第6章(Thumb指令集及其伪指令)

第6章Thumb指令集及其伪指令一．Thumb指令系统概述1.1Thumb的特点为了兼容数据总线宽度为16位的应用系统，ARM体系结构支持Thumb指令集。它是ARM指令集的一个子集，自身不是一个完整的体系结构，不能指望处理器只执行Thumb指令而不支持ARM指令集。一般而言，Thumb指令用来实现通用功能，必要时借助完善的ARM指令集。和ARM指令集相比，Thumb有许多自身的特点：

•代码尺寸更小，可以节省系统的存储空间；

•针对的是32位的CPU，比纯16位的指令集效率更高；

•所使用的编程模型和ARM指令集相似，只要遵循一定的调用规则，Thumb子程序和ARM子程序可以互相调用；

•为实现16位的指令长度舍弃了ARM指令集的一些特性(大多数为无条件执行/数据处理指令的目的寄存器和其中一个源寄存器相同)；

•一般情况下，Thumb指令和ARM指令的时间效率和空间效率关系如下：

a．空间效率----Thumb代码所需的存储空间约为ARM代码的60%-70%，Thumb代码使用的指令数约比ARM代码多30%-40%b．时间效率----若使用32位的存储器ARM代码比Thumb代码快约40%，若使用16位的存储器Thumb代码比ARM代码快约40%-50%c．功耗----使用Thumb代码的存储器功耗降低约30%因此，两种指令集各有优点。若对系统的性能有较高要求可以使用32位的存储系统和ARM指令集；若对系统的成本和功耗有较高要求则可以使用16位的存储系统和Thumb指令集；若二者结合使用则会取得更好的效果。1.2Thumb-2指令集

•2003年底ARM公司发布了新的ARMThumb-2内核技术，该技术的存储空间比ARM少26%，速度比Thumb快25%；

•Thumb-2是一种新的混合型指令集，兼有16位和32位指令，能更好地平衡代码密度和性能；

•Thumb-2指令集结构包含了新的指令种类。二．Thumb指令集详述2.1Thumb指令和ARM指令的区别

•在编写Thumb指令时可以使用CODE16声明；

•除跳转指令B外，其余指令均为无条件执行；

•数据处理指令：

a．采用2地址格式----其中一个寄存器既是源寄存器又是目的寄存器(也是大多数Thumb指令采用的)；

b．Thumb状态下数据处理指令访问R8-R15会受到一定限制(只有MOV、ADD和CMP可以)；

c．使用R0-R7的数据处理指令总是更新条件标志位，访问R8-R15的数据处理指令不能更新条件标志位；

d．加载和存储指令只能访问R0-R7，且访问普通存储区只能使用LDMIA和STMIA，访问堆栈区只能使用PUSH和POP(堆栈为满递减堆栈)；

e．Thumb指令集没有协处理器指令、状态寄存器访问指令、乘加指令、64位乘法指令。2.2跳转指令

2.2.1B•格式：B{cond}label•说明：若使用了{cond}则label的范围为-257～+256B，否则跳转范围为±2KB。

•举例：BEQLOOP1

2.2.2BL•格式：Blabel•说明：机器级的跳转范围为±4MB，必要时链接器插入代码允许更长的转移。

•举例：BLDELAY1

2.2.3BX•格式：BXRm•说明：若Rm[0]=0,则Rm[1]必须为零，处理器将目标代码当作ARM指令对待。

•举例：ADRR0，ArmFun

BXR0。2.3软中断指令

•格式：SWIimmed_8•说明：

1.immed_8为8位立即数，取值范围是0-255，异常中断服务程序要通过读取SWI指令而取得该立即数；

2.SWI进行参数传递的方法有2种：

a．立即数指明用户请求的服务类型，参数通过寄存器传递

MOVR0，#34；设置功能号为34SWI18；调用18号软中断

b．立即数被忽略，服务类型由R0来决定，参数通过其他寄存器传递

MOVR0，#18；调用18号软中断

MOVR1，#34；设置功能号为34SWI02.4数据处理指令

2.4.1数据传送指令

2.4.1.1MOV(可以使用R8-R15)•格式：MOVRd，#expr8MOVRd，Rm•说明：

a．参数限制：

a-1.MOVRd，#expr8时Rd为R0～R7，#expr8为0～255a-2.MOVRd，Rm时Rd和Rm可以为R8～R15

b．对条件标志位的影响：

b-1.MOVRd，#expr8更新N和Zb-2.MOVRd，Rm指令，当Rd或Rm是R8～R15时不影响条件标志位，当Rd和Rm都是R0～R7时影响N和Z，清除C和V•举例：

