ARM指令系統及匯編程序設計

ARM指令系統及匯編程序設計

1ARM指令系統

2THUMB指令系統

3ATPCS介紹

4ARM和THUMB混合調用

ARM匯編程序設計

JARM指令系統

■跳轉指令

-數據處理指令

■程序狀態寄存器訪問指令

-Load/Store加載/存儲數據指令

■協處理器指令

■異常產生指令

ARM指令系統

—、跳轉指令

指令用于實現程序流程的跳轉，在ARM程序中有兩種方

法可以實現程序流程的跳轉：

t■使用專門的跳轉指令。

-直接向程序計數器PC(R15)寫入跳轉地址值一長跳轉

■ARM指令集中的跳轉指令可以完成從當前指令向前或向后的

32MB的地址空間的跳轉，包括以下4條指令：

■B跳轉指令

■BL帶返回的跳轉指令(R15->R14)

■BLX帶返回和狀態切換的跳轉指令

(ARM->Thumb,PCLR)

■BX帶狀態切換的跳轉指令(ARM??>Thumb)

ARM指令系統

&B指令

■B指令的格式為：

B｛條件｝目標地址

■B指令是最簡單的跳轉指令。一旦遇到一個B指令，ARM處理

器將立即跳轉到給定的目標地址，從那里繼續執行。注意存儲在

跳轉指令中的實際值是相對當前PC值的一個偏移量，而不是一

個絕對地址，它的值由匯編器來計算。它是24位有符號數，左

移兩位后有符號擴展為32位，表示的有效偏移為26位（前后

+/-32MB的地址空間）。如：

BLabel/*程序無條件跳轉到標號Label處執行*/

ARM指令系統

&BL指令

丁指令的格式為:

BL｛條件｝目標地址

-BL是另一個跳轉指令，但跳轉之前，會在寄存器R14中

保存PC的當前內容，因此，可以通過將R14的內容重新

加載到PC中，來返回到跳轉指令之后的那個指令處執行。

該指令是實現子程序調用的一個基本但常用的手段。以下

指令:

BLLabel

/*當程序無條件跳轉到標號Label處執行時，同時將

當前的PC值保存到R14中*/

ARM指令系統

]||BLX指令

-BLX指令的格式為：

BLX目標地址

-BLX指令從ARM指令集跳轉到指令中所指定的目

標地址，并將處理器的工作狀態由ARM狀態切換

至UThumb狀態，該指令同時將PC的當前內容保

存到寄存器R14中。因此，當子程序使用Thumb

指令集，而調用者使用ARM指令集時，可以通過

BLX指令實現子程序的調用和處理器工作狀態的

切換。同時，子程序的返回可以通過將寄存器

R14值復制到PC中來完成。

ARM指令系統

&BX指令

■BX指令的格式為：

BX｛條件｝目標地址

■BX指令跳轉到指令中所指定的目標地址，

目標地址處的指令既可以是ARM指令，也

可以是Thumb指令。

ARM指令系統

】■二、數據處理指令

■數據處理指令可分為數據傳送指令、算術邏輯運

算指令和比較指令等。

-數據傳送指令用于在寄存器和存儲器之間進行數

據的雙向傳輸。

-算術邏輯運算指令完成常用的算術與邏輯的運算,

該類指令不但將運算結果保存在目的寄存器中，

同時更新CPSR中的相應條件標志位。

-比較指令不保存運算結果，只更新CPSR中相應

的條件標志位。

ARM指令系統

1數據處理指令一靈活的第二操作數

■如：ADD<cond}{S}^RdzRnfOperand2

信5定S,則根據操作結果更新

□Operand2可能的形式：條俾石標志

?#immed_8r立即數

>Rm<,shift}寄存器

ADDrO,rl,#100RO=r1+100

ADDrO,r工,r2TRO=r1+r2

門+陰算術右移一位）

ADDrO,rlzr2zASR#1R°=

ARM指令系統

數據處理指令一Shift移位模式

ASRn算術右移n位(l<=n<=32)

LSLn邏輯左移n位(l<=n<=32)

LSRn邏輯右移n位(l<=n<=32)

RORn循環右移n位(l<=n<=32)

RRX帶擴展的循環右移1位

type(type=ASR/LSL/LSR/ROR)

ARM指令系統

ASR和ASL

■算術右移n位即Rm中的內容除以2的n次方。將

原來的位［31］拷貝到寄存器左邊的n位中，即空

出的最高位補符號位。

■算術左移n位即Rm中的內容乘以2的n次方。將

原來的位［31］拷貝到CPSR的C位中，寄存器右

邊的n位清零。

ARM指令系統

LSR和LSL

-邏輯右移n位，即將Rm的內容除以2的n次方。

寄存器左邊的n位清零。

-邏輯左移n位，即將Rm的內容乘以2的n次方。

寄存器右邊的n位清零。

ARM指令系統

^|ROR_____

循環右移n位，把寄存器右邊的n位移動到結果

的左邊n位。

ARM指令系統

RRX

帶擴展的循環右移將Rm的內容循環右移一位。

進位標志拷貝到Rm的位31。

ARM指令系統

移位指令(操作)

■ARM微處理器內嵌的桶型移位器(BarrelShifter),支

持數據的各種移位操作，移位操作在ARM指令集中不作

為單獨的指令使用，它只能作為指令格式中的一個字段，

在匯編語言中表示為指令中的選項。例如，數據處理指令

的第二個操作數為寄存器時，就可以加入移位操作選項對

它進行各種移位操作。移位操作包括如下6種類型，ASL

和LSL是等價的，可以自由互換：

LSL邏輯左移ASL算術左移

LSR邏輯右移ASR算術右移

ROR循環右移RRX帶擴展的循環右移

ARM指令系統

當LSL（或ASL）操作

■LSL（或ASL）操作的格式為：

通用寄存器，LSL（或ASL）操作數

■LSL（或ASL）可完成對通用寄存器中的內容進行邏輯

（或算術）的左移操作，按操作數所指定的數量向左移位,

低位用零來填充。其中，操作數可以是通用寄存器，也可

以是立即數（0?3工）。

MOVRO,RI,LSL#2

ARM指令系統

[SR操作

■LSR操作的格式為：

通用寄存器，LSR操作數

■LSR可完成對通用寄存器中的內容進行右移的操作，按操

作數所指定的數量向右移位，左端用零來填充。其中，操

作數可以是通用寄存器，也可以是立即數（0?31）。

MOVRO,RI,LSR#2

ARM指令系統

&ASR操作

-ASR操作的格式為：

通用寄存器，ASR操作數

-ASR可完成對通用寄存器中的內容進行右移的操作，按操

作數所指定的數量向右移位，左端用第31位的值來填充。

其中，操作數可以是通用寄存器，也可以是立即數（0~

31）o

MOVRO,RlzASR#2

ARM指令系統

3ROR操作

-ROR操作的格式為:

通用寄存器，ROR操作數

-ROR可完成對通用寄存器中的內容進行循環右移

的操作，按操作數所指定的數量向右循環移位，

左端用右端移出的位來填充。其中，操作數可以

是通用寄存器，也可以是立即數（0?31）。顯

然，當進行32位的循環右移操作時，通用寄存器

中的值不改變。

MOVRO,RI,ROR#2

ARM指令系統

操作

■RRX操作的格式為:

通用寄存器，RRX操作數

■RRX可完成對通用寄存器中的內容進行帶擴展的循環右移

的操作，按操作數所指定的數量向右循環移位，左端用進

位標志位C來填充。其中，操作數可以是通用寄存器，也

可以是立即數（0?31）。

MOVRO,RI,RRX#2

ARM指令系統

MOV指令

-MOV指令的格式為：

MOV（條件}{S}目的寄存器，源操作數

-MOV指令可完成從另一個寄存器、被移位的寄存器，或

將一個立即數加載到目的寄存器。其中s選項決定指令的

操作是否影響CPSR中條件標志位的值，當沒有S時指令

不更新CPSR中條件標志位的值。指令示例：

MOVRLR0

MOVR，RO,LSL#3

ARM指令系統

MVN指令

-MVN指令的格式為：

MVN{條件＞{S}目的寄存器，源操作數

-MVN指令可完成從另一個寄存器、被移位的寄存器、或

將一個立即數加載到目的寄存器。與MOV指令不同之處

是在傳送之前按位被取反了，即把一個被取反的值傳送到

目的寄存器中。其中S決定指令的操作是否影響CPSR中

條件標志位的值，當沒有S時指令不更新CPSR中條件標

志位的值。

MVNR0,#0

ARM指令系統

,CMP指令

FCMP指令的格式為:

CMP｛條件｝操作數工，操作數2

■CMP指令用于把一個寄存器的內容和另一個寄存器的內

容或立即數進行比較，同時更新CPSR中條件標志位的值。

該指令進行一次減法運算，但不存儲結果，只更改條件標

志位。標志位表示的是操作數工與操作數2的關系（大、小、

相等），例如，當操作數工大于操作操作數2,則此后的有

GT后綴（大于）的指令將可以執行。

CMPRI,R0；將寄存器R1的值與寄存器R0的值相減，并

根據結果設置CPSR的標志位

CMPR1,#100;將寄存器R1的值與立即數100相減，并

根據結果設置CPSR的標志位

ARM指令系統

&CMN指令

-CMN指令的格式為：

CMN｛條件｝操作數1,操作數2

■CMN指令用于把一個寄存器的內容和另一個寄存器內容

或立即數取反后進行比較，同時更新CPSR中條件標志位

的值。該指令實際完成操作數1和操作數2相加，并根據

結果更改條件標志位。

CMNRI,R0；將寄存器R1的值與寄存器R0的值相加，并

根據結果設置CPSR的標志位

CMNR1,#工00；將寄存器R1的值與立即數100相加，并

根據結果設置CPSR的標志位

ARM指令系統

jgTST指令

■TST指令的格式為：

TST｛條件｝操作數工，操作數2

■TST指令用于把一個寄存器的內容和另一個寄存器的內容

或立即數進行按位的與運算，并根據運算結果更新CPSR

中條件標志位的值。操作數工是要測試的數據，而操作數

2是一個位掩碼，該指令一般用來檢測是否設置了特定的

位。經過測試后，如果匹配則設置Zero標志，否則清除

它。

TSTR1,#1

TSTRI,#Oxffe

ARM指令系統

&TEQ指令

-TEQ指令的格式為：

TEQ｛條件｝操作數工，操作數2

■TEQ指令用于把一個寄存器的內容和另一個寄存器的內容

或立即數進行按位的異或運算，并根據運算結果更新

CPSR中條件標志位的值。該指令通常用于比較操作數工

和操作數2是否相等。

TEQRI,R2

ARM指令系統

ADD指令

■ADD指令的格式為:

ADD｛條件｝｛S｝目的寄存器，操作數1,操作數2

■ADD指令用于把兩個操作數相加，并將結果存放到目的

寄存器中。操作數工應是一個寄存器，操作數2可以是一

個寄存器、被移位的寄存器、或一個立即數。

ADDRO,RI.R2

ADDRO,RI,#256

ADDRO,R2,R3,LSL#1

ARM指令系統

IADC指令

-加卜指令的格式為:-

ADC｛條件｝｛S｝目的寄存器，操作數1,操作數2

■ADC指令用于把兩個操作數相加，再加上CPSR中C條件標志位

的值，并將結果放到目的寄存器中。操作數工應是一個寄存器，

操作數2可以是一個寄存器、被移位的寄存器、或一個立即數。

，以下指令序列完成兩個128位數的加法，第一個數存放在寄存器

R7?R4,第二個數存放在寄存器R1工?R8,運算結果存放在寄

存器R3?R0：

ADDSRO,R4,R8；力口低端的字

ADCSRI,R5,R9；加第二個字，帶進位

ADCSR2,R6,R10；加第三個字，帶進位

ADCR3,R7,R11；力口第四個字，帶進位

ARM指令系統

&SUB指令

-SUB指令的格式為：

SUB｛條件｝｛S｝目的寄存器，操作數1,操作數2

-SUB指令用于把操作數工減去操作數2,并將結果存放到目的

寄存器中。操作數工應是一個寄存器，操作數2可以是一個寄

存器、被移位的寄存器、或一個立即數。該指令可用于有符

號數或無符號數的減法運算。

SUBRO,RI,R2；RO=RI-R2

SUBRO,RI,#256；RO=RI-256

SUBRO,R2,R3,LSL#1；RO=R2-(R3?1)

