第3章內容回顧

第四章

ARM處理器的指令系統

預習檢查

9ARM處理器有哪幾種尋址方式？

9ARM微處理器有哪幾種指令類型？

。ARM微處理器有幾種跳轉指令類型?

3

本章目標

Q能夠掌握ARM指令的7種尋址方式;

Q能夠掌握ARM基本編程實驗

Q熟悉ARM指令集；

Q熟悉Thumb指令集；

4

本章結構

協處理指令

異常產生指令

5

4-1ARM微處理器的指令集概述

QARM指令集與Thumb指令集

Thumb指令集

具有靈活、小

巧，緊湊的特

)

八?、

ARM指令集支持

ARM核所有的特

性，具有高效、

快速的特A

6

4-1-1ARM微處理器的指令的分類與格式

7

4-1-1ARM微處理器的指令的分類與格式

。ARM微處理器的指令的格式:

3I282726252423222J20|9|6!5I2II875430

DataProcessing

Cond001OpcodesRnRdOperand2

PSRTransfer

Cond000000AsF'lRnRs1001RmMultiply

Cond00010B00RnRd00001001RmSingleDataSwap

Cond011puBwLRnRdoffsetSingleDataTransfer

Cond011xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx1xxxxUndefined

Cond100puSwLRnRegisterUstBlockDataTransfer

Cond101LoffsetBranch

Cond110pUNwLRn■：R1CP#offsetCoprocDataTransfer

Cond1110CPOpcCRnCRdCP#CP0CRmCoprocDataOperation

Cond1110CPOpcLCRnRdCP#CP1CRmCoprocRegisterTransfer

Cond1111IgnoredbyprocessorSoftwareInterrupt

4-1-1ARM微處理器的指令的分類與格式

QARM指令集——基本指令格式

ARM是三地址指令格式，指令的基本格式如下：

<opcode>{<cond>}{S}<Rd>,<Rn>{,<operand2>}

其中?號內的項是必須的，{}號內的項是可選的。

各項的說明如下：

opcode：指令助記符；cond：執行條件；

S：是否影響CPSR寄存器的值；

Rd：目標寄存器；Rn：第1個操作數的寄存器；

operand2：第2個操作教；

指令語法目標寄存器(Rd)源寄存器1(Rn)源寄存器2(Rm)

ADDr3,r1,r2r3r1r2

4-1-2指令的條件域

ARM指令的基本格式如下：

<opcode>{<cond>>{S}<Rd>,<Rn>{,<operand2>}

使用條件碼“cond”可以實現高效的邏輯操作（節省

跳轉和條件語句），提高代碼效率。

所有的ARM指令都可以條件執行，而Thumb指令只

有B（跳轉）指令具有條件執行功能。如果指令不標明

條件代碼，將默認為無條件（AL）執行。

4-1-2指令的條件域

指令條件碼表

操作碼條件助記符標志含義

0000EQZ=1相等

0001NEz=o不相等

0010CS/HSC=1無符號數大于或等于

0011CC/LOc=o無符號數小于

0100MlN=1負數

0101PLN=0正數或零

0110VSV=1溢出

0111VCV=0沒有溢出

1000HIC=1,Z=0無符號數大于

1001LSC=0,Z=1無符號數小于或等于

1010GEN=V有符號數大于或等于

1011LTN!=V有符號數小于

1100GTZ=0,N=V有符號數大于

1101LEZ=1,N!=V有符號數小于或等于

1110AL任何無條件執行（指令默認條件）

1111NV任何從不執行（不要使用）

4-1-2指令的條件域

示例：

c代瑪：對應的匯編代瑪：

If(a>b)CMPRO,RI;R0fa；與RIfbj比較

a++;ADDHIRO,RO,#1;若RO>R1,貝［R0=R0+l

Els一ADDLSRI,RI,#1則RI=Rl+1

b++;