MOVR1，#0x10MOVR0，R8MOVPC，LR2.4.1.2MVN•格式：MVNRd，Rm•说明：

a．参数限制：Rd和Rm为R0～R7b．对条件标志位的影响：更新N和Z•举例：MVNR1，R22.4.1.3NEG•格式：NEGRd，Rm

；Rm乘以-1后传送到Rd•说明：

a．参数限制：Rd和Rm为R0～R7b．对条件标志位的影响：更新N、Z、C和V•举例：NEGR1，R02.4.2算术和逻辑运算指令

2.4.2.1ADD

a．低寄存器的ADD指令•格式：ADDRd，Rn，RmADDRd，Rn，#expre3ADDRd，#expre8•说明：

a．参数限制：

a-1.Rd、Rn和Rm均为R0～R7a-2.#expre3取0～7，#expre8取0～255

b．对条件标志位的影响：更新N、Z、C和V•举例：ADDR1，R1，R0ADDR2，R2，#7ADDR3，#200b．高或低寄存器的ADD指令(可以使用R8-R15)•格式：ADDRd，Rm•说明：

a．参数限制：Rd和Rm均为R0～R15b．对条件标志位的影响：Rd和Rm均为R0～R7时更新N、Z、C和V，其他情况不影响

•举例：ADDR3，R8c．PC或SP相对偏移的ADD指令•格式：ADDRd，Rp，#expr8•说明：

a．参数限制：Rd为R0～R7，Rp为PC或SP，expr为0～1020b．对条件标志位的影响：不影响条件标志位

•举例：ADDR1，SP，#1000d．SP操作的ADD指令(SP充当目的寄存器)•格式：ADDSP，#expr8ADDSP，SP，#expr8•说明：

a．参数限制：expr为-508～+508之间的4的整数倍的数

b．对条件标志位的影响：不影响条件标志位

•举例：ADDSP，SP，#-5002.4.2.2ADC•格式：ADCRd，Rm•说明：

a．参数限制：Rd和Rm均为R0～R7b．对条件标志位的影响：更新N、Z、C和V•举例(实现64位加法)：

ADDR0，R2ADCR1，R32.4.2.3SUB

a．低寄存器的SUB指令•格式：SUBRd，Rn，RmSUBRd，Rn，#expre3SUBRd，#expre8•说明：

a．参数限制：

a-1.Rd、Rn和Rm均为R0～R7a-2.#expre3取0～7，#expre8取0～255b．对条件标志位的影响：更新N、Z、C和V•举例：SUBR0，R2，R1SUBR2，R1，#1SUBR3，#200b．SP操作的SUB指令•格式：SUBSP，#expr8SUBSP，SP，#expr8•说明：

a．参数限制：expr为-508～+508之间的4的整数倍的数

b．对条件标志位的影响：不影响条件标志位

•举例：SUBSP，#3802.4.2.4SBC•格式：SUBRd，Rm•说明：

a．参数限制：Rd和Rm均为R0～R7b．对条件标志位的影响：更新N和Z•举例：SUBR0，R2SBCR1，R32.4.2.5MUL•格式：MULRd，Rm•说明：

a．参数限制：Rd和Rm均为R0～R7b．对条件标志位的影响：更新N和Z•举例：MULR0，R12.4.2.6AND•格式：ANDRd，Rm•说明：

a．参数限制：Rd和Rm均为R0～R7b．对条件标志位的影响：更新N和Z•举例：MOVR1，#0x0FANDR0，R12.4.2.7ORR•格式：ORRRd，Rm•说明：

a．参数限制：Rd和Rm均为R0～R7b．对条件标志位的影响：更新N和Z•举例：MOVR1，#0x03ORRR0，R12.4.2.8EOR•格式：EORRd，Rm•说明：

a．参数限制：Rd和Rm均为R0～R7b．对条件标志位的影响：更新N和Z•举例：MOVR2，#0xF0EORR3，R22.4.2.9BIC•格式：BICRd，Rm•说明：

a．参数限制：Rd和Rm均为R0～R7b．对条件标志位的影响：更新N和Z•举例：MOVR1，#0x80BICR3，R12.4.3移位指令

2.4.3.1ASR•格式：ASRRd，RsASRRd，Rm，#expr•说明：

a．参数限制：Rd、Rs和Rm均为R0～R7，#expr为1～32b．对条件标志位的影响：更新N、Z和C(若位移量为零则不影响C)•举例：ASRR1，R2ASRR3，R1，#22.4.3.2LSL•格式：LSLRd，RsLSLRd，Rm，#expr•说明：

