ARM體系結(jié)構(gòu)與編程

ARM體系結(jié)構(gòu)與編程,2020/4/25,內(nèi)容,ARM概述和分類,ARM指令集和匯編程序設(shè)計(jì),ARM體系結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)系統(tǒng),ARM中斷和異常處理,第一章ARM概述和分類,2020/4/25,內(nèi)容,ARM簡(jiǎn)介,ARM的分類,ARM的命名規(guī)則,基于ARM的嵌入式系統(tǒng)概述,2020/4/25,ARM介紹,什么是ARM？,其實(shí)，人人都用ARM！,什么是ARM,ARM是一個(gè)公司的名字ARM代表一項(xiàng)技術(shù)，即AdvancedRISCMachineARM是一個(gè)內(nèi)核，而不是我們看到的具體的芯片,ARM發(fā)展的歷程,第一片ARM處理器是1983年10月到1985年4月間在位于英國(guó)劍橋的AcornComputer公司開發(fā)1990年，為廣泛推廣ARM技術(shù)而成立了獨(dú)立的公司AdvanceRISCMachine(ARM)主要設(shè)計(jì)ARM系列RISC處理器內(nèi)核授權(quán)ARM內(nèi)核給生產(chǎn)和銷售半導(dǎo)體的合作伙伴ARM公司不生產(chǎn)芯片IP(IntelligenceProperty)另外也提供基于ARM架構(gòu)的開發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)軟件工具,評(píng)估板,調(diào)試工具,應(yīng)用軟件,總線架構(gòu),外圍設(shè)備單元，等等20世紀(jì)90年代，ARM快速進(jìn)入世界市場(chǎng)。,ARMOfficesWorldwide,800+雇員全球,EnglandCambridge,Maidenhead,Sheffield,BlackburnGermanyMunichFranceParis,SophiaAntipolisKoreaSeoul,USSeattle,LosGatos,WalnutCreek,Austin,Boston,SanDiegoChinaTaiwanandShanghaiJapanShin-Yokohama(Tokyo),ARMPartnershipModel,2020/4/25,ARM的應(yīng)用,2020/4/25,ARM分類,基于指令集體系結(jié)構(gòu)（構(gòu)架ISA）的分類ARMV1體系是最初版本，只有26位的尋址空間，沒有乘法指令，最終沒有商業(yè)化ARMV2體系與V1體系同為26位尋址空間，具有乘法和加法指令，支持協(xié)處理器ARMV3體系的尋址范圍擴(kuò)展到32位，具有乘法和加法指令，支持協(xié)處理器ARMV4體系增加了半字存儲(chǔ)操作，對(duì)調(diào)試的支持以及支持嵌入的ICEARMV5體系增加了DSP指令支持和對(duì)Java指令的支持ARMV6體系增加了媒體指令，ARMv6指令集合中加入了超過(guò)60條SIMD單指令多數(shù)據(jù)指令A(yù)RMV7體系定義了三種獨(dú)立的內(nèi)核型A(應(yīng)用領(lǐng)域)，R(實(shí)時(shí)領(lǐng)域)，M(控制領(lǐng)域),2020/4/25,ARM系列處理器,基于處理器內(nèi)核的分類ARM7系列ARM9系列ARM9E系列ARM10E系列SecurCore系列StrongARM/Xscale（Intel）ARM11,2020/4/25,ARM命名舉例,2020/4/25,ARM體系的變種,1）Thumb指令集（T變種）Thumb指令集是把32位的ARM指令集的一個(gè)子集重新編碼后而形成的一個(gè)特殊的16位的指令集2）長(zhǎng)乘指令（M變種）長(zhǎng)乘指令是一種生成64位相乘結(jié)果的乘法指令（此指令為ARM指令），M變種增加了兩條長(zhǎng)乘指令3）增強(qiáng)型DSP指令（E變種）E變種的ARM體系增加了一些增強(qiáng)處理器對(duì)典型的DSP算法處理能力的附加指令。4）Java加速器Jazelle（J變種）ARM的Jazelle技術(shù)是Java語(yǔ)言和先進(jìn)的32位RISC芯片完美結(jié)合的產(chǎn)物。5）ARM媒體功能擴(kuò)展（SIMD變種）,2020/4/25,ARM的命名規(guī)則,ARM的命名分成兩類：基于ARMArchitecture的版本命名規(guī)則；基于ARMArchitecture版本的處理器系列命名規(guī)則。舉個(gè)例子，s3c2410采用ARMv4T架構(gòu)版本，ARM920T處理器系列，其中處理器核為ARM9TDMI。,2020/4/25,基于ARMArchitecture的版本命名,規(guī)則：|ARMv|n|variants|x（variants）|分成四個(gè)組成部分：ARMv-固定字符，即ARMVersionn-指令集版本號(hào)。迄今為之，ARM架構(gòu)版本發(fā)布了7個(gè)系列，所以n=1:7。其中最新的版本是第7版variants-變種。x（variants）-排除x后指定的變種常見的變種有：T-Thumb指令集M-長(zhǎng)乘法指令E-增強(qiáng)型DSP指令J-Java加速器JazelleSIMD-ARM媒體功能擴(kuò)展例如，ARMv5TxM表示ARM指令集版本為5，支持T變種，不支持M變種,2020/4/25,基于ARMArchitecture版本的處理器系列命名,采用上述的架構(gòu)，形成一系列的處理器。有時(shí)候還要區(qū)分處理器核和處理器系列。不過(guò)，在這里其實(shí)不用區(qū)分太細(xì)，畢竟這是功能的小部分的變化，核心是相同的。