ARM汇编指令总结

2023-12-31 15:08| 来源: 网络整理| 查看: 265

一、什么是指令集

在计算机的世界里，CPU只能识别二进制的机器码，对于一个32位ARMv7架构来说，每一个指令由32个0或1的组合组成，CPU的设计者会指定一组固定的组合格式，告诉CPU完成什么动作，这组固定格式的0或1的组合就是指令集。对于程序员来说，阅读二进制的机器码是一个相当大的挑战，为了便于编写程序，最早的汇编语言就诞生了，比如 ADD R0，R1，R2 这句话的的作用是寄存器R1、R2里的值求和后，存储到R0里面。汇编语言通过编译器的编译，转换成CPU能够识别的二进制机器码。

二、ARM指令集版本历史

计算机完成一定的操作通过指令来实现，不同的指令方式被称为计算机架构，目前计算机主要有三大架构阵营，一是CISC（Complex Instruction Set Computers）复杂指令集架构，另一种是RISC（Reduced Instruction Set Computers）精简指令集架构，此外还有一个国内比较火的MIPS指令集。采用CISC架构的代表是Intel和AMD的X86指令集，采用RISC架构的代表是ARM指令集和PowerPC指令集。ARM架构从诞生到今天从V1版本已经升级到了V8版本，各版本代表的分支型号如下表所示。

架构处理器家族历史ARMv1ARM1最早由Acorn 计算机公司设计，1985年开发出样本。ARMv2ARM2、ARM31986年开发出ARM2，32位数据，26位地址空间。ARMv3ARM6、ARM71990年设计团队组成新公司Advanced RISC Machines Ltd. （安某国际）ARMv4StrongARM、ARM7TDMI、ARM9TDMI　ARMv5ARM7EJ、ARM9E、ARM10E、XScale　ARMv6ARM11、ARM Cortex-M　ARMv7ARM Cortex-A、ARM Cortex-M、ARM Cortex-R　ARMv8Cortex-A35、Cortex-A50系列[14]、Cortex-A72、Cortex-A73　

从图中可以看出，Cortex-A9 架构的CPU采用的是ARMv7的指令集，目前高性能的64位视频处理，比如Cortex-A72，采用的是ARMv8指令集。高版本的指令集会向下兼容低版本，在低版本的基础上增加了更多特殊用途的指令集，比如浮点运算，CPU加速、数据安全等特殊用途的指令集。

在这里插入图片描述

三、ARM指令格式

ARM指令格式形式如下：

指令 {条件} {S} {目的Register}，{OP1}，{OP2}

括号中的操作都是可选项，对应的32机器码，哪里代表指令，哪里代表条件，哪里代表操作数呢？请看下表。

313029282726252423222120191817161514131211109876543210Cond　　　OpcodeSRnRdShift_operand

不同域的具体意义如下表所示：

[31:28]Cond条件域，用来定义指令执行的条件[27:25]指令类别，跳转指令、数据处理指令、移位指令等等[24:21]Opcode指令域，代表具体的指令，比如ADD，MOV等。[20]S指令的后缀，可加可不加，指令后缀带S表示该指令的结果会影响CPSR寄存器。[19:16]Rn第一个操作数(OP1)的寄存器编码[15:12]Rd目标寄存器编码[11:0]Shift_oprand第二个操作数(OP2)

下面给出一个从文档中抓出的表格，更详细的总结了指令格式。在这里插入图片描述

四、特殊寄存器–CPSR

每种架构的CPU都有一组特殊用途的寄存器，用来存放从存储器读来数据或者指令编码，在ARM中，有一个特殊的寄存器叫CPSR（current program status register），用来存放当前指令执行的状态。比如存放数学运算结果的正负、借位、溢出等情况，详细信息如下表所示。

