嵌入式系统复习--ARM指令集（一）

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嵌入式系统复习–ARM技术概述

ARM指令集概述

ARM指令集是32位的，程序的启动都是从ARM指令集开始。
$$指令编码=第一操作数+第二操作数+目的操作数+条件影响标志位+不同功能实现的二进制位$$

• 根据CPSR中的条件位自动判断是否执行指令
• 最高的四位[31 : 28]是用来表示条件码(cond)的
  
• N为符号位，1负0正
• Z为结果为0位，1表示为0， 0表示不是
• C是进位位，加法进位位1，减法进位为0
• V是有符号溢出，溢出为1

重要的基本条件

ARM指令使用的基本格式：

• opcode操作码（指令助记符）如LDR、STR等
• cond可选条件码（上面的基本条件）；也称为执行条件
• S表示是否修改标志位（加上会修改标志位CPSR）
• Rd目标寄存器
• Rn存放第一操作数的寄存器
• operand2 第2操作数

举例：

LDR R0, [R1] //读取R1地址上的存储器单元内容，加上[]表示存储器

BEQ DATAEVEN //条件执行分支指令，执行条件为EQ，表示相等的时候跳转到DATAENEN（标号）

ADDS R2, R1, #1 //加法指令，R2 <- R1 + 1,加上了S影响CPSR寄存器

SUBNES R2, R1, #0x20 //减法指令，当不相等NE的时候R2 <- R1 - 0x20结果影响CPSR寄存器

ARM寻址方式

1. 立即寻址
   操作数在指令里，可以立即获得操作数（也称立即数），以及数以#为前缀，加上“0x”的是十六进制数

   ADD R0, R0, #1 //R0 <- R0 + 1
   

   参与运算的是32位立即数，由于位数不够全部放入，因此这个#给出的是压缩后的立即数
   而这个存放方式是，采用8位的常数循环右移偶数位而间接得到，其中循环右移的位数由4位二进制的两倍表示，立即数记作,而8位常数记作immed_8, 4位的循环右移值记作rotate_imm
   有$$<immediate>=immed\_8循环右移（2\ast rotate\_imm）$$
   一个立即数中非0以外的宽度在8以内就能通过移位表示出成32位

2. 寄存器寻址
   对应的数值在寄存器中

   ADD R0, R1, R2 //R0 <- R1 + R2
   

   同时也有特殊之处，如果第二操作数是寄存器，则可以选择是否对第二操作数进行移位如果选择可以从（逻辑左移LSL（无符号数）, 逻辑右移LSR, 算术左移ASL（有符号数）, 算术右移ASR, 右循环移位ROR, 右循环拓扑（其中标志位C也参与移位用）RRX）分别表示中选择移位方式，移位位数可以选择第4个寄存器，也可以是5位的立即数
   移位方法：
   逻辑移位左右移都是补0
   算术移位分为

   	左移	右移
   正	右侧补0	左侧补0
   负	右侧补0	左侧补1

   ADD R3, R2, R1, LSR #2 // R3 <- R2 + (R1 / 4)
   

3. 寄存器间接寻址
   以寄存器的值作为操作数的地址，而操作数本身存放在存储器中。

   LDR R0, [R1] // R0 <- [R1]
   STR R0, [R1] // [R1] <- R0
   

   指向的是4个字节的地址，寻找对应操作数要根据对应大端小端存储来进行前后找

4. 基址加偏址寻址
   将寄存器（基址寄存器）的内容与指令中给出的地址偏移量相加，从而得到一个操作数的有效地址。
   根据是先取指令还是先变址分为：

   • 前变址模式

   LDR RO, [R1, #4] // R0 <- [R1 + 4]
   

   • 自动变址模式

   LDR R0, [R1, #4]! // R0 <- [R1 + 4]、 R1 <- R1 + 4
   

   • 后变址模式

   LDR R0, [R1], #4 // R0 <- [R1]、R1 <- R1 + 4
   

   同时地址偏移量可以是立即数也可以寄存器，并且在加到基址寄存器前也可以进行移位操作。

   LDR r0, [r1, r2] // r0 <- [r1 + r2]
   LDR r0, [r1, r2, LSL #2] // r0 <- [r1 + r2*4]
   

   常用立即数的，寄存器形不常用

传输的数据类型，默认是选择字操作，但是可以通过增加后缀来进行字节（B）、半字（H）来进行操作

5. 堆栈寻址

   • 当堆栈指针指向最后压入堆栈的数据时，称为满堆栈，而当堆栈指针指向下一个将要放入数据的空位置时，称为空堆栈。
   • 当访问寄存器时，存储器的地址向高地址方向生长，称为递增堆栈。存储器地址向低地址方向生长，称为递减堆栈。决定堆栈指针是加1还是减1

   将上述两种类型组合可以组合成4种；

6. 块拷贝寻址
   是多寄存器传送指令LDM/STM的寻址方式，他可以将存储器中的数据块加载到多个寄存器中，也可以把多个寄存器中的内容保存到存储器中，这多个寄存器可以是R0~R15这16个寄存器的子集或者所有寄存器，与堆栈的分类方式类似。
   两种寻址方式的后缀；I：increase 、D:decrease、A:after、B：before、F:full、E：empty
   例：

   ARM指令：
   STMFD SP! {R1 - R7, LR} : 入栈
   LDMFD SP! {R1 - R7, LR}: 出栈
   
   Thumb指令：
   PUSH {R1 - R7, LR} : 入栈
   POP {R1 - R7, LR} ：出栈
   

7. 相对寻址方式
   它是以程序计数器PC的当前值为基地址，指令中的地址标号作为偏移量，将两者相加之后得到操作数的有效地址。BL即为指令符号

   BL NEXT // 跳转到子程序，子程序调用
   ......  //到NEXT处执行，返回之后再从BL下一条指令开始执行
   NEXT
   ......
   MOV PC, LR //从子程序返回
   

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未完待续