寄存器R0,
并将新地址R1+R2*4写入R1
【补白】留意事项:
a、当即数绝对值不大于4095的数值,可运用带符号数,即在-4095 ~ +4095之间。(4096D = 1000H)
b、查办的标号不能指向程序存储器的程序存储区,而是指向程序存储器的数据存储区或数据存储器的数据存储区。别的指向的区域是可修正的。例如,在用户形式下,有些存储区是不能拜访的或是只读的。
c、字传送时,偏移量有必要确保偏移的成果能够使地址对齐。
d、运用寄存器移位的办法核算偏移量时。移位的位数不能超过规则的数值,并且不能用寄存器一共移位的位数。各类移位指令的移位位数规则如下:
ASR #n:算术右移(1≤n≤32)
LSL #n:逻辑左移(0≤n≤31)
LSR #n:逻辑右移(1≤n≤32)
ROR #n:循环右移(1≤n≤31)
e、R15作为基址寄存器Rn时,不行以运用回写功用,即运用后缀“!”,别的,R15不行作为偏移寄存器运用。
5、字节数据加载/存储指令:LDRB/STRB
LDRB指令用于从存储器中将一个8位字节的数据加载到意图寄存器,一同将寄存器的高24位清零。该指令一般用于从存储器中读取8位的字节数据到通用寄存器,然后对数据进行处理。当程序计数器PC作为意图寄存器时,指令从存储器读取的数据被作为意图地,然后能够完结程序流程的跳转
STRB指令用于从源寄存器中将一个8位的字节数据存储到存储器中,该字节数据为源寄存器的低8位,STRB指令和LDRB指令的差异在于数据的传送方向。
LDRB R0,[R1] ;将存储器地址为R1的字节数据读入寄存器R0,
并将R0的高24位清零。
LDRB R0,[R1,#8] ;将存储器地址为R1+8的字节数据读入寄存器R0,
并将R0的高24位清零。
STRB R0,[R1] ;将寄存器R0中的字节数据写入以R1为地址的存储器中。
STRB R0,[R1,#8] ;将寄存器R0中的字节数据写入以R1+8为地址的存储器中。
6、LDRH/STRH 半字数据加载/存储指令
31~28| 27~25|24 23 22 2120| 19~16|15~12|11~8 | 7 6 5 4 | 3~0
cond | 000 | P U I W L| Rn | Rd |addr_H |1 S H 1 |addr_L
cond:指令碑文的条件编码
I、P、U、W:用于差异不同的地址形式(偏移量)。I为0时,偏移量为8位当即数,I为1时,偏移量为寄存器移位。P一共前/后变址,U一共加/减,W一共回写。
L:L为1一共加载,L为0一共存储。
S:用于差异有符号拜访(S为1)和无符号拜访(S为0)
H:用于差异半字拜访(H为1)或字节拜访(H为0)
Rd:源/方针寄存器
Rn:基址寄存器
addr H / addr I:一共偏移量,I为0时,偏移量为8位当即数由addr H和addr I组成;
I为1时,偏移量为寄存器移位addr H为0,addr L一共寄存器编号
LDR指令用于从寄存器中心一个16位的半字数据加载到意图寄存器Rd中,一同将寄存器的高16位清零,该指令一般用于从存储器中读取16位的半字数据到通用寄存器,然后对数据进行处理。当程序计数器PC作为意图寄存器时,指令从存储器中读取的数据被作为意图地址,然后能够完结程序流程的跳转。
LDRH R0,[R1] ;将存储器地址R1的半字数据读入寄存器R0,
并将R0的高16位清零
LDRH R0,[R1,#8] ;将存储器地址为R1+8的半字数据读入寄存器R0,
并将R0的高16位清零
LDRH R0,[R1,R2] ;将存储器地址为R1+R2的半字数据读入寄存器R0,
并将R0的高16位清零
STRH R0,[R1] ;将寄存器R0中的半字数据写入以R1为地址的存储器中
运用半字加载/存储指令需求留意的事项:
(1)有必要半字地址对齐。