ARM指令系統

&SBC指令

-SBC指令的格式為：

SBG［條件｝｛S｝目的寄存器，操作數1,操作數2

■SBC指令用于把操作數1減去操作數2,再減去CPSR中的

C條件標志位的反碼，并將結果存放到目的寄存器中。操

作數工應是一個寄存器，操作數2可以是一個寄存器、被

移位的寄存器、或一個立即數。

SBCSRO,RI,R2

ARM指令系統

RSB指令

-RSB指令的格式為：

RSB｛條件｝｛S｝目的寄存器，操作數1,操作數2

-RSB指令稱為逆向減法指令，用于把操作數2減去操作數

1,并將結果存放到目的寄存器中。操作數工應是一個寄

存器，操作數2可以是一個寄存器、被移位的寄存器、或

一個立即數。

RSBRO,RI,R2

RSBRO,R1,#256

RSBRO,R2,R3,LSL#1

ARM指令系統

RSC指令

■RSC指令的格式為:

RSC｛條件｝｛S｝目的寄存器，操作數工，操作數2

■RSC指令用于把操作數2減去操作數工，再減去CPSR中的

C條件標志位的反碼，并將結果存放到目的寄存器中。操

作數工應是一個寄存器，操作數2可以是一個寄存器、被

移位的寄存器、或一個立即數。該指令使用進位標志來表

示借位，這樣就可以做大于32位的減法，注意不要忘記

設置S后綴來更改進位標志O

RSCRO,RI,R2

ARM指令系統

AND指令

■AND指令的格式為:

AND｛條件｝｛S｝目的寄存器，操作數工，操作數2

■AND指令用于在兩個操作數上進行邏輯與運算，并把結

果放置到目的寄存器中。操作數工應是一個寄存器，操作

數2可以是一個寄存器、被移位的寄存器、或一個立即數。

該指令常用于屏蔽操作數工的某些位。

ANDRO,RO,#3

ARM指令系統

；ORR指令

■ORR指令的格式為：

ORR｛條件｝｛S｝目的寄存器，操作數工，操作數2

■ORR指令用于在兩個操作數上進行邏輯或運算，并把結

果放置到目的寄存器中。操作數工應是一個寄存器，操作

數2可以是一個寄存器，被移位的寄存器，或一個立即數。

該指令常用于設置操作數工的某些位。

ORRRO,R0,#3

ARM指令系統

EOR指令

■EOR指令的格式為：

EOR｛條件＞｛S｝目的寄存器，操作數工，操作數2

■EOR指令用于在兩個操作數上進行邏輯異或運算，并把結

果放置到目的寄存器中。操作數工應是一個寄存器，操作

數2可以是一個寄存器，被移位的寄存器，或一個立即數。

該指令常用于反轉操作數工的某些位。

EORRO,R0,#3

ARM指令系統

BIC指令

■BIC指令的格式為:

BIC｛條件｝｛S｝目的寄存器，操作數工，操作數2

■BIC指令用于清除操作數1的某些位，并把結果放置到目

的寄存器中。操作數工應是一個寄存器，操作數2可以是

一個寄存器，被移位的寄存器，或一個立即數。操作數2

為32位的掩碼，如果在掩碼中設置了某一位，則清除這

一位。未設置的掩碼位保持不變。

BICRO,RO,#OxOb

ARM指令系統

'乘法指令與乘加指令

GRM微處理器支持的乘法指令與乘加指令共有6條，可分

為運算結果為32位和運算結果為64位兩類，與前面的數

據處理指令不同，指令中的所有操作數、目的寄存器必須

為通用寄存器，不能對操作數使用立即數或被移位的寄存

器，同時，目的寄存器和操作數工必須是不同的寄存器。

■乘法指令與乘加指令共有以下6條:

■MUL32位乘法指令

■MLA32位乘加指令

■SMULL64位有符號數乘法指令

■SMLAL64位有符號數乘加指令

■UMULL64位無符號數乘法指令

■UMLAL64位無符號數乘加指令

ARM指令系統

MUL指令

■MUL指令的格式為：

MUL（條件}{S}目的寄存器，操作數1,操作數2

■MUL指令完成將操作數工與操作數2的乘法運算，并把結

果放置到目的寄存器中，同時可以根據運算結果設置

CPSR中相應的條件標志位。其中，操作數工和操作數2均

為32位的有符號數或無符號數。

MULRO,RI,R2

MULSRO,RI,R2

ARM指令系統

MLA指令

■MLA指令的格式為:

MLA｛條件｝｛S｝目的寄存器，操作數1,操作數2,操作數3

■MLA指令完成將操作數［與操作數2的乘法運算，再將乘積加

上操作數3,并把結果放置到目的寄存器中，同時可以根據運

算結果設置CPSR中相應的條件標志位。其中，操作數工和操

作數2均為32位的有符號數或無符號數。

MLARO,RLR2,R3

MLASRO,RI,R2,R3

ARM指令系統

SMULL指令

■SMULL指令的格式為：

SMULL{條件＞{S}目的寄存器Low,目的寄存器High,

操作數工，操作數2

■SMULL指令完成將操作數工與操作數2的乘法運算，并把結

果的低32位放置到目的寄存器Low中，結果的高32位放置

到目的寄存器High中，同時可以根據運算結果設置CPSR中

相應的條件標志位。其中，操作數1和操作數2均為32位的

有符號數。

SMULLRO,RI,R2,R3

ARM指令系統

ISMLAL指令

%SMLAL指令的格式為:

-1LAL{條件}{S}I的寄存器Low,目的寄存器High,

操作數工，操作數2

■SMLAL指令完成將操作數1與操作數2的乘法運算，并把

結果的低32位同目的寄存器Low中的值相加后又放置到

目的寄存器Low中，結果的高32位同目的寄存器High中

的值相加后又放置到目的寄存器High中，同時可以根據

運算結果設置CPSR中相應的條件標志位。其中，操作數

1和操作數2均為32位的有符號數。

，對于目的寄存器Low,在指令執行前存放64位加數的低

32位，指令執行后存放結果的低32位。

，對于目的寄存器High,在指令執行前存放64位加數的高

32位，指令執行后存放結果的高32位。

SMLALRO,RI,R2,R3

ARM指令系統

UMULL指令

■UMULL指令的格式為:

UMULL｛條件｝<S｝目的寄存器Low,目的寄存器High,

操作數1,操作數2

■UMULL指令完成將操作數工與操作數2的乘法運算，并把

結果的低32位放置到目的寄存器Low中，結果的高32位

放置到目的寄存器High中，同時可以根據運算結果設置

CPSR中相應的條件標志位。其中，操作數工和操作數2均

為32位的無符號數。

UMULLRO,RI,R2,R3

ARM指令系統

UMLAL指令

7.MLAL指令的格式為:

品LAL｛條件｝｛S｝目的寄存器Low,目的寄存器High,

操作數工，操作數2

-UMLAL指令完成將操作數工與操作數2的乘法運算，并把

結果的低32位同目的寄存器Low中的值相加后又放置到

目的寄存器Low中，結果的高32位同目的寄存器High中

的值相加后又放置到目的寄存器High中，同時可以根據

運算結果設置CPSR中相應的條件標志位。其中，操作數

1和操作數2均為32位的無符號數。

，對于目的寄存器Low,在指令執行前存放64位加數的低

32位，指令執行后存放結果的低32位。

，對于目的寄存器High,在指令執行前存放64位加數的高

32位,指令執行后存放結果的高32位。

UMLALRO,RI,R2,R3

ARM指令系統

三、程序狀態寄存器訪問指令

-ARM微處理器支持程序狀態寄存器訪問指令，

用于在程序狀態寄存器和通用寄存器之間傳送數

據，程序狀態寄存器訪問指令包括以下兩條：

>MRS程序狀態寄存器到通用寄存器的數據傳

送指令

>MSR通用寄存器到程序狀態寄存器的數據傳

送指令

三、程序狀態寄存器訪問指令

*程序狀態寄存器的每一位的安排

IRQdisable

ARM指令系統

程序狀態寄存器（PSR）處理指令MRS/MSR

RS狀態寄存器的內容讀取到通用寄存器

■MSR立即數或通用寄存器內容寫到狀態寄存器的指定區

域

MSR{cond}<PSR>_<fields>f#immed_8r

“MSR{cond}<PSR>_<fields>zrm

?fields:c控制域(PSR[7:0])

>x擴展域(PSR[15:8])

,s狀態域(PSR[23:[6])

》f標志域(PSR[3L24])

ARM指令系統

&MRS指令

KIRS指令的格式為：

MRS｛條件｝通用寄存器，程序狀態寄存器（CPSR或SPSR）

■MRS指令用于將程序狀態寄存器的內容傳送到通用寄存器

中。該指令一般用在以下幾種情況：

，當需要改變程序狀態寄存器的內容時，可用MRS將程序狀

態寄存器的內容讀入通用寄存器，修改后再寫回程序狀態寄

存器。

〃當在異常處理或進程切換時，需要保存程序狀態寄存器的值,

可先用該指令讀出程序狀態寄存器的值，然后保存。

MRSRO,CPSR

MRSRO，SPSR

ARM指令系統

MSR指令

一MSR指令的格式為:

MSR｛條件｝程序狀態寄存器（CPSR或SPSR）_V域,，操作數

■MSR指令用于將操作數的內容傳送到程序狀態寄衣器的特定域中。

其中，操作數可以為通用寄存器或立即數。v域＞用于設置程序狀態

寄存器中需要操作的位，32位的程序狀態寄存器可分為4個域：

，位［3L24］為條件標志位域，用俵示；

＞位［23：16］為狀態位域，用s表示；

＞位口5：8］為擴展位域，用x表示；

＞位［7：0］為控制位域，用c表示；

-該指令通常用于恢復或改變程序狀態寄存器的內容，在使用時，一般

要在MSR指令中指明將要操作的域。

MSRCPSR,R0

MSRCPSRc,R0

ARM指令系統

四、Load/Store加載/存儲數據指令

M微處理器支持加載/存儲指令用于在寄存器和存儲器之

間傳送數據，加載指令用于將存儲器中的數據傳送到寄存

器，存儲指令則完成相反的操作。常用的加載存儲指令如

下：

■LDR字數據加載指令LDRB字節數據加載指令

-LDRH半字數據加載指令STR字數據存儲指令

■STRB字節數據存儲指令STRH半字數據存儲指令

■LDM批量數據加載指令STM批量數據存儲指令

ARM指令系統

川載/存儲指令(LDR/STR/LDM/STM)

■LDR/STR采用寄存器間接尋址和基址變址尋址的方式

?零偏移；

>LDRrO,[rl]

>STRrO,[rl]

■程序相對偏移；

>LDRrO,=0x12345678

■后索引偏移；

>LDRrO,[rl3],#0x04

;r0^[rl3],rl3=rl3+0x04

ARM指令系統

L力口載/存儲藍(LDR/STR/LDM/STM)

■dr偽指令可以在立即數前加上=,以表示把一個地址寫到

某寄存器中。

LDRRlz=0x12345678

■如果這些數值不太復雜，就會用mov指令代替，比如：

Idrri,=0x00

■在編譯時就會變成：

movr工,#0x00

■如果這些數值很復雜，那么編譯時，這個數值會被保存在

某個地方，然后使用讀內存的指令進行讀取，比如:

LDRRlz=0x12345678

■在編譯時變成：

Idrrlz[pczxxxxx];這個xxx與pc相力口，剛好就

是some」ocate的地址--編譯器會幫你做好這一切

somelocate:.word0x12345678

ARM指令系統

力口載/存儲指令(LDR/STR/LDM/STM)

3?沒有“二”號，它表示“讀內存”。

■比如：

LDRRO,LED_TAB

LDRRlz=LED_TAB

LEDTAB:.word0x12345678

■RO的值是0x12345678,RI的值是LED_TAB標

號值，就是0x12345678在內存中存放朝地址

ARM指令系統

1加載/存儲指令(LDR/STR/LDM/STM)

■前索引偏移；

OP{cond}Rd,[Rn,offset]{!}

aOffset就是數據處理指令中的第二操作數；

>!為一個可選的后綴，即是否修改Rn

aRn為R15時不能選擇該后綴；

LDRrO,[rl,#0x04]

LDRr0,[ri,#0x04]!

