第四章 ARM微处理器指令集

第3章内容回顾

第四章

ARM处理器的指令系统

预习检查

9ARM处理器有哪几种寻址方式？

9ARM微处理器有哪几种指令类型？

。ARM微处理器有几种跳转指令类型?

3

本章目标

Q能够掌握ARM指令的7种寻址方式;

Q能够掌握ARM基本编程实验

Q熟悉ARM指令集；

Q熟悉Thumb指令集；

4

本章结构

协处理指令

异常产生指令

5

4-1ARM微处理器的指令集概述

QARM指令集与Thumb指令集

Thumb指令集

具有灵活、小

巧，紧凑的特

)

八・、

ARM指令集支持

ARM核所有的特

性，具有高效、

快速的特A

6

4-1-1ARM微处理器的指令的分类与格式

7

4-1-1ARM微处理器的指令的分类与格式

。ARM微处理器的指令的格式:

3I282726252423222J20|9|6!5I2II875430

DataProcessing

Cond001OpcodesRnRdOperand2

PSRTransfer

Cond000000AsF'lRnRs1001RmMultiply

Cond00010B00RnRd00001001RmSingleDataSwap

Cond011puBwLRnRdoffsetSingleDataTransfer

Cond011xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx1xxxxUndefined

Cond100puSwLRnRegisterUstBlockDataTransfer

Cond101LoffsetBranch

Cond110pUNwLRn■：R1CP#offsetCoprocDataTransfer

Cond1110CPOpcCRnCRdCP#CP0CRmCoprocDataOperation

Cond1110CPOpcLCRnRdCP#CP1CRmCoprocRegisterTransfer

Cond1111IgnoredbyprocessorSoftwareInterrupt

4-1-1ARM微处理器的指令的分类与格式

QARM指令集——基本指令格式

ARM是三地址指令格式，指令的基本格式如下：

<opcode>{<cond>}{S}<Rd>,<Rn>{,<operand2>}

其中◊号内的项是必须的，{}号内的项是可选的。

各项的说明如下：

opcode：指令助记符；cond：执行条件；

S：是否影响CPSR寄存器的值；

Rd：目标寄存器；Rn：第1个操作数的寄存器；

operand2：第2个操作教；

指令语法目标寄存器(Rd)源寄存器1(Rn)源寄存器2(Rm)

ADDr3,r1,r2r3r1r2

4-1-2指令的条件域

ARM指令的基本格式如下：

<opcode>{<cond>>{S}<Rd>,<Rn>{,<operand2>}

使用条件码“cond”可以实现高效的逻辑操作（节省

跳转和条件语句），提高代码效率。

所有的ARM指令都可以条件执行，而Thumb指令只

有B（跳转）指令具有条件执行功能。如果指令不标明

条件代码，将默认为无条件（AL）执行。

4-1-2指令的条件域

指令条件码表

操作码条件助记符标志含义

0000EQZ=1相等

0001NEz=o不相等

0010CS/HSC=1无符号数大于或等于

0011CC/LOc=o无符号数小于

0100MlN=1负数

0101PLN=0正数或零

0110VSV=1溢出

0111VCV=0没有溢出

1000HIC=1,Z=0无符号数大于

1001LSC=0,Z=1无符号数小于或等于

1010GEN=V有符号数大于或等于

1011LTN!=V有符号数小于

1100GTZ=0,N=V有符号数大于

1101LEZ=1,N!=V有符号数小于或等于

1110AL任何无条件执行（指令默认条件）

1111NV任何从不执行（不要使用）

4-1-2指令的条件域

示例：

c代玛：对应的汇编代玛：

If(a>b)CMPRO,RI;R0fa；与RIfbj比较

a++;ADDHIRO,RO,#1;若RO>R1,贝［R0=R0+l

Els㊀ADDLSRI,RI,#1则RI=Rl+1

b++;