(2)关于R15的运用需求稳重,R15作为基址寄存器Rn时,不行以运用回写功用,不行运用R15作为意图寄存器。
(3)当即数偏移运用的是8位无符号数。
(4)不能运用寄存器移位寻址
7、有符号数字节/半字加载指令:LDRSB / LDRSH
LDRSB指令用于从存储器中心一个8位的字节数据加载到意图寄存器中,一同将寄存器的高24位设置为该字节数据的符号位的值,即将该8位字节数据进行符号位的扩展,生成32位数据;LDRSH指令用于从存储器中将一个16位的半字数据加载到意图寄存器Rd中,一同将寄存器的高16位设置为该字数据的符号位的值,即将该16位字数据进行符号位的扩展,生成32位数据。
LDRSB R0,[R1,#4] ;将存储地址为R1+4的有符号字节数据读入R0,
R0中的高24位设置为高字节数据的符号位
LDRSH R6,[R2],#2 ;将存储地址为R2+2的有符号半字数据读入R6,
R6的高16位设置成该字节数据的符号位,R2=R2+2
8、多寄存器加载和存储指令:LDM / STM
LDM指令用于从基址寄存器所指示的一片接连存储器中读取数据到寄存器列表所指示的多个寄存器中,内存单元的其实地址为基址寄存器Rn的值,各个寄存器有寄存器列表regs一共。该指令一般用于多个寄存器数据的出栈操作;STM指令用于将寄存器列表所指示的多个寄存器的值存入到由基址寄存器所指示的一片接连存储器中,内存单元的其实地址为基址寄存器Rn的值,各个寄存器由寄存器列表regs一共。指令的其它参数的用法和LDM指令是相同的。该指令一般用于多个寄存器数据的进栈操作。
type类型。用于数据的存储和读取有一下几种状况:
IA 每次传送后地址值加
IB 每次传送前地址值加
DA 每次传送后地址值减
DB 每次传送前地址值减
关于仓库操作有如下几种状况:
FD 满递减仓库
ED 空递减仓库
FA 满递加仓库
EA 满递加仓库
{ !}为可选后缀,若选用该后缀,则当数据加载与存储结束后,将最终的地址写入基址寄存器,不然基址寄存器的内容不改动。基址寄存器不允许为R15,寄存器列表能够为R0~R15的恣意组合。
{ ^ }为可选后缀,当医治为LDM且寄存器列表中包括R15,选用该后缀时一共:除了正常数据加载和存储之外,还将SPSR复制到CPSR。一同,该后缀还一共传入或传出的是用户形式下的寄存器,而不是当时形式下的寄存器。
LDMIA R0!,{R6-R8} ;R6 <- [R0],R7 <- [R0+4],R8 <- [R0+8],R0 <- R0+12
LDMIB R0!,{R6-R8} ;R6 <- [R0],R7 <- [R0+4],R8 <- [R0+8],R0 <- R0+8
9、仓库和仓库操作
仓库便是在RAM存储器中拓荒(指定)的一个特定的存储区域,在这个区域中,信息的存入(此刻称为推入)与取出(此刻称为弹出)的准则不再是“随机存取”,而是依照“后进先出”的准则就行存取。
A】建栈:规则仓库底部在RAM存储器中的方位,如:用户能够经过LDR指令设置SP的值来树立仓库。
LDR R13,=0x90010 ;
LDR SP,=0x90010 ;
这时,SP指向地址0x90010,栈内无数据,仓库底部与顶部堆叠,是一个空栈。
B】进栈:STM指令合作FD(满递减)、ED(空递减)、FA(满递加)、EA(空递加)完结入栈操作。在运用一个仓库的时分,需求确认仓库在存储器空间中是向上成长仍是向下成长的。向上称为递加,向下称为递减。
STMFD SP!,{R2-R4} ;把R4,R3,R2的值顺次压栈(标号高的存在高地址)
LDMFD SP!,{R6-R8} ;把R2,R3,R4的值,顺次退到R6,R7,R8
【补白】:
SWP交流指令,B指令,MRS/MSR指令,协处理器指令,伪指令等未弥补,待更新。。。

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