嵌入式系统复习--Thumb指令集

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嵌入式系统复习–ARM指令集(二)

Thumb指令集概述

在编写Thumb指令时，先要用伪指令CODE16声明（ADS的编译环境下），而且在ARM指令中要使用BX指令跳转到Thumb指令，以切换处理器状态。

Thumb指令集特点：

• 采用16位二进制编码，而ARM指令是32位
• Thumb是压缩指令，先动态解压缩，然后作为标准的ARM指令执行
• 由CPSR的T位决定指令流。T置位，执行Thumb指令流，T清0执行ARM指令流
• Thumb指令集没有协处理器指令、信号量指令、乘加指令、64位乘法指令以及访问CPSR和SPSR的指令，而且指令的第2操作数受到限制
• 除了分支指令B有条件执行功能外，其他指令均无条件执行
• 大多数Thumb数据处理指令采用2地址格式

Thumb指令与ARM指令的异同：

• Thumb中也是采用Load/Store结构，有数据处理、数据传送及流控制指令
• 大多数Thumb指令是无条件执行的（除转移指令B），而所有ARM指令都是条件执行。许多Thumb数据处理指令采用2地址格式，即目的寄存器与源寄存器相同，而大多数ARM数据处理指令采用的是3地址格式
• 所有异常都会返回ARM模式状态，由于ARM微处理器字传送地址必须被4整除（字对准），半字传送地址必须可被2整除（即半字对准），但是Thumb是2个字节，所以进入异常Thumb的自然偏移与ARM不同

进入和退出Thumb模式的方式：

• 进入方式：BX和利用异常返回到Thumb
• 退出方式：BX和利用异常进入Thumb

Thumb指令详细介绍

数据处理指令

低寄存器指的是R0~R7, 高寄存器指的是R8 ~ R15
算术运算指令

• ADD与SUB–低寄存器加法和减法
  句法：

  op Rd, Rn, Rm
  op Rd, Rn, #expr3
  op Rd, #expr8
  

  用法：指令中Rd、Rn、Rm必须是低寄存器（R0~R7）。指令更新NZCV标志

• ADD–高或低寄存器
  句法：

  ADD Rd, Rm
  

  用法：Rd <- Rd + Rm
  Rd和Rm是低寄存器时，更新标记NZCV

• ADD与SUB–SP
  句法：

  ADD SP, #expr
  SUB SP, #expr
  

  用法：SP <- SP + expr
  不影响条件标志码

• ADD – PC或SP偏移量
  句法：

  ADD Rd, Rp, #expr
  Rp为 SP或PC
  

  用法：Rd <- Rp + #expr
  不影响条件标志码

• ADC、SBC、MUL
  带进位位的加法、带进位位的减法、乘法
  句法：

  op Rd, Rm
  

  用法：

  ADC: Rd <- Rd + Rm + C
  SBC: Rd <- Rd - Rm - (1 - C) 借位
  MUL: Rd <- Rd * Rm
  

  限制：Rd和Rm必须是低寄存器（R0~R7）
  ADC和SBC影响NZCV
  MUL影响NZ

• AND、ORR、EOR和BIC(按位逻辑运算)
  句法：

  op Rd, Rm
  

  用法：EOR异或，BIC：Rd AND NOT Rm
  必须是低寄存器影响NZ标志

• ASR、LSL、LSR、和ROR
  算术右移、逻辑左移、逻辑右移、循环右移
  句法：

  op Rd, Rs
  op Rd, Rm, #expr
  Rd、Rs、Rm必须是R0~R7范围内的寄存器
  

• CMP和CMN（比较和比较负值）
  句法：

  CMP Rn, #expr
  CMP Rn, Rm
  CMN Rn, Rm
  

  用法：
  只更新条件码标志，不存放结果
  CMP: Rn - expr(或Rm）
  CMN：Rm + Rn
  其中：CMP Rn, Rm指令允许使用高寄存器

• MOV、MVN和NEG（传送、传送非、取反）
  句法：

  MOV Rd, #expr
  MOV Rd, Rm
  MVN Rd, Rm
  NEG Rd, Rm
  

  用法：
  MOV: Rd <- #expr(或Rm）
  MVN: Rd <- NOT Rm
  NEG: Rd <- Rm * (-1)

• TST（测试）
  句法

  TST Rn, Rm
  

  用法：
  Rm AND Rn, 丢弃结果，更新条件码标志NZ
  Rn、Rm必须在R0~R7范围内

数据存储指令

• 单寄存器数据存储指令（LDR和STR）
  汇编格式

   Rd, [Rn, <#off5>] //  = LDR | LDRB | STR | STRB
   Rd, [Rn, <#off5>] //  = LDRH | STRH
   Rd, [Rn, Rm] //  = LDR | LDRH | LDRSH | LDRB | LDRSB | STR | STRH | STRB
   Rd, [PC, <#off8>]
   Rd, [SP, <#off8>] //  = LDR | STR 该两条指令偏移量为8位
  

• 多寄存器数据存储指令
  汇编格式：

  LDMIA Rn!, {}
  STMIA Rn!, {}
  POP { {, PC}}
  PUSH { {, LR}}
  

转移指令

汇编格式：

B   //目标为Thumb代码
B         //目标为Thumb代码
BL        //目标为Thumb代码
BLX       //目标为ARM代码
B{L}X Rm         //目标为ARM或Thumb代码

• B分支指令，Thumb中唯一可条件执行的指令
• BL带链接的长分支
• BX分支指令，并可选择地切换指令集
• BLX带链接分支，并可选择地交换指令集

异常中断指令

• Thumb软件中断指令
  汇编格式：

  SWI <8位立即数> //八位立即数为数学表达式取值为0~255内的整数
  

• 断点中断
  汇编格式

  BKPT immed_8
  

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