阶段小结

、ARM微处理器的指令集概述

Z指令分类与格式

0指令的条件域

13

4-2ARM指令的寻址方式

9寻址方式：

」寻址方式是根据指令中给出的地址码字段来实现寻找真实操

作数地址的方式。ARM处理器具有7种基本寻址方式。

L立即寻址

一寄存器寻址

一寄存器间接寻址

ARM指令寻址►基址变址寻址

f多寄存器寻址

f相对寻址

一堆栈寻址

14

4-2-1立即寻址

立即寻址指令中的操作码字段后面的地址码部

分即是堤作斯木自一冲谕皇博一斯坦萧句仝在彬令

当程序存储

比

SUB队代码中获得数据

MOV

MOVR0,#0xFF00

4-2-2寄存器寻址

操作数的值在寄存器中，指令中的地址码字段

指出的足客左器编目.指令丹us日寸吉博取用寄存器

值来操，

MOVR1,I

SUBRO,IR2OxAA

RIOxAA

MOVRI,R2

4-2-3寄存器间接寻址

寄存器间接寻址指令中的地址码给出的是一个

田等在黑的编£■.布聿的揭作物用在在雪在黑指

通

"1^

'日

定0x40000000OxAA

针

R20x40000000

LDR

SWPROOxAA

LDRR0,[R2]

4-2-4基址变址寻址

基址寻址就是将基址寄存器的内容与指令中给

出的偏移量（＜4K）相加/减，形成操作数的有效地

址。基址寻址用于访问基址附近的存储单元，常用

于平;主米卜弓目七品/生T4I幺+立r?彳耳■夫后要」士I、二14去存

器I

基：

LDR

STR

LDRR2,[R3,#0x0C]

4-2-4基址变址寻址

基址寻址指令举例如下：

LDRRO,[R1],#4;R0=[R1],R1=R1+4

；后索引基址寻址

；ARM这种自动索引机制不消

耗额外的时间

LDRRO,[R1,R2];R0=[R1+R2]