LDRrO,[rl,r2fASR#0x04]!

ARM指令系統

LDM/STM可以傳送R0-RT5的任意組合

OP{cond}modeRn{!},reglist{人}

mode:

IA每次傳送后地址加工FD滿遞減堆棧

IB每次傳送前地址加1ED空遞減堆棧

DA每次傳送后地址減1FA滿遞增堆棧

DB每次傳送前地址減1EA空遞增堆棧

ARM指令系統

LDM/STM后綴描述

-1回寫使能標志，有！，則當數據傳送完畢之后，將最后

的地址寫入基址寄存器，否則基址寄存器內容不變。

■人是否拷貝SPSR到CPSR,當指令為LDM、寄存器列表

中包含R15,有人，則表示除了正常數據傳送之外，還將

SPSR拷貝到CPSR,同時表示傳入傳出的是用戶模式下

的寄存器，不是當前模式下的寄存器。

LDMIArO,{rl,⑵r3,r4}

LDMIArO!,{ri,2r3,r4}

STMFDrl3!z{rOzr4?r7,LR};子程序入口

LDMFDrl3!z{rOzr4-r7,PC};子程序返回

ARM指令系統

ILDR指令

■?DR指今的格式頭b_____________________________

LDR｛條件｝目的寄存器，V存儲器地址,

■LDR指令用于從存儲器中將一個32位的字數據傳送到目

的寄存器中。該指令通常用于從存儲器中讀取32位的字

數據到通用寄存器，然后對數據進行處理。當程序計數器

PC作為目的寄存器時，指令從存儲器中讀取的字數據被

當作目的地址，從而可以實現程序流程的跳轉。該指令在

程序設計中比較常用，且尋址方式靈活多樣。

LDRRO,[R1]

LDRRO,[RI,R2]

LDRRO,[R1,#8]

LDRRO,[RI,R2]!

ARM指令系統

LDRB指令

「LDRB指令的格式為：

LDR｛條件｝B目的寄存器，V存儲器地址》

■LDRB指令用于從存儲器中將一個8位的字節數據傳送到

目的寄存器中，同時將寄存器的高24位清零。該指令通

常用于從存儲器中讀取8位的字節數據到通用寄存器，然

后對數據進行處理。當程序計數器PC作為目的寄存器時，

指令從存儲器中讀取的字數據被當作目的地址，從而可以

實現程序流程的跳轉。

LDRBRO,[R1]

LDRBRO,[R1,#8]

ARM指令系統

；LDRH指令

?LDRH指令的格式為：

LDR｛條件｝H目的寄存器，V存儲器地址〉

■LDRH指令用于從存儲器中將一個16位的半字數據傳送到

目的寄存器中，同時將寄存器的高16位清零。該指令通

常用于從存儲器中讀取16位的半字數據到通用寄存器，

然后對數據進行處理。當程序計數器PC作為目的寄存器

時，指令從存儲器中讀取的字數據被當作目的地址，從而

可以實現程序流程的跳轉。

LDRHRO,[RI]

LDRHRO,[RI,#8]

LDRHRO,[RI,R2]

ARM指令系統

STR指令

■STR指令的格式為：

STR｛條件｝源寄存器，V存儲器地址》

-STR指令用于從源寄存器中將一個32位的字數據傳送到

存儲器中。該指令在程序設計中比較常用，且尋址方式靈

活多樣，使用方式可參考指令LDR。

STRRO,[R1],#8

STRRO,[R1,#8]

ARM指令系統

STRB指令

■STRB指令的格式為：

STR｛條件＞B源寄存器，V存儲器地址,

-STRB指令用于從源寄存器中將一個8位的字節數據傳送

到存儲器中。該字節數據為源寄存器中的低8位。

STRBRO,[RI]

STRBRO,[RI,#8]

ARM指令系統

STRH指令

■STRH指令的格式為：

STR｛條件｝H源寄存器，V存儲器地址,

■STRH指令用于從源寄存器中將一個16位的半字數據傳送

到存儲器中。該半字數據為源寄存器中的低工6位。

STRHRO,[RI]

STRHRO,[RI,#8]

ARM指令系統

土批量數據加載/存儲指令

-ARM微處理器所支持批量數據加載/存儲指令可以一次

在一片連續的存儲器單元和多個寄存器之間傳送數據，

批量加載指令用于將一片連續的存儲器中的數據傳送到

多個寄存器，批量數據存儲指令則完成相反的操作。常

用的加載存儲指令如下：

LDM批量數據加載指令

STM批量數據存儲指令

ARM指令系統

LDM（或STM）指令

-LDM（或STM）指令的格式為：

LDM（或STM）｛條件｝｛類型｝基址寄存器｛!｝,寄存器列

表｛八｝

■LDM（或STM）指令用于從由基址寄存器所指示的一片連

續存儲器到寄存器列表所指示的多個寄存器之間傳送數據,

該指令的常見用途是將多個寄存器的內容入棧或出棧。

LDMR0!z{rO-r4}

ARM指令系統

｛類型｝為以下幾種情況

IA每次傳送后地址加工；

IB每次傳送前地址加工；

DA每次傳送后地址減工；

DB每次傳送前地址減1；

FD滿遞減堆棧；

ED空遞減堆棧；

FA滿遞增堆棧

EA空遞增堆棧

ARM指令系統

后綴

!｝為可選后綴，若選用該后綴，則當數據傳送完畢之

后，將最后的地址寫入基址寄存器，否則基址寄存器的內

容不改變。

■基址寄存器不允許為R15,寄存器列表可以為R0?R15

的任意組合。

■｛八｝為可選后綴，當指令為LDM且寄存器列表中包含

R15,選用該后綴時表示：除了正常的數據傳送之外，還

將SPSR復制到CPSR。同時，該后綴還表示傳入或傳出

的是用戶模式下的寄存器，而不是當前模式下的寄存器。

STMFDIU3!,{RO,R4-R12,LR}

LDMFDR13!,{RO,R4-R12,PC}

ARM指令系統

士數據交換指令

■ARM微處理器所支持數據交換指令能在存

儲器和寄存器之間交換數據。數據交換指

令有如下兩條：

SWP字數據交換指令

SWPB字節數據交換指令

ARM指令系統

&SWP指令

-SWP指令的格式為：

SWP｛條件｝目的寄存器，源寄存器1,[源寄存器2]