階段小結

、ARM微處理器的指令集概述

Z指令分類與格式

0指令的條件域

13

4-2ARM指令的尋址方式

9尋址方式：

」尋址方式是根據指令中給出的地址碼字段來實現尋找真實操

作數地址的方式。ARM處理器具有7種基本尋址方式。

L立即尋址

一寄存器尋址

一寄存器間接尋址

ARM指令尋址?基址變址尋址

f多寄存器尋址

f相對尋址

一堆棧尋址

14

4-2-1立即尋址

立即尋址指令中的操作碼字段后面的地址碼部

分即是堤作斯木自一沖諭皇博一斯坦蕭句仝在彬令

當程序存儲

比

SUB隊代碼中獲得數據

MOV

MOVR0,#0xFF00

4-2-2寄存器尋址

操作數的值在寄存器中，指令中的地址碼字段

指出的足客左器編目.指令丹us日寸吉博取用寄存器

值來操，

MOVR1,I

SUBRO,IR2OxAA

RIOxAA

MOVRI,R2

4-2-3寄存器間接尋址

寄存器間接尋址指令中的地址碼給出的是一個

田等在黑的編￡■.布聿的揭作物用在在雪在黑指

通

"1^

'日

定0x40000000OxAA

針

R20x40000000

LDR

SWPROOxAA

LDRR0,[R2]

4-2-4基址變址尋址

基址尋址就是將基址寄存器的內容與指令中給

出的偏移量（＜4K）相加/減，形成操作數的有效地

址。基址尋址用于訪問基址附近的存儲單元，常用

于平;主米卜弓目七品/生T4I幺+立r?彳耳■夫后要」士I、二14去存

器I

基：

LDR

STR

LDRR2,[R3,#0x0C]

4-2-4基址變址尋址

基址尋址指令舉例如下：

LDRRO,[R1],#4;R0=[R1],R1=R1+4

；后索引基址尋址

；ARM這種自動索引機制不消

耗額外的時間

LDRRO,[R1,R2];R0=[R1+R2]