4・2・5多寄存器寻址

多寄存器寻址一次可传送几个寄存器值，允许

多:R60x04<-0x040x4000000C

LDMR40x03・-0x030x40000008

R30x02«-0x020x40000004

STM

R20x01・-0x010▼x40000000

R10x40000010

LDRIARI!,{R2-R4,R6}

4-2-6相对寻址

相对寻址是基址寻址的一种变通。由程序计数

器PC提供基准地址，指令中的地址码字段作为偏移

量，两者相加后得到的地址即为操作数的有效地址。

相对寻址指令举例如下：

BLSUBR1；调用到SUBR1子程序

BEQLOOP；条件跳转到LOOP标号处

■■■

LOOPMOVR6,#1

SUBR1

4-2-7堆栈寻址

堆栈是一个按特定顺序进行存取的存储区，操

作顺序为“后进先出”o堆栈寻址是隐含的，它使

用一个专门的寄存器（堆栈指针）指向一块存储区域

（堆栈），指针所指向的存储单元即是堆栈的栈顶。

存储器堆栈可分为两种：

■向上生长：向高地址方向生长，称为递增堆栈

■向下生长：向低地址方向生长，称为递减堆栈

4-2-7堆栈寻址

SP今找顶找底

向下

找区增长找区

找底找顶（SP

~r

堆找压找

4-2-7堆栈寻址

堆栈指针指向最后压入的堆栈的有效数据项，

称为满堆栈；堆栈指针指向下一个待压入数据的空

位置，称为空堆栈。

4-2-7堆栈寻址

9四种类型的堆栈方式：

，满递增：堆栈向上增长，堆栈指针指向内含有效数据项的最

高地址。指令如LDMFA、STMFA等；

）空递增：堆栈向上增长，堆栈指针指向堆栈上的第一个空位

置。指令如LDMEA、STMEA等；

』满递减：堆栈向下增长，堆栈指针指向内含有效数据项的最

彳氐地址。指令如LDMFD、STMFD等；

＞空递减：堆栈向下增长，堆栈指针向堆栈下的第一个空位置。

指令如LDMED、STMED等。

阶段小结

Z立即寻址

Z寄存器寻址

Z寄存器间接寻址

Z基址变址寻址

Z多寄存器寻址

Z相对寻址

Z堆栈寻址

26

4-3ARM指令实验指导

。ARM汇编语言的基本框架：

AREAARMexpl,CODE,READONLY

;NamethisblockofcodeARMexpl

ENTRY;Markfirstinstructiontoexecute

start

MOVrO,#10;Setupparameters

MOVr1,#3

ADDrO,rO,r1;rO=rO+r1

stop

MOVrO,#0x18;angel_SWIreason_ReportException

LDRr1,=0x20026;ADP_Stopped_ApplicationExit

SWI0x123456;ARMsemihostingSwF

END;Markendoffile

27

4-3ARM指令实验指导

9使用ADS编译、链接、调试程序：

,创建一个工程

」将源文件加入工程中

」配置工程编译选项

・编译

」调试

阶段小结

ZARM指令实验指导

ZARM汇编语言的基本框架

Z使用ADS编译、链接、调试程序

29

4-4ARM指令集

跳转指令

A数据处理指令

»乘法与乘加指令

aPSR访问指令

ARM指令集A加载/存储指令

»批量数据加载/存储指令

»数据交换指令

A移位指令

A协处理指令

异常产生指令

4-4-1跳转指令

。在ARM中有两种方式可以实现程序的跳转，一种是使

用分支指令直接跳转，另一种则是直接向PC寄存器赋

值实现跳转。分支指令有以下三种：

•分支指令B；

，带链接的分支指令BL；

，带状态切换的分支指令BX。

4-4-1跳转指令

•分支指令B/BL指令编码格式

312827262524230

cond101Lsigned_immed_24

指令桃行的条件玛L区别B指令（L为0）24住有符号立即教

和BL指令（L为1）（偏移量）

•分支指令BX指令编码格式

4-4-1跳转指令

助记符说明操作条件码位置

Blabel分支指令PC-labelB{cond}

BLlabel带链接的分支指令LR-PC-4,PC-labelBL{cond}

BXRm带状态切换的分支指令PC-Rm,切换处理器状态BX{cond}

4-4-1跳转指令

助记符说明操作条件码位置

Blabel分支指令PC-labelB{cond}

BLlabel带链接的分支指令LR-PC-4,PC-labelBL{cond}

BXRm带状态切换的分支指令PC+Rm,切换处理器状态BX{cond}

分支指令——B指令，该指令跳转范围限制在当前指令的土32M字节地

址内（ARM指令为字对齐，最低2位地址固定为0）。指令格式如下：

B{cond}LabeI

应用示例：

BWAITA;跳转到WAHA标号处

B0x1234;跳转到绝对地址0x1234处

4-4-1跳转指令

助记符说明操作条件码位置

Blabel分支指令PC-labelB{cond}

BLlabel带链接的分支指令LR-PC-4,PC-labelBL{cond}

BXRm带状态切换的分支指令PC+Rm,切换处理器状态BX{cond}

带链接的分支指令——BL指令适用于子程序调用，使用该指令后，下

一条指令的地址被拷贝到R14（即LR）连接寄存器中，然后跳转到指定地址

运行程序。跳转范围限制在当前指令的士32M字节地址内。指令格式如下：

BL{cond}LabeI

2.程序跳转到目标地址

Label继续执行，当子程

序执行结束后，将LR寄AddrlAddr2PC

存器内家存入PC,返回Addr2Addr2LR

调用函数继续执行

Label

应用示例（调用子程序）:

BLLabel

4-4-1跳转指令

助记符说明操作条件码位置

Blabel分支指令PC-labelB{cond}

BLlabel带链接的分支指令LR-PC-4,PC-labelBL{cond}

BXRm带状态切换的分支指令PC-Rm,切换处理器状态BX{cond}

带状态切换的分支指令——BX指令，该指令可以根据跳转地址（Rm）

的最低位来切换处理器状态。其跳转范围限制在当前指令的士32M字节地址

内（ARM指令为字对齐，最低2位地址固定为0）。指令格式如下：

BX{cond}Rm

跳转地址跳转后

Rm[0]CPSR标志T位：处理器状态

00ARM

11Thumb

4-4-1跳转指令

助记符说明操作条件码位置

Blabel分支指令PC-labelB{cond}

BLlabel带链接的分支指令LR-PC-4,PC-labelBL{cond}

BXRm带状态切换的分支指令PC-Rm,切换处理器状态BX{cond}

带状态切换的分支指令——BX指令，该指令可以根据跳转地址(Rm)