-SWP指令用于將源寄存器2所指向的存儲器中的字數據傳

送到目的寄存器中，同時將源寄存器工中的字數據傳送到

源寄存器2所指向的存儲器中。顯然，當源寄存器工和目

的寄存器為同一個寄存器時，指令交換該寄存器和存儲器

的內容。

SWPRO,RI,[R2]

SWPRO,RO,[R1]

ARM指令系統

&SWPB指令

-SWPB指令的格式為：

SWP｛條件｝B目的寄存器，源寄存器工，[源寄存器2]

-SWPB指令用于將源寄存器2所指向的存儲器中的字節數

據傳送到目的寄存器中，目的寄存器的高24清零，同時

將源寄存器1中的字節數據傳送到源寄存器2所指向的存

儲器中。顯然，當源寄存器工和目的寄存器為同一個寄存

器時，指令交換該寄存器和存儲器的內容。

SWPBRO,RI,[R2]

SWPBRO,RO,[RI]

ARM指令系統

］協處理器指令

-ARM920T處理器通過一個外部協處理器接口來支持

連接片上協處理器。

-ARM920T協處理器接口允許你附加一個專門設計的

協處理器到ARM920T。包括：附加一個加速器。如

用于浮點運算，DSP,3?D圖形，加密解密。

-ARM920T處理器包括兩個內部協處理器

1.CP14：用于調試控制

2.CP15：用于內存系統控制和測試控制

?參考：ArmArchitectureReference.pdf485^

ARM指令系統

協處理器指令

的微處理器可支持多達16個協處理器，用于各種協處理操作，

在程序執行的過程中，每個協處理器只執行針對自身的協處理指

令，忽略ARM處理器和其他協處理器的指令。

■ARM的協處理器指令主要用于ARM處理器初始化ARM協處理器

的數據處理操作，以及在ARM處理器的寄存器和協處理器的寄

存器之間傳送數據，和在ARM協處理器的寄存器和存儲器之間

傳送數據。ARM協處理器指令包括以下5條：

CDP協處理器數操作指令

LDC協處理器數據加載指令

STC協處理器數據存儲指令

MCR寄存器到協處理器寄存器的數據傳送指令

MRC協處理器寄存器到寄存器的數據傳送指令

ARM指令系統

*DP指令

-CDP指令的格式為：

CDP｛條件｝協處理器編碼，協處理器操作碼工，目的寄

存器，源寄存器工，源寄存器2,協處理器操作碼2。

■CDP指令用于ARM處理器通知ARM協處理器執行特定的

操作，若協處理器不能成功完成特定的操作，則產生未定

義指令異常。其中協處理器操作碼工和協處理器操作碼2

為協處理器將要執行的操作，目的寄存器和源寄存器均為

協處理器的寄存器，指令不涉及ARM處理器的寄存器和

存儲器。

CDPP3,2,C12,CIO,C3,4

;該指令完成協處理器P3的初始化

ARM指令系統

LLDC指令

FLDC指令的格式為：

LDC｛條件｝｛L｝協處理器編碼，目的寄存器，[源寄存器]

■LDC指令用于將源寄存器所指向的存儲器中的字數據傳送

到目的寄存器中，若協處理器不能成功完成傳送操作，則

產生未定義指令異常。其中，｛L｝選項表示指令為長讀取

操作，如用于雙精度數據的傳輸。

LDCP3,C4,[R0]

;將ARM處理器的寄存器R0所指向的存儲器中的字數據

傳送到協處理器P3的寄存器C4中

ARM指令系統

STC指令

「STC指令的格式為：

STC｛條件｝｛L｝協處理器編碼，源寄存器，[目的寄存器]

■STC指令用于將源寄存器中的字數據傳送到目的寄存器所

指向的存儲器中，若協處理器不能成功完成傳送操作，則

產生未定義指令異常。其中，｛L｝選項表示指令為長讀取

操作，如用于雙精度數據的傳輸。

STCP3,C4,[R0]