4?2?5多寄存器尋址

多寄存器尋址一次可傳送幾個寄存器值，允許

多:R60x04<-0x040x4000000C

LDMR40x03?-0x030x40000008

R30x02?-0x020x40000004

STM

R20x01?-0x010▼x40000000

R10x40000010

LDRIARI!,{R2-R4,R6}

4-2-6相對尋址

相對尋址是基址尋址的一種變通。由程序計數

器PC提供基準地址，指令中的地址碼字段作為偏移

量，兩者相加后得到的地址即為操作數的有效地址。

相對尋址指令舉例如下：

BLSUBR1；調用到SUBR1子程序

BEQLOOP；條件跳轉到LOOP標號處

■■■

LOOPMOVR6,#1

SUBR1

4-2-7堆棧尋址

堆棧是一個按特定順序進行存取的存儲區，操

作順序為“后進先出”o堆棧尋址是隱含的，它使

用一個專門的寄存器（堆棧指針）指向一塊存儲區域

（堆棧），指針所指向的存儲單元即是堆棧的棧頂。

存儲器堆棧可分為兩種：

■向上生長：向高地址方向生長，稱為遞增堆棧

■向下生長：向低地址方向生長，稱為遞減堆棧

4-2-7堆棧尋址

SP今找頂找底

向下

找區增長找區

找底找頂（SP

~r

堆找壓找

4-2-7堆棧尋址

堆棧指針指向最后壓入的堆棧的有效數據項，

稱為滿堆棧；堆棧指針指向下一個待壓入數據的空

位置，稱為空堆棧。

4-2-7堆棧尋址

9四種類型的堆棧方式：

，滿遞增：堆棧向上增長，堆棧指針指向內含有效數據項的最

高地址。指令如LDMFA、STMFA等；

）空遞增：堆棧向上增長，堆棧指針指向堆棧上的第一個空位

置。指令如LDMEA、STMEA等；

』滿遞減：堆棧向下增長，堆棧指針指向內含有效數據項的最

彳氐地址。指令如LDMFD、STMFD等；

＞空遞減：堆棧向下增長，堆棧指針向堆棧下的第一個空位置。

指令如LDMED、STMED等。

階段小結

Z立即尋址

Z寄存器尋址

Z寄存器間接尋址

Z基址變址尋址

Z多寄存器尋址

Z相對尋址

Z堆棧尋址

26

4-3ARM指令實驗指導

。ARM匯編語言的基本框架：

AREAARMexpl,CODE,READONLY

;NamethisblockofcodeARMexpl

ENTRY;Markfirstinstructiontoexecute

start

MOVrO,#10;Setupparameters

MOVr1,#3

ADDrO,rO,r1;rO=rO+r1

stop

MOVrO,#0x18;angel_SWIreason_ReportException

LDRr1,=0x20026;ADP_Stopped_ApplicationExit

SWI0x123456;ARMsemihostingSwF

END;Markendoffile

27

4-3ARM指令實驗指導

9使用ADS編譯、鏈接、調試程序：

,創建一個工程

」將源文件加入工程中

」配置工程編譯選項

?編譯

」調試

階段小結

ZARM指令實驗指導

ZARM匯編語言的基本框架

Z使用ADS編譯、鏈接、調試程序

29

4-4ARM指令集

跳轉指令

A數據處理指令

?乘法與乘加指令

aPSR訪問指令

ARM指令集A加載/存儲指令

?批量數據加載/存儲指令

?數據交換指令

A移位指令

A協處理指令

異常產生指令

4-4-1跳轉指令

。在ARM中有兩種方式可以實現程序的跳轉，一種是使

用分支指令直接跳轉，另一種則是直接向PC寄存器賦

值實現跳轉。分支指令有以下三種：

?分支指令B；

，帶鏈接的分支指令BL；

，帶狀態切換的分支指令BX。

4-4-1跳轉指令

?分支指令B/BL指令編碼格式

312827262524230

cond101Lsigned_immed_24

指令桃行的條件瑪L區別B指令（L為0）24住有符號立即教

和BL指令（L為1）（偏移量）

?分支指令BX指令編碼格式

4-4-1跳轉指令

助記符說明操作條件碼位置

Blabel分支指令PC-labelB{cond}

BLlabel帶鏈接的分支指令LR-PC-4,PC-labelBL{cond}

BXRm帶狀態切換的分支指令PC-Rm,切換處理器狀態BX{cond}

4-4-1跳轉指令

助記符說明操作條件碼位置

Blabel分支指令PC-labelB{cond}

BLlabel帶鏈接的分支指令LR-PC-4,PC-labelBL{cond}

BXRm帶狀態切換的分支指令PC+Rm,切換處理器狀態BX{cond}

分支指令——B指令，該指令跳轉范圍限制在當前指令的土32M字節地

址內（ARM指令為字對齊，最低2位地址固定為0）。指令格式如下：

B{cond}LabeI

應用示例：

BWAITA;跳轉到WAHA標號處

B0x1234;跳轉到絕對地址0x1234處

4-4-1跳轉指令

助記符說明操作條件碼位置

Blabel分支指令PC-labelB{cond}

BLlabel帶鏈接的分支指令LR-PC-4,PC-labelBL{cond}

BXRm帶狀態切換的分支指令PC+Rm,切換處理器狀態BX{cond}

帶鏈接的分支指令——BL指令適用于子程序調用，使用該指令后，下

一條指令的地址被拷貝到R14（即LR）連接寄存器中，然后跳轉到指定地址

運行程序。跳轉范圍限制在當前指令的士32M字節地址內。指令格式如下：

BL{cond}LabeI

2.程序跳轉到目標地址

Label繼續執行，當子程

序執行結束后，將LR寄AddrlAddr2PC

存器內家存入PC,返回Addr2Addr2LR

調用函數繼續執行

Label

應用示例（調用子程序）:

BLLabel

4-4-1跳轉指令

助記符說明操作條件碼位置

Blabel分支指令PC-labelB{cond}

BLlabel帶鏈接的分支指令LR-PC-4,PC-labelBL{cond}

BXRm帶狀態切換的分支指令PC-Rm,切換處理器狀態BX{cond}

帶狀態切換的分支指令——BX指令，該指令可以根據跳轉地址（Rm）

的最低位來切換處理器狀態。其跳轉范圍限制在當前指令的士32M字節地址

內（ARM指令為字對齊，最低2位地址固定為0）。指令格式如下：

BX{cond}Rm

跳轉地址跳轉后

Rm[0]CPSR標志T位：處理器狀態

00ARM

11Thumb

4-4-1跳轉指令

助記符說明操作條件碼位置

Blabel分支指令PC-labelB{cond}

BLlabel帶鏈接的分支指令LR-PC-4,PC-labelBL{cond}

BXRm帶狀態切換的分支指令PC-Rm,切換處理器狀態BX{cond}

帶狀態切換的分支指令——BX指令，該指令可以根據跳轉地址(Rm)