的最低位来切换处理器状态。其跳转范围限制在当前指令的±32M字节地址

内(ARM指令为字对齐，最低2位地址固定为0)。Rm的位［0］不用作地址的一

部分。若Rm的位［0］为1,则指令将CPSR中的标志T置位，且将目标地址的代

码解释为Thumb代码；若Rm的位［0］为0,则Rm的位口］就不能为1。指令格

式如下：

BX{cond}Rm

应用示例：

ADRLR0,ThumbFun+1;》rrhumb程序的入口地址力口1存入R0

BXRO;跳转到R0指定的地址，

；并根据R0的最低位来切换处理器状态

4-4-2数据处理指令

。数据处理指令大致可分为3类：

•数据传送指令；

，算术逻辑运算指令；

・比较指令。

。数据处理指令只能对寄存器的内容进行操作，而不

能对内存中的数据进行操作。所有ARM数据处理指令

均可选择使用S后缀，以使指令影响状态标志。

4・4・2数据处理指令指令编码

指令执行的条件码—据处严省人心"建旅地的立琴J/I

操作码指令助记符说明

0000AND逻辑与操作指令

31282726252420

0001E0R逻辑异或操作指令

cond00Iopcode0010SUB减法运算指令

0011RSB逆向减法指令—

用于区别立即教（

I10100ADD加法运算指令

为D和寄存器移位

0101ADC带进位加法帛存器

（为。）

I0110SBC带进位减法指令

与指令

opcode数据处理指0111RSC带进位逆向减法指令

令操作码1000TST位测试指令

1001TEQ相等测试指令

1010CMP比较指令

1011CMN负数比较指令

1100ORR逻辑或操作指令

1101MOV数据传送

1110BIC位清除指令

1111MVN数据非传送

4・4・2数据处理指令指令编码

助记符说明操作条件码位置

MOVRd,operand2数据传送Rd-operand2MOV(cond}{S}

MVNRd,operand2数据非传送Rd—(~operand2)MVN(cond}{S}

注：当后缀S时，这些指令根据结果更新标志N和乙在计算Operand2时更新标

志C,不影响标志V。

4・4・2数据处理指令数据传送

助记符说明操作条件码位置

MOVRd,operand2数据传送Rd<-operand2MOV{cond}{S}

MVNRd,operand2数据非传送Rd-(~operand2)MVN{cond}{S}

MOV指令将8位图立即数（参看“第2操作数：#immed_8r——常数表达

式”）或寄存器传送到目标寄存器（Rd）,可用于移位运算等操作。指令

格式如下：

MOV{cond}{S}Rd,operand2

MOV指令举例如下：

MOVR11,#0xF000000B;R1=OxFOOOOOOB

MOVR0,R1;R0=R1

MOVSR3,R1,LSL#2;R3=R1«2,并影响标志位

MOVPC,LR;PC=LR,子程序返回

4・4・2数据处理指令数据传送

助记符说明操作条件码位置

MOVRd,operand2数据传送Rd-operand2MOV(cond}{S}

MVNRd,operand2数据非传送Rd—(^operand2)MVN(cond}{S}

MVN指令将8位图立即数（参看“第2操作数：#immed_8r——常数表达

式”）或寄存器（operand2）按位取反后传送到目标寄存器（Rd）,因为

其具有取反功能，所以可以装载范围更广的立即数。指令格式如下：

MVN{cond}{S}Rd,op㊀rand2

MVN指令举例如下：

MVNR1,#0xFF;R1=0xFFFFFF00

MVNR1,R2J等R2按位取反，结果存到R1

4・4・2数据处理指令算术运算

助记符说明操作条件码位置

ADDRd,Rn,operand2加法运算指令Rd^*-Rn+operand2ADD(cond}{S}

SUBRd,Rn,operand2减法运算指令Rd^-Rn-operand2SUB{cond}{S}

RSBRd,Rn,operand2逆向减法指令Rd^*-operand2-RnRSB{cond}{S}

ADCRd,Rn,operand2带进位加法Rd*-Rn+operand2+CarryADC{cond}{S}

SBCRd,Rn,operand2带进位减法指令Rd*-Rn-operand2-(NOT)CarrySBC(cond}{S}

