5. ARM_指令集

概述

分类

汇编中的符号：

• 指令：能够编译生成一条32位机器码，并且能被处理器识别和执行
• 伪指令：本身不是指令，编译器可以将其替换成若干条指令
• 伪操作：不会生成指令，只是在编译阶段告诉编译器怎么编译

对于不同的CPU，指令和伪指令不同。因为指令和伪指令都由CPU来直接识别。

对于不同的编译器，伪操作不同，因为伪操作是控制编译器编译的。

ARM指令集的分类：

• 数据处理指令：进行数学运算、逻辑运算
• 跳转指令：实现程序的跳转，本质就是修改了PC寄存器
• Load/Store指令：访问(读写)内存
• 状态寄存器传送指令：用于访问(读写)CPSR寄存器
• 软中断指令：触发软中断
• 协处理器指令：操作协处理器的指令

其中数据处理指令、跳转指令、Load/Store指令是通用指令，任何一个CPU都具有该指令。并且这些指令在C语言中都有对应的语句。

指令格式：

汇编语言不区分大小写，但是不要出现一个指令里面既有大写也有小写。比如：可以写MOV或mov，但不要写成Mov 

立即数

什么是立即数：

立即数就是能够写在指令后面的数，例如 " MOV R0 #1 " 这个#1当中的数就是立即数。

立即数的本质就是包含在指令当中的数，属于指令的一部分。

注意：立即数不能写到32位，因为汇编指令转为机器码后是32位，这32位中有几位用来表示指令含义和寄存器含义，因此数据位并没有32位。

立即数与变量的区别：

立即数是指令的一部分，在使用立即数赋值时，CPU直接从机器码中就可以获取数据，不需要从内存中读取相应的值。

变量是存放在内存中，通过变量赋值，CPU必须先从内存中取出，再进行赋值。

32位非立即数却可赋值的情况：

当我们使用MOV R0, #0xFFFFFFFF这个指令时，0xFFFFFFFF是一个32位的数，一定不是一个立即数，但最终编译未出错。具体的编译器处理结果如下：

在这里，编译器将MOV R0, #0xFFFFFFFF 替换成了 MVN R0,#00000000，这个MVN的指令就是CPU可以识别执行的指令，原先的MOV就被称作伪指令。

条件码

条件码就是一个条件，当条件满足时执行这个操作，条件不满足时不执行该操作。

大多数的指令后都可以添加条件，具体示例见"跳转指令" - "2、B"

在使用条件码时，需要先使用CMP进行比较，之后再使用条件码进行条件执行。

条件码如下：

数据处理指令

1、数据搬移指令

1.1 MOV

将指定的数据搬移(赋值)到指定的寄存器中。

格式：

MOV 目标寄存器, 源操作数

目标寄存器： 可以为通用寄存器R0~R12，也可以是PC

源操作数：可以是立即数，也可以是寄存器

示例：

将立即数3搬移到寄存器R1，即：令R1=3

MOV R1, #3     @ #3代表十进制的3,#0x3代表十六进制的3

将R2寄存器的值搬移到寄存器R1，即：令R1=R2

MOV R1, R2

1.2 MVN

将指定的数据按位取反后，搬移(赋值)到指定的寄存器中。

格式： 

MVN 目标寄存器, 源操作数

示例：

将立即数0xFF取反后的值搬移到寄存器R1，即：令R1 = ~0xFF。

注意：这时R1存放的值为0xFFFFFF00，而不是0，因为ARM的寄存器是32位，所以在ARM寄存器中0xFF的存放值是0x000000FF，因此按位取反后为0xFFFFFF00，而不是0。

MVN R1 #0xFF

2、数值运算指令

一般格式：<操作码> <目标寄存器> <第一操作寄存器> <第二操作数>

• 操作码：执行什么操作，如加减乘除
• 目标寄存器：用于存放运算结果
• 第一操作寄存器：必须是一个寄存器，是参与运算的数。
• 第二操作数：可以是寄存器，也可以是立即数，这也是参与运算的数。

2.1 ADD

加法指令，将指定的两个数进行相加，结果存入指定的寄存器。

格式：

ADD 目标寄存器, 源寄存器, 源操作数

目标寄存器： 可以为通用寄存器R0~R12，也可以是PC

源寄存器：只能是寄存器

源操作数：可以是立即数，也可以是寄存器

示例：

已知R2=5，R3=3，实现R1=R2+R3

MOV R2,#5
MOV R3,#3
ADD R1,R2,R3 @ R1 = R2 + R3

已知R2=5，实现R1=R2+5

MOV R2,#5
ADD R1,R2,#5 @ R1 = R2 + 5
注意:这里不能写成ADD R1,#5,R2 对应ADD只有最后一个为源操作数

2.2 ADC

带进位的加法指令，将指定的两个数进行相加，并且会加上CPSR的进位。 

ADC实现64位运算：

实现：

0x00000001 00000002 + 0x00000003 00000004

思路：

将第一个数的低位和高位分别存放在R1、R2；将第二个数的低位和高位分别存放在R3、R4；将结果的低位和高位分别存放在R5、R6

运算代码：

MOV R1,0x00000002
MOV R2,0x00000001
MOV R3,0x00000004
MOV R4,0x00000003

ADDS R5,R1,R3 @将两个低位相加并允许设置CPSR
ADC R6,R2,R4  @将两个高位相加并加上CPSR的C位(溢出进位)

ADCS实现128位运算：

实现：

0x00000001 00000002 00000003 00000004 + 0x00000005 00000006 00000007 00000008

运算代码：

MOV R1,0x00000004
MOV R2,0x00000003
MOV R3,0x00000002
MOV R4,0x000000