的最低位來切換處理器狀態。其跳轉范圍限制在當前指令的±32M字節地址

內(ARM指令為字對齊，最低2位地址固定為0)。Rm的位［0］不用作地址的一

部分。若Rm的位［0］為1,則指令將CPSR中的標志T置位，且將目標地址的代

碼解釋為Thumb代碼；若Rm的位［0］為0,則Rm的位口］就不能為1。指令格

式如下：

BX{cond}Rm

應用示例：

ADRLR0,ThumbFun+1;》rrhumb程序的入口地址力口1存入R0

BXRO;跳轉到R0指定的地址，

；并根據R0的最低位來切換處理器狀態

4-4-2數據處理指令

。數據處理指令大致可分為3類：

?數據傳送指令；

，算術邏輯運算指令；

?比較指令。

。數據處理指令只能對寄存器的內容進行操作，而不

能對內存中的數據進行操作。所有ARM數據處理指令

均可選擇使用S后綴，以使指令影響狀態標志。

4?4?2數據處理指令指令編碼

指令執行的條件碼—據處嚴省人心"建旅地的立琴J/I

操作碼指令助記符說明

0000AND邏輯與操作指令

31282726252420

0001E0R邏輯異或操作指令

cond00Iopcode0010SUB減法運算指令

0011RSB逆向減法指令—

用于區別立即教（

I10100ADD加法運算指令

為D和寄存器移位

0101ADC帶進位加法帛存器

（為。）

I0110SBC帶進位減法指令

與指令

opcode數據處理指0111RSC帶進位逆向減法指令

令操作碼1000TST位測試指令

1001TEQ相等測試指令

1010CMP比較指令

1011CMN負數比較指令

1100ORR邏輯或操作指令

1101MOV數據傳送

1110BIC位清除指令

1111MVN數據非傳送

4?4?2數據處理指令指令編碼

助記符說明操作條件碼位置

MOVRd,operand2數據傳送Rd-operand2MOV(cond}{S}

MVNRd,operand2數據非傳送Rd—(~operand2)MVN(cond}{S}

注：當后綴S時，這些指令根據結果更新標志N和乙在計算Operand2時更新標

志C,不影響標志V。

4?4?2數據處理指令數據傳送

助記符說明操作條件碼位置

MOVRd,operand2數據傳送Rd<-operand2MOV{cond}{S}

MVNRd,operand2數據非傳送Rd-(~operand2)MVN{cond}{S}

MOV指令將8位圖立即數（參看“第2操作數：#immed_8r——常數表達

式”）或寄存器傳送到目標寄存器（Rd）,可用于移位運算等操作。指令

格式如下：

MOV{cond}{S}Rd,operand2

MOV指令舉例如下：

MOVR11,#0xF000000B;R1=OxFOOOOOOB

MOVR0,R1;R0=R1

MOVSR3,R1,LSL#2;R3=R1?2,并影響標志位

MOVPC,LR;PC=LR,子程序返回

4?4?2數據處理指令數據傳送

助記符說明操作條件碼位置

MOVRd,operand2數據傳送Rd-operand2MOV(cond}{S}

MVNRd,operand2數據非傳送Rd—(^operand2)MVN(cond}{S}

MVN指令將8位圖立即數（參看“第2操作數：#immed_8r——常數表達

式”）或寄存器（operand2）按位取反后傳送到目標寄存器（Rd）,因為

其具有取反功能，所以可以裝載范圍更廣的立即數。指令格式如下：

MVN{cond}{S}Rd,op一rand2

MVN指令舉例如下：

MVNR1,#0xFF;R1=0xFFFFFF00

MVNR1,R2J等R2按位取反，結果存到R1

4?4?2數據處理指令算術運算

助記符說明操作條件碼位置

ADDRd,Rn,operand2加法運算指令Rd^*-Rn+operand2ADD(cond}{S}

SUBRd,Rn,operand2減法運算指令Rd^-Rn-operand2SUB{cond}{S}

RSBRd,Rn,operand2逆向減法指令Rd^*-operand2-RnRSB{cond}{S}

ADCRd,Rn,operand2帶進位加法Rd*-Rn+operand2+CarryADC{cond}{S}

SBCRd,Rn,operand2帶進位減法指令Rd*-Rn-operand2-(NOT)CarrySBC(cond}{S}