RSCRd,Rn,operand2带进位逆向减法指令Rd-operand2-Rn-(NOT)CarryRSC{cond}{S}

注：这些指令影响N,乙C和V标志位。

4-4-2数据处理指令算术运算

助记符说明操作条件码位置

ADDRd,Rn,operand2加法运算指令Rd<-Rn+operand2ADD{cond}{S}

SUBRd,Rn,operand2减法运算指令Rd-Rn-operand2SUB{cond}{S}

RSBRd,Rn,operand2逆向减法指令Rd-operand2-RnRSB{cond}{S}

ADCRd,Rn,operand2带进位加法Rd^-Rn+operand2+CarryADC{cond}{S}

SBCRd,Rn,operand2带进位减法指令Rd<-Rn-operand2-(NOT)CarrySBC{cond}{S}

RSCRd,Rn,operand2带进位逆向减法指令Rd"1-operand2-Rn-(NOT)CarryRSC(cond}{S}

加法运算指令——ADD指令将operand2的值与Rn的值相加，结果保存到

Rd寄存器。指令格式如下：

ADD{cond}{S}RdfRnfoperand2

应用示例：

ADDSR1,R1,#1020;R1=R1+1020,并影响标志位

ADDR1,R1,R2,LSL#2;R1=R1+R2«2

4-4-2数据处理指令算术运算

助记符说明操作条件码位置

ADDRd,Rn,operand2加法运算指令Rd*-Rn+operand2ADD{cond}{S}

SUBRd,Rn,operand2减法运算指令Rd<-Rn-operand2SUB{cond}{S}

RSBRd,Rn,operand2逆向减法指令Rd-operand2-RnRSB{cond}{S}

ADCRd,Rn,operand2带进位加法Rd*-Rn+operand2+CarryADC{cond}{S}

SBCRd,Rn,operand2带进位减法指令Rd^-Rn-operand2-(NOT)CarrySBC{cond}{S}

RSCRd,Rn,operand2带进位逆向减法指令Rd*-operand2-Rn-(NOT)CarryRSC{cond}{S}

减法运算指令SUB指令用寄存器Rn减去operand2,结果保存到Rd中。

指令格式如下：

SUB{cond}{S}Rd,Rn,op㊀工and2

应用示例：

ADDSR1,R1,#1020;R1=R1+1020,并影响标志位

ADDR1,R1,R2,LSL#2;R1=R1+R2«2

4-4-2数据处理指令算术运算

助记符说明操作条件码位置

ADDRd,Rn,operand2加法运算指令Rd^-Rn+operand2ADD{cond}{S}

SUBRd,Rn,operand2减法运算指令Rd*-Rn-operand2SUB{cond}{S}

RSBRd,Rn,operand2逆向减法指令Rd-operand2-RnRSB{cond}{S}

ADCRd,Rn,operand2带进位加法Rd*-Rn+operand2+CarryADC{cond}{S}

SBCRd,Rn,operand2带进位减法指令Rd*-Rn-operand2-(NOT)CarrySBC{cond}{S}

RSCRd,Rn,operand2带进位逆向减法指令Rd<-operand2-Rn-(NOT)CarryRSC{cond}{S}

逆向减法运算指令——RSB指令将operand2的值减去Rn,结果保存到Rd中。

指令格式如下：

RSB{cond}{S}Rd,Rn,op㊀rand2

应用示例：

RSBR3,R1,#0xFF00;R3=0xFF00-R1

RSBSR1,R2,R2,LSL#2;R1=(R2«2)-R2=R2X3影响标志位

4-4-2数据处理指令算术运算

助记符说明操作条件码位置

ADDRd,Rn,operand2加法运算指令Rd^-Rn+operand2ADD{cond}{S}

SUBRd,Rn,operand2减法运算指令Rd*-Rn-operand2SUB{cond}{S}

RSBRd,Rn,operand2逆向减法指令Rd-operand2-RnRSB{cond}{S}

ADCRd,Rn,operand2带进位加法Rd*-Rn+operand2+CarryADC{cond}{S}

SBCRd,Rn,operand2带进位减法指令Rd*-Rn-operand2-(NOT)CarrySBC{cond}{S}