a．参数限制：Rd、Rs和Rm均为R0～R7，#expr为1～31b．对条件标志位的影响：更新N、Z和C(若位移量为零则不影响C)c．若位移量为32，则Rd清零，最后移出的位保留在C中；若位移量大于32，则Rd和C均被清零•举例：LSLR6，R7LSLR1，R6，#22.4.3.3LSR•格式：LSRRd，RsLSRRd，Rm，#expr•说明：

a．参数限制：Rd、Rs和Rm均为R0～R7，#expr为1～32b．对条件标志位的影响：更新N、Z和C(若位移量为零则不影响C)c．若位移量为32，则Rd清零，最后移出的位保留在C中；若位移量大于32，则Rd和C均被清零•举例：LSRR3，R0LSRR5，R2，#22.4.3.4ROR•格式：RORRd，Rs•说明：

a．参数限制：Rd和Rs均为R0～R7b．对条件标志位的影响：更新N、Z和C(若位移量为零则不影响C)•举例：RORR2，R32.4.4比较指令

2.4.4.1CMP(可以使用R8-R15)•格式：CMPRn，RmCMPRn，#expr8•说明：

a．参数限制：a-1.CMPRn，#expr8时Rn为R0～R7a-2.CMPRn，Rm时Rn为R0～R15a-3.Rm为R0～R15，#expr8为0～255b．对条件标志位的影响：更新N、Z、C和V•举例：CMPR1，#10CMPR3，R12.4.4.2CMN•格式：CMNRn，Rm•说明：

a．参数限制：Rn和Rm均为R0～R7b．对条件标志位的影响：更新N、Z、C和V•举例：CMNR0，R22.4.4.3TST•格式：TSTRn，Rm•说明：

a．参数限制：Rn和Rm均为R0～R7b．对条件标志位的影响：更新N、Z、C和V•举例：MOVR2，#0x01TSTR0，R22.4.5小结2.5加载/存储指令2.5.1LDR和STRa-1.立即数偏移的LDR和STR指令•格式：

LDRRd，[Rn，#immed_5×4]；加载字

STRRd，[Rn，#immed_5×4]；存储字LDRHRd，[Rn，#immed_5×2]；加载半字STRHRd，[Rn，#immed_5×2]；存储半字LDRBRd，[Rn，#immed_5×1]；加载字节STRBRd，[Rn，#immed_5×1]；存储字节

•说明：Rd和Rn为R0～R7，#immed_5×N是无符号的立即数表达式，取值为(0～31)×N(B)•举例：

LDRR0，[R1，#0x4]STRR3，[R4]a-2.寄存器偏移的LDR和STR指令•格式：

LDRRd，[Rn，Rm]STRRd，[Rn，Rm]LDRHRd，[Rn，Rm]STRHRd，[Rn，Rm]LDRBRd，[Rn，Rm]STRBRd，[Rn，Rm]LDRSHRd，[Rn，Rm]LDRSBRd，[Rn，Rm]•说明：Rd、Rn和Rm为R0～R7，偏移量是有符号/无符号的

•举例：

LDRR0，[R1，R3]STRR3，[R4,R5]a-3.PC或SP相对偏移的LDR和STR指令•格式：

LDRRd，[PC，#immed_8×4]；程序代码不写只读

LDRRd，labelLDRRd，[SP，#immed_8×4]STRRd，[SP，#immed_8×4]；堆栈有写有读•说明：a-1.Rd为R0～R7，#immed_8×N是无符号的立即数表达式，取值为(0～255)×4(B)a-2.label取值范围为1KB•举例：

LDRR0，[PC，#0x08]LDRR7，LOCALDATSTRR3，[SP，#1020]2.5.2LDMIA和STMIA•格式：

LDMIARn！，{reglist}STMIARn！，{reglist}•说明：a-1.Rn和{reglist}为R0～R7a-2.若Rn在寄存器列表中，则对于LDMIA而言Rn的最终值是加载的值而不是增加后的地址；对于STMIA而言Rn为寄存器列表中的最低数字寄存器时，Rn存储的值为Rn的初值，否则不可预知

•举例：

LDMIAR0！，{R2-R7}STMIAR1！，{R2-R7}2.5.3PUSH和POP•格式：

PUSH{reglist[,LR]}POP{reglist[,PC]}•说明：{reglist}为R0