RSCRd,Rn,operand2帶進位逆向減法指令Rd-operand2-Rn-(NOT)CarryRSC{cond}{S}

注：這些指令影響N,乙C和V標志位。

4-4-2數據處理指令算術運算

助記符說明操作條件碼位置

ADDRd,Rn,operand2加法運算指令Rd<-Rn+operand2ADD{cond}{S}

SUBRd,Rn,operand2減法運算指令Rd-Rn-operand2SUB{cond}{S}

RSBRd,Rn,operand2逆向減法指令Rd-operand2-RnRSB{cond}{S}

ADCRd,Rn,operand2帶進位加法Rd^-Rn+operand2+CarryADC{cond}{S}

SBCRd,Rn,operand2帶進位減法指令Rd<-Rn-operand2-(NOT)CarrySBC{cond}{S}

RSCRd,Rn,operand2帶進位逆向減法指令Rd"1-operand2-Rn-(NOT)CarryRSC(cond}{S}

加法運算指令——ADD指令將operand2的值與Rn的值相加，結果保存到

Rd寄存器。指令格式如下：

ADD{cond}{S}RdfRnfoperand2

應用示例：

ADDSR1,R1,#1020;R1=R1+1020,并影響標志位

ADDR1,R1,R2,LSL#2;R1=R1+R2?2

4-4-2數據處理指令算術運算

助記符說明操作條件碼位置

ADDRd,Rn,operand2加法運算指令Rd*-Rn+operand2ADD{cond}{S}

SUBRd,Rn,operand2減法運算指令Rd<-Rn-operand2SUB{cond}{S}

RSBRd,Rn,operand2逆向減法指令Rd-operand2-RnRSB{cond}{S}

ADCRd,Rn,operand2帶進位加法Rd*-Rn+operand2+CarryADC{cond}{S}

SBCRd,Rn,operand2帶進位減法指令Rd^-Rn-operand2-(NOT)CarrySBC{cond}{S}

RSCRd,Rn,operand2帶進位逆向減法指令Rd*-operand2-Rn-(NOT)CarryRSC{cond}{S}

減法運算指令SUB指令用寄存器Rn減去operand2,結果保存到Rd中。

指令格式如下：

SUB{cond}{S}Rd,Rn,op一工and2

應用示例：

ADDSR1,R1,#1020;R1=R1+1020,并影響標志位

ADDR1,R1,R2,LSL#2;R1=R1+R2?2

4-4-2數據處理指令算術運算

助記符說明操作條件碼位置

ADDRd,Rn,operand2加法運算指令Rd^-Rn+operand2ADD{cond}{S}

SUBRd,Rn,operand2減法運算指令Rd*-Rn-operand2SUB{cond}{S}

RSBRd,Rn,operand2逆向減法指令Rd-operand2-RnRSB{cond}{S}

ADCRd,Rn,operand2帶進位加法Rd*-Rn+operand2+CarryADC{cond}{S}

SBCRd,Rn,operand2帶進位減法指令Rd*-Rn-operand2-(NOT)CarrySBC{cond}{S}

RSCRd,Rn,operand2帶進位逆向減法指令Rd<-operand2-Rn-(NOT)CarryRSC{cond}{S}

逆向減法運算指令——RSB指令將operand2的值減去Rn,結果保存到Rd中。

指令格式如下：

RSB{cond}{S}Rd,Rn,op一rand2

應用示例：

RSBR3,R1,#0xFF00;R3=0xFF00-R1

RSBSR1,R2,R2,LSL#2;R1=(R2?2)-R2=R2X3影響標志位

4-4-2數據處理指令算術運算

助記符說明操作條件碼位置

ADDRd,Rn,operand2加法運算指令Rd^-Rn+operand2ADD{cond}{S}

SUBRd,Rn,operand2減法運算指令Rd*-Rn-operand2SUB{cond}{S}

RSBRd,Rn,operand2逆向減法指令Rd-operand2-RnRSB{cond}{S}

ADCRd,Rn,operand2帶進位加法Rd*-Rn+operand2+CarryADC{cond}{S}

SBCRd,Rn,operand2帶進位減法指令Rd*-Rn-operand2-(NOT)CarrySBC{cond}{S}