;將協處理器P3的寄存器C4中的字數據傳送到ARM處

理器的寄存器R0所指向的存儲器中

ARM指令系統

MCR指令

MCR指令的格式為：

MCR｛條件｝協處理器編碼，協處理器操作碼工，源寄存

器，目的寄存器工，目的寄存器2,協處理器操作碼2。

■MCR指令用于將ARM處理器寄存器中的數據傳送到協處

理器寄存器中，若協處理器不能成功完成操作，則產生未

定義指令異常。其中協處理器操作碼工和協處理器操作碼

2為協處理器將要執行的操作，源寄存器為ARM處理器的

寄存器，目的寄存器工和目的寄存器2均為協處理器的寄

存器。

MCRP3,3,RO,C4,C5,6

；該指令將ARM處理器寄存器RO中的數據傳送到協處理

器P3的寄存器C4和C5中

ARM指令系統

MRC指令

rMRC指令的格式為：

MRC｛條件｝協處理器編碼，協處理器操作碼工，目

的寄存器，源寄存器工，源寄存器2,協處理器操作碼2。

■MRC指令用于將協處理器寄存器中的數據傳送到ARM處

理器寄存器中，若協處理器不能成功完成操作，則產生未

定義指令異常。其中協處理器操作碼工和協處理器操作碼

2為協處理器將要執行的操作，目的寄存器為ARM處理器

的寄存器，源寄存器工和源寄存器2均為協處理器的寄存

器。

MRCP3,3,RO,C4,C5,6

；該指令將協處理器P3的寄存器中的數據傳送到ARM處

理器寄存器中

ARM指令系統

土異常產生指令

■ARM微處理器所支持的異常指令有如下兩

條：

>SWI軟件中斷指令

>BKPT斷點中斷指令

ARM指令系統

LSWI指令

Pswi指令的格式為：

SWI｛條件｝24位的立即數

■SWI指令用于產生軟件中斷，以便用戶程序能調用操作系

統的系統例程。操作系統在SWI的異常處理程序中提供相

應的系統服務，指令中24位的立即數指定用戶程序調用

系統例程的類型，相關參數通過通用寄存器傳遞，當指令

中24位的立即數被忽略時，用戶程序調用系統例程的類

型由通用寄存器R0的內容決定，同時，參數通過其他通

用寄存器傳遞。

SWI0x02

ARM指令系統

.BKPT指令

■BKPT指令的格式為：

BKPT16位的立即數

■BKPT指令產生軟件斷點中斷，可用于程序

的調試。

THUMB指令系統

《Thumb指令集

■Thumb指令集是針對代碼密度的問題而提出的。可以看

作是ARM指令集的子集。

■所有Thumb指令均有對應的ARM指令，而Thumb編程

模型也對應于Thumb模型。

-Thumb是一個不完整的體系結構，不能指望處理器只執

行Thumb代碼而不支持ARM指令集。一般Thumb代碼

只需支持通用功能，必要時可以借助ARM指令集（例：

所有異常自動進入ARM模式）

■應用程序可以靈活的將ARM指令和Thumb程序混合，以

便提高性能和代碼密度。同時達到降低功耗、節約成本和

提高性能的目的。

THUMB指令系統

&Thumb指令集的執行

-在任何時刻，對指令流的解釋取決于CPSR的第5

位，即位T,若T置位，則認為指令流為16位的

Thumb指令；否則為標準的ARM指令。

-并不是所有的ARM處理器都支持Thumb指令。

只有在命名中有字母T的才支持，例如以上提到

的ARM7TDMI。

THUMB指令系統

Thumb模式的進入和退出

■復位后，ARM啟動并執行ARM指令。轉向執行Thumb指

令的通常方法是執行一條交換轉移指令BX。若BX指令指

定的操作數寄存器的最低位為工，則將T置位，并將程序

計數器切換為寄存器其他位給出的地址。

■異常返回也可以將微處理器從ARM狀態轉換為Thumb狀

態。通常這種指令用于返回到進入異常前所執行的指令流,

而不是特地用于轉換到Thumb模式。

■執行ThumbBX指令可以返回到ARM指令流。

THUMB指令系統

[Thumb轉移指令

同RM指令有一個大的（24位）偏移域（offsetfield）,這不可

能在16位Thumb指令格式中表示。為此，Thumb指令集有

多種方法實現其余功能。格式：

>B<cond><lable>

》B<lable>

>BL<lable>

>BLX<lable>

>B{L}XRm

-轉移指令的典型用法如下：

1）短距離條件轉移指令可用于控制循環的退出。

2）中等距離的無條件轉移指令用于實現類似got。功能o

3）長距離子程序調用.

THUMB指令系統

Thumb轉移指令—Bvlabel>指令

B{cond}<label>/*8位偏移，目標為Thumb代碼*/

B<label>/*工工位偏移，目標為Thumb代碼*/

■這兩種格式是條件域和偏移長度的折衷。指令首先將偏移值

左移工位，實現16位對齊，然后擴展到32位，因此他們的偏移

量分別為土256字節和土2K字節。

THUMB指令系統

Thumb轉移指令一BLvlabel>指令

BL<label>/*工工位偏移，目標為Thumb代碼*/

■轉移鏈接子程序通常需要一個大的范圍，很難用工6位指令

格式實現。為此，Thumb采用兩條這樣格式的指令組合成

22位半字偏移（符號擴展為32位），使指令轉移范圍為

±4MBo

■為了使這兩條轉移指令相互獨立，以致使他們之間也能響

應中斷等，將鏈接寄存器LR作為暫存器使用，LR在這兩條

指令執行完成后會被覆蓋，因此，LR中不能裝有有效內容。

這個指令對的操作如下：

（第一條）LR：=PC+（偏移量左移工2后符號擴展至32位）

（第二條）PC：=LR+（偏移量左移工位）

LR=oldPC+3

THUMB指令系統

JThumb轉移指令一BLXvlabel>指令

BLX<label>/*目標為ARM代碼*/

■該指令只在v5T結構中有效。它使用與上面BL指令同樣的第一步，

即

（第一條）LR：=PC+（偏移量左移12后符號擴展至32位）

（第二條）PC：=LR+（偏移量左移工位）

LR=oldPC+3

Thumb位清0。

-應注意轉移的目標是ARM指令，偏移地址只需要工。位，而且PC

值的位口］可能為工，因此，必須進行清0操作。

THUMB指令系統

Thumb轉移指令—BLXRm指令

■B<L}XRm

-目標為ARM代碼或Thumb代碼

-與上一條代碼不同的就是「14的值為后續地址加工,

以表示被Thumb代碼調用。

THUMB指令系統

Thumb軟中斷指令

■Thumb軟中斷指令的行為與ARM等價指令完全

相同。進入異常的指令使微處理器進入ARM執行

狀態。

-該代碼使用8位立即數，這將會把Thumb代碼的

SW1指令限制到前28=256種，而ARM的SW工指

令可以達到224=1600萬種。

THUMB指令系統

Thumb數據處理指令

■Thumb數據處理指令包括一組高度優化且相當復雜的指令，范

田涵蓋編譯器通常需要的大多數操作。

■在Thumb指令集中有等價指令的ARM數據處理指令如下所列:

