4.ARM指令集

ARM指令集

• 一、ARM指令格式

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

  <>号内是必须的，{}号内的项是可选的

  • opcode（operation code）：指令助记符（操作码），例如，加法（ADD）、减法（SUB）、乘法（MUL）、除法（DIV）等

  • cond（condition）

    • 条件：根据条件是否执行指令（条件码）

    • 原理：

      ARM系统中提供了一个专门的寄存器（当前程序状态寄存器)CPSR

      记录当前CPU的运行状态，他的最高的四位会有一个相应的记录

      条件码会去查询CPSR寄存器的最高四位是否满足条件

    • 常用条件：

      • 1、NE（Not Equal）：不相等

      • 2、EQ（Equal）：相等

      • 3、GT（Greater Than）：大于

      • 4、LT（Less Then）：小于

      • 5、GE（Greater Equal）：大于或者等于

      • 6、LE（Less Equal）：小于或者等于

      • 

  • S

    • 表示指令执行的结果，决定是否影响CPSR寄存器的N/Z/C/V值

    • N：Negative（上一条指令结果是否为负数）

    • Z：Zero（上一条指令结果是否为0）

    • C：Carry（无符号算数运算是否进位的情况）

    • V：Overflow（有符号算数运算是否溢出的情况）

    • 包含S则影响，否则不影响

  • Rd（Destination Register）

    • 目标寄存器，主要用于存放计算的结果需要放到哪里去

    • 存放指令执行的结果R0～R15

  • Rn

    • 第1个操作数，必须是—个寄存器，可省略

  • shift_operand

    • 第2个操作数

      • 立即数

        • 一个常数，该常数必须对应8位位图，即—个8位的常数通过循环右移偶数位得到该数，该数为合法立即数

        • mov r1,#100

      • 寄存器 mov r2,r1

      • 寄存器移位（移位指令）

        • 将寄存器值读取之后，进行移位运算后，作为操作数2

        • LSL（Logic Shifter Left）：逻辑左移（低位补0）

        • LSR（Logic Shifter Right）：逻辑右移（高位补0）

        • 有符号数据左移用逻辑左移代替

        • ASR（Arithmetic Shifter Right）：算术右移（正数：低位丢弃，高位补0 负数：低位丢弃，高位补1）

        • 举例：

          • r0,lsr #4表示r0 >> 4

          • r0,lsr r1表示r0 >> r1

          • #3,lsl #4错误，只能是寄存器移位，不能是立即数

• 二、合法立即数

  • 在ARM 指令中可以使用的立即数必须合法，否则导致ARM指令执行异常

    • 原因

      • ARM 指令长度有限 ,不能都用于表示立即数,所以不能表示所有的立即数,最终会导致部分立即数不能表示

  • 合法立即数规则

    • 如果立即数记做 immediate ，8位常数记做immed_8，4位的循环右移值记做 rotate_imm

      immediate = immed_8循环右移（2*rotate_imm）

    • 所有的立即数必须要通过一个8位立即数通过循环右移偶数位获得，否则为不合法

    • 0x3F0可以通过 0x3F循环右移28位得到，immed_8=0x3F，rotate_imm=0xE

    • 0x0480 0000 可以通过 0x12循环右移10位得到，immed_8=0x12，rotate_imm=0x5

    • 

  • 合法立即数判断

    • 将对应的数转换为32位16进制数 例如：218=0xDA= 0x0000 00DA

    • 1、除零外，仅有一位数 例如：0x0001 0000、0x00f0 0000等

    • 2、除零外，仅有二位数，并且相邻（包括首尾相邻）

    • 3、除零外，仅有三位数，并且相邻（包括首尾相邻）

    • 4、0~255一定是立即数

    • 5、有效数：原数是立即数或者原数反码是立即数（0xFFFFFFFF）

• 三、数据传送指令

  • MOV

    • 格式：MOV 目标寄存器，操作数2

    • 功能：将操作数2的值赋值给目标寄存器

    • mov r0,#1 @立即数1的值赋值给目标寄存器r0
      mov r1,r0 @寄存器r0的值赋值给目标寄存器r1
      

  • MVN

    • 格式：MVN 目标寄存器，操作数2

    • 功能：对内存中存储的值进行按位取反(~)，将操作数2取反的值给目标寄存器

    • mov r0,#1 @立即数1的值赋值给目标寄存器r0
      mvn r1,#0 @立即数0按位取反的值赋值给目标寄存器r1
      

  • LDR（LoaD Register）

    • 格式：LDR 目标寄存器，= 数据（=表示把原始数据给目标寄存器）

    • 功能：将任意数据加载到目标寄存器中

    • ldr r0,=0x1234 @将十六进制数1234加载到目标寄存器r0
      

    • 为什么不用MOV存放到寄存器中？

      • MOV能存放的只有合法立即数

      • LDR可以直接将任意数据加载到寄存器中

• 四、数据计算指令

  • ADD

    • 格式：ADD 目标寄存器，操作数1，操作数2

    • 功能：加法指令，将操作数1加上操作数2的结果存放在目标寄存器

    • ADD R0,R1,#2  ==>  R0 = R1 + 2
      ADD R0,R1,R2  ==>  R0 = R1 + R2
      ADD R0,R1,R2,LSL #3  ==>  R0 = R1 + R2 << 3
      

  • SUB

    • 格式：SUB 目标寄存器，操作数1，操作数2

    • 功能：减法指令，将操作数1减去操作数2的结果存放在目标寄存器

    • SUB R0,R1,#2  ==>  R0 = R1 - 2
      SUB R0,R1,R2  ==>  R0 = R1 - R2
      SUB R0,R1,R2,LSL #3  ==>  R0 = R1 - R2 << 3
      

  • MUL

    • 格式：MUL 目标寄存器，操作数1，操作数2

    • 功能：乘法指令，将操作数1乘以操作数2的结果存放在目标寄存器

    • 注意：操作数1和操作数2必须都是寄存器，并且操作数1的寄存器编号不能和目标寄存器一样

    • MUL r0,r1,r2
      MUL r0,r1,#3错误,操作数2为立即数
      MUL r0,r0,r1错误,操作数1的寄存器编号和目标寄存器一样
      MUL r0,r1,r0目标寄存器和操作数1 不一样 正确
      

• 五、比较指令

  • CMP

    • 格式：CMP 寄存器，操作数2

    • CMP会影响CPSR, 也会影响带条件执行的指令的结果

    • 条件码：NE（!=）、EQ（= =）、LT（<）、GT（>）、GE（>=）、LE（<=）

    • mov r0,#10      ==>a = 10;
      mov r1,#20      ==>b = 20;
      mov r2,#30      ==>c = 30;
      cmp r0,r1       ==>if (a > b