CPSR fieldF (Flags field mask byte)S (Stats field mask byte)X (Extension field mask byte)C (control field mask byte)CPSR313029282726252423222120191817161514131211109876543210意义NZCVQDNZ (RAZ) 系统扩展用IFTM4M3M2M1M0　CPSR各bit详细意义N　当前指令运算结果为负时，N = 1; 结果为非负时，N = 0Z　运算结果为0，Z＝1；否则Z＝0C　上溢出、进位C＝1；下溢出、借位C＝0V　加减法V＝1表示符号位溢出I　I＝1时，禁止IRQ中断F　F＝1时，禁止FIQ中断T　T＝0，ARM指令；T＝1，Thumb指令M[4:0]0b10000User0b10001FIQ0b10010IRQ0b10011Supervisor0b10111Abort0b11011Undefined0b11111System 五、ARM指令举例 .data /* the .data section is dynamically created and its addresses cannot be easily predicted */ var1: .word 3 /* variable 1 in memory */ var2: .word 4 /* variable 2 in memory */ .text /* start of the text (code) section */ .global _start _start: ldr r0, adr_var1 @ 加载adr_var1的内存地址到寄存器R0中。load the memory address of var1 via label adr_var1 into R0 ldr r1, adr_var2 @ 加载adr_var2的内存地址到寄存器R1中。load the memory address of var2 via label adr_var2 into R1 ldr r2, [r0] @ 加载地址为adr_var1的内存中的数据到R2中。load the value (0x03) at memory address found in R0 to register R2 str r2, [r1] @ R2中的数据保存到加载地址为adr_var2的内存中。store the value found in R2 (0x03) to the memory address found in R1 bkpt adr_var1: .word var1 /* address to var1 stored here */ adr_var2: .word var2 /* address to var2 stored here */

详细过程如下面的动画所示在这里插入图片描述

六、ARM指令详表 1. 条件域(Cond)描述 31302928Cond域描述0000EQZ＝1Equal0001NEZ＝0Not equal, or unordered0010CS/HSC＝1Carry set / Unsigned higher or sameGreat than or equal, or unordered0011CC/LOC＝0Carry clear / Unsigned lowerLess than0100MIN＝1NegativeLess than0101PLN＝0Positive or zeroGreater than or equal , or unordered0110VSV＝1OverflowUnordered0111VCV＝0No overflowNot unordered1000HIC＝1且Z＝0Unsigned higherGreater than, or unordered1001LSC＝0或Z＝1Unsigned lower or sameLess than or equal1010GEN＝1且V＝1 或N＝0且V＝0Signed greater than or equalGreater than or equal1011LTN＝1且V＝0 或N＝0且V＝1Signed less thanLess than , or unordered1100GTZ＝0或N＝VSigned greater thanGreat than1101LEZ＝1或N！＝VSigned less than or equalLess than or equal , or unordered1110AL　Always (unconditional) 2. 数据处理类指令编码

其它类指令请参阅 ARM Articheture Reference Manual

24232221Opcode域描述0000ANDLogical AND0001EORLogical Exclusive OR0010SUBSubtract0011RSBReverse Subtract0100ADDAdd0101ADCAdd with Carry0110SBCSubtract with Carry0111RSCReverse Subtract with Carry1000TSTTest1001TEQTest Equivalence1010CMPCompare1011CMNCompare Negated1100ORRLogical OR1101MOVMove1110BICBit Clear1111MVNMove Not 3. 指令汇总表指令格式：指令{条件}{S} {目的Register}，{OP1}，{OP2}"{ }"中的内容可选。即，可以不带条件只有目的寄存器，或只有目的寄存器和操作数1，也可以同时包含所有选项。“S” 决定指令的操作是否影响CPSR中条件标志位的值，当没有S时指令不更新CPSR中条件标志位的值　助记符英文全称示例、功能跳转指令BBranchB Label ；程序无条件跳转到标号Label处执行BLBranch with LinkBL Label ；当程序无条件跳转到标号Label处执行时，同时将当前的PC值保存到R14中BLXBranch with Link and exchangeBLX Label ；从ARM指令集跳转到指令中所指定的目标地址，并将处理器的工作状态有ARM状态切换到Thumb状态，该指令同时将PC的当前内容保存到寄存器R14中BXBranch and exchangeBX Label ；跳转到指令中所指定的目标地址，目标地址处的指令既可以是ARM指令，也可以是Thumb指令数据处理MOVMoveMOV R1，R0，LSL＃3 ；将寄存器R0的值左移3位后传送到R1MVNMove NOTMVN R0，＃0 ；将立即数0取反传送到寄存器R0中，完成后R0=-1CMPCompareCMP R1，R0 ；将寄存器R1的值与寄存器R0的值相减，并根据结果设置CPSR的标志位CMNCompare negativeCMN R1，R0 ；将寄存器R1的值与寄存器R0的值相加，并根据结果设置CPSR的标志位TSTTestTST R1，＃0xffe ；将寄存器R1的值与立即数0xffe按位与，并根据结果设置CPSR的标志位TEQTest equivalenceTEQ R1，R2 ；将寄存器R1的值与寄存器R2的值按位异或，并根据结果设置CPSR的标志位ADDAddADD R0，R2，R3，LSL#1 ； R0 = R2 + (R3

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