RSCRd,Rn,operand2帶進位逆向減法指令Rd<-operand2-Rn-(NOT)CarryRSC{cond}{S}

帶進位加法指令ADC將operand2的值與Rn的值相加，再加上CPSR中的C

條件標志位，結果保存到Rd寄存器。指令格式如下：

ADC{cond}{S}Rd,Rn,op一rand2

應用示例（使用ADC實現64位加法，結果存于R1（高32位）、R0中）：

ADDSR0,R0,R2；R0等于低32位相加，并影響標志位

ADCR1,R1,R3;R1等于高32位相加，并加上低位進位

4-4-2數據處理指令算術運算

助記符說明操作條件碼位置

ADDRd,Rn,operand2加法運算指令Rd-Rn+operand2ADD(cond}{S}

SUBRd,Rn,operand2減法運算指令Rd-Rn-operand2SUB(cond}{S}

RSBRd,Rn,operand2逆向減法指令Rd<f-operand2-RnRSB{cond}{S}

ADCRd,Rn,operands帶進位加法Rd^*-Rn+operand2+CarryADC(cond}{S}

SBCRd,Rn,operand2帶進位減法指令Rd^1-Rn-operand2-(NOT)CarrySBC(cond}{S}

RSCRd,Rn,operand2帶進位逆向減法指令Rd^-operand2-Rn-(NOT)CarryRSC(cond}{S}

帶進位減法指令——SBC用寄存器Rn減去operand2,再減去CPSR中的C

條件標志位的非（即若C標志清零，則結果減去1）,結果保存到Rd中。指令

格式如下：

SBC{cond}{S}Rd,Rnfoperand2

應用示例（使用SBC實現64位減法，結果存于R1、R0中）：

SUBSR0,R0,R2；低32位相減，并影響標志位

SBCR1,R1,R3;高32位相減，并減去低位借位

4-4-2數據處理指令算術運算

助記符說明操作條件碼位置

ADDRd,Rn,operand2加法運算指令Rd*-Rn+operand2ADD{cond}{S}

SUBRd,Rn,operand2減法運算指令Rd-Rn-operand2SUB{cond}{S}

RSBRd,Rn,operand2逆向減法指令Rd*-operand2-RnRSB{cond}{S}

ADCRd,Rn,operand2帶進位加法Rd*-Rn+operand2+CarryADC{cond}{S}

SBCRd,Rn,operand2帶進位減法指令Rd<-Rn-operand2-(NOT)CarrySBC{cond}{S}

RSCRd,Rn,operand2帶進位逆向減法指令Rd*-operand2-Rn-(NOT)CarryRSC{cond}{S}

帶進位逆向減法指令RSC指令用寄存器operand2減去Rn,再減去

CPSR中的C條件標志位，結果保存到Rd中。指令格式如下：

RSC{cond}{S}Rd,Rn,op一工and2

應用示例（使用RSC指令實現求64位數值的負數）：

RSBSR2,R0,#0;R2=-R0

RSCR3,R1,#0;R3=-R1-!Carry

4?4?2數據處理指令邏輯運算指令

助記符說明操作條件碼位置

ANDRd,Rn,operand2邏輯與操作指令Rd-Rn&operand2AND(cond}{S}

ORRRd,Rn,operand2邏輯或操作指令Rd-Rn|operand20RR(cond}{S}

EORRd,Rn,operand2邏輯異或操作指令Rd-Rn八operand2EOR(cond}{S}

BICRd,Rn,operand2位清除指令Rd-Rn&(^operand2)BIC{cond}{S}

注：當后綴S時，這些指令根據結果更新標志N和乙在計算Operand2時更新標

志C,不影響標志V。

4?4?2數據處理指令邏輯運算指令

助記符說明操作條件碼位置

ANDRd,Rn,operand2邏輯與操作指令Rd—Rn&operand2AND{cond}{S}

ORRRd,Rn,operand2邏輯或操作指令Rd-Rnoperand2ORR{cond}{S}

EORRd,Rn,operand2邏輯異或操作指令Rd-Rn-operand2EOR{cond}{S}

BICRd,Rn,operand2位清除指令Rd-Rn&Coperand2)