RSCRd,Rn,operand2带进位逆向减法指令Rd<-operand2-Rn-(NOT)CarryRSC{cond}{S}

带进位加法指令ADC将operand2的值与Rn的值相加，再加上CPSR中的C

条件标志位，结果保存到Rd寄存器。指令格式如下：

ADC{cond}{S}Rd,Rn,op㊀rand2

应用示例（使用ADC实现64位加法，结果存于R1（高32位）、R0中）：

ADDSR0,R0,R2；R0等于低32位相加，并影响标志位

ADCR1,R1,R3;R1等于高32位相加，并加上低位进位

4-4-2数据处理指令算术运算

助记符说明操作条件码位置

ADDRd,Rn,operand2加法运算指令Rd-Rn+operand2ADD(cond}{S}

SUBRd,Rn,operand2减法运算指令Rd-Rn-operand2SUB(cond}{S}

RSBRd,Rn,operand2逆向减法指令Rd<f-operand2-RnRSB{cond}{S}

ADCRd,Rn,operands带进位加法Rd^*-Rn+operand2+CarryADC(cond}{S}

SBCRd,Rn,operand2带进位减法指令Rd^1-Rn-operand2-(NOT)CarrySBC(cond}{S}

RSCRd,Rn,operand2带进位逆向减法指令Rd^-operand2-Rn-(NOT)CarryRSC(cond}{S}

带进位减法指令——SBC用寄存器Rn减去operand2,再减去CPSR中的C

条件标志位的非（即若C标志清零，则结果减去1）,结果保存到Rd中。指令

格式如下：

SBC{cond}{S}Rd,Rnfoperand2

应用示例（使用SBC实现64位减法，结果存于R1、R0中）：

SUBSR0,R0,R2；低32位相减，并影响标志位

SBCR1,R1,R3;高32位相减，并减去低位借位

4-4-2数据处理指令算术运算

助记符说明操作条件码位置

ADDRd,Rn,operand2加法运算指令Rd*-Rn+operand2ADD{cond}{S}

SUBRd,Rn,operand2减法运算指令Rd-Rn-operand2SUB{cond}{S}

RSBRd,Rn,operand2逆向减法指令Rd*-operand2-RnRSB{cond}{S}

ADCRd,Rn,operand2带进位加法Rd*-Rn+operand2+CarryADC{cond}{S}

SBCRd,Rn,operand2带进位减法指令Rd<-Rn-operand2-(NOT)CarrySBC{cond}{S}

RSCRd,Rn,operand2带进位逆向减法指令Rd*-operand2-Rn-(NOT)CarryRSC{cond}{S}

带进位逆向减法指令RSC指令用寄存器operand2减去Rn,再减去

CPSR中的C条件标志位，结果保存到Rd中。指令格式如下：

RSC{cond}{S}Rd,Rn,op㊀工and2

应用示例（使用RSC指令实现求64位数值的负数）：

RSBSR2,R0,#0;R2=-R0

RSCR3,R1,#0;R3=-R1-!Carry

4・4・2数据处理指令逻辑运算指令

助记符说明操作条件码位置

ANDRd,Rn,operand2逻辑与操作指令Rd-Rn&operand2AND(cond}{S}

ORRRd,Rn,operand2逻辑或操作指令Rd-Rn|operand20RR(cond}{S}

EORRd,Rn,operand2逻辑异或操作指令Rd-Rn八operand2EOR(cond}{S}

BICRd,Rn,operand2位清除指令Rd-Rn&(^operand2)BIC{cond}{S}

注：当后缀S时，这些指令根据结果更新标志N和乙在计算Operand2时更新标

志C,不影响标志V。

4・4・2数据处理指令逻辑运算指令

助记符说明操作条件码位置

ANDRd,Rn,operand2逻辑与操作指令Rd—Rn&operand2AND{cond}{S}

ORRRd,Rn,operand2逻辑或操作指令Rd-Rnoperand2ORR{cond}{S}

EORRd,Rn,operand2逻辑异或操作指令Rd-Rn-operand2EOR{cond}{S}

BICRd,Rn,operand2位清除指令Rd-Rn&Coperand2)