口使用低8個通用寄存器(r0?r7)的指令：

ARM指令Thumb指令

>MOVSRd.#<#imm8>MOVRd,#<#imm8>

>MVNSRd,RmMVNRd,Rm

>CMPRn.#<#imm8>CMPRn,#<#imm8>

THUMB指令系統

Thumb數據處理指令與等價的ARM指令

ARM指令Thumb指令

>CMPRn,RmCMPRn,Rm

>CMNRn,RmCMNRn,Rm

>TSTRn,KmTSTRn,Rm

》ADDSRd,Rn,#<#Imm3>ADDRd,Rn,#<#imm3>

》ADDSRd,Rd,#<#lmm8>ADDRd,#<#imm8>

>ADDSRd,Rn,RmADDRd,Rn,Rm

>ADCSRd,Rd,RmADCRd,Rm

>SUBSRd,Rn,#<#imm3>SUBRd,Rn,#<#imm3>

>SUBSRd,Rd,#<#imm8>SUBRd,#<#imm8>

THUMB指令系統

Thumb數據處理指令與等價的ARM指令

ARM指令Thumb指令

>SUBSRd,Rn,RmSUBRd,Rn,Rm

>SBCSRd,Rd.RmSBCRd,Rm

>RSBSRd,Rn,#0NEGRd,Rn

>MOVSRd,Rm,LSL#<#sh>LSLRd,Rm,#<#sh>

>MOVSRd,Rd,LSLRsLSLRd,R9

>MOVSRd,Rm,LSR#<#sh>LSRRd,Rm,#<#sh>

>MOVSRd,Rd,LSRRsLSRRd,Rs

>MOVSRd,RmzASR#<#sh>ASRRd,Rm,#<#sh>

>MOVSRd,Rd,RORRsASRRd，Rs

THUMB指令系統

Thumb數據處理指令與等價的ARM指令

ARM指令Thumb指令

MOVSRd,Rd,RORRsRORRd,Rs

ANDSRd,Rd,RmANDRd,Rm

EORSRd,Rd,RmEORRd,Rm

ORRSRd,Rd.RmORRRd,Rm

BICSRd,Rd,RmBICRd,Rm

MULSRd,Rm,RdMULRd,Rm

THUMB指令系統

'Thumb數據處理指令與等價的ARM指令

□使用高8個寄存器(r8?r15)的指令，在有些情況下結合

低8個寄存器使用：

ARM指令Thumb指令

>ADDRd,Rd,RmADDRd,Rm(l/2Hiregs)

>CMPRn,RmCMPRn,Rm(l/2Hiregs)

>MOVRd,RmADDRd,Rm(l/2Hiregs)

>ADDRd,pc,#<#imm8>ADDRd,pc,#<#imm8>

,ADDRd,sp,#<#imm8>ADDRd,sp,#<#imm8>

>ADDsp,sp,#<#imm8>ADDsp,sp,#<#imm8>

>SUBsp,sp,#<#imm8>SUBsp,sp,#<#imm8>

THUMB指令系統

Thumb數據處理指令與等價的ARM指令

■注意事項：

口所有對低8個寄存器操作的數據處理指令都更新條件碼位

（等價的ARM指令位s置位）。

□對高8個寄存器操作的指令不改變條件碼位。CMP指令除

外，它只改變條件碼。

□上面的指令中“1/2Hiregs”表示至少有1個寄存器操作

數是高8位寄存器。

□#imm3>#imm7.#imm8分別表示3位、7位和8位立

即數域。#sh表示5位的移位數域。

THUMB指令系統

Thumb單寄存器數據傳送指令

LDR|STR{B}Rd,[Rnz#off5]

LDRH|STRHRd,[Rn,#off5]

LDR|STR{S}<H|B}Rd,[Rn,Rm]

LDRRd,[pc,#off8]

LDR|STRRd,[sp9#off8]

■說明

＞這些指令是從ARM單寄存器傳送指令中精心導出的子集，并且與等

價的ARM指令有嚴格相同的語義。

“在所有的指令中，對偏移量需要根據數據類型按比例調整。例如，5

位偏移量的范圍在字節Load和Store指令中是32字節，在半字Load

和Store指令中是64字節，在字Load和Store指令中是128字節

THUMB指令系統

Thumb多寄存器數據傳送指令

-同ARM指令一樣，Thumb多寄存器數據傳送指令可以用

于過程調用與返回以及存儲器塊拷貝。但為了編碼的緊湊

性，這兩種用法由分開的指令實現，其尋址方式的數量也

有所限制，在其他方面，這些指令的性質與等價的ARM

指令相同。

LDMIARn!,<<reglist>>

STMIARn!,{vreglist〉}

POP{<reglist><,pc}}

PUSH{<reglist><,lr}}

THUMB指令系統

,Thumb多寄存器數據傳送指令

森藐除贏最誦LDMIA和STMIA尋址模式。寄存

器(低8個寄存器r0~r7)中的任何一個可以作為基址寄

存器。

-寄存器列表可以是這些寄存器的任意子集，但不應包括基

址寄存器，因為總是選擇回寫。

■堆棧形式使用SP(r13)作為基址寄存器，并且也總是使用

回寫。堆棧的模式也固定為滿棧遞減。寄存器列表除了可

以是8個Lo寄存器外，鏈接寄存器LR可以出現在PUSH指

令中，程序計數器PC可以出現在POP指令中，以優化過

程調用及返回程序。

THUMB指令系統

4Thumb的應用

小端的32位ARM系統可以用Thumb代碼實現特定的非關

鍵程序，以節省功耗或降低對存儲器的需求。

■低端的工6位系統可以有小規模的32位片上RAM供運行

ARM代碼的關鍵程序使用，所有非關鍵程序使用片外

Thumb代碼。

■上面第二種情況或許更接近于Thumb所適宜的應用。在

移動電話和尋呼機的應用中，需要ARM最大處理能力的

實時信號處理(DSP)功能。但這些程序可以緊湊編碼并放

在小規模的片上存儲器中。那些控制用戶界面、電池管理

系統等等復雜的比較長的代碼是非實時的，可由Thumb

代碼放在片外ROM中，由8位或16位總線就可以得到好

的性能，同時降低成本和延長電池壽命。

ATPCS介紹

lATPCS(ARMThumbProce