規(guī)則：ARMxyzTDMIEJF-Sx-處理器系列y-存儲(chǔ)管理/保護(hù)單元z-cacheT-支持Thumb指令集D-支持片上調(diào)試M-支持快速乘法器I-支持EmbeddedICE，支持嵌入式跟蹤調(diào)試E-支持增強(qiáng)型DSP指令J-支持JazelleF-具備向量浮點(diǎn)單元VFP-S-可綜合版本,2020/4/25,基于ARM的嵌入式系統(tǒng)概述,(1)RISC設(shè)計(jì)思想與CISC相比，有以下幾個(gè)方面不同：a：設(shè)計(jì)重點(diǎn)不同，RISC重點(diǎn)在于通過(guò)軟件的靈活降低硬件執(zhí)行指令的復(fù)雜度，即使得編譯器更高的復(fù)雜性b：指令集，RISC減少了指令種類，操作也簡(jiǎn)單，基本是一個(gè)周期執(zhí)行一條指令，每一條指令長(zhǎng)度是固定，而CISC指令長(zhǎng)度不固定，執(zhí)行也需要多個(gè)周期c：寄存器，RISC擁有更多寄存器，都可以存放數(shù)據(jù)或地址，而CISC都是用于特定目的的專用寄存器d：load-store結(jié)構(gòu)，即處理器只處理寄存器中的數(shù)據(jù)，獨(dú)立的load-store指令完成數(shù)據(jù)在寄存器和外部存儲(chǔ)器之間的傳送，即數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)器訪問分開，而CISC能夠直接處理存取器中的數(shù)據(jù)注：ARM指令集屬于RISC指令集，但與單純的RISC有以下幾方面不同,2020/4/25,基于ARM的嵌入式系統(tǒng)概述,ARM指令集屬于RISC指令集，但與單純的RISC有以下幾方面不同：a：大部分ARM指令是單周期完成的，但也有不是的，如多寄存器的load-store指令的執(zhí)行周期是不確定的，具體由被傳送的寄存器個(gè)數(shù)決定。b：內(nèi)嵌桶型移位寄存器c：Thumb16位指令集d：條件執(zhí)行e：增強(qiáng)指令，如添加了強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)指令，以支持1616位乘法操作及飽和操作,2020/4/25,基于ARM的嵌入式系統(tǒng)概述,(2)高速緩存（cache）1、為什么采用高速緩存微處理器的時(shí)鐘頻率比內(nèi)存速度提高快得多，高速緩存可以提高內(nèi)存的平均性能。2、高速緩存的工作原理高速緩存是一種小型、快速的存儲(chǔ)器，它保存部分主存內(nèi)容的拷貝。,CPU,高速緩存控制器,CACHE,主存,數(shù)據(jù),數(shù)據(jù),地址,2020/4/25,基于ARM的嵌入式系統(tǒng)概述,(3)嵌入式處理器分類,微處理器(MicroProcessorUnit,MPU)微控制器(MicroControllerUnit,MCU)嵌入式DSP(DigitalSignalProcessor,DSP)片上系統(tǒng)(SystemOnChip),嵌入式微處理器,嵌入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計(jì)算機(jī)中的CPU。在應(yīng)用中，將微處理器裝配在專門設(shè)計(jì)的電路板上，只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的母板功能，這樣可以大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗。為滿嵌入式應(yīng)用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本是一樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面都做了各種增強(qiáng)。,目前主要的嵌入式處理器類型有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等,嵌入式微處理器,嵌入式微控制器,嵌入式微控制器又稱單片機(jī)，顧名思義，就是將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中。嵌入式微控制器一般以某一種微處理器內(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各種必要功能和外設(shè)。為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，一般一個(gè)系列的單片機(jī)具有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核都是一樣的，不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的配置及封裝。這樣可以使單片機(jī)最大限度地和應(yīng)用需求相匹配，功能不多不少，從而減少功耗和成本。和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點(diǎn)是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱微控制器。,嵌入式微控制器,嵌入式微控制器目前的品種和數(shù)量最多，比較有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。另外還有許多半通用系列如：支持USB接口的MCU8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系統(tǒng)約70的市場(chǎng)份額。,嵌入式DSP處理器,DSP處理器對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其適合于執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等方面DSP算法正在大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域，DSP應(yīng)用正從在通用單片機(jī)中以普通指令實(shí)現(xiàn)DSP功能，過(guò)渡到采用嵌入式DSP處理器。嵌入式DSP處理器有兩個(gè)發(fā)展來(lái)源，一是DSP處理器經(jīng)過(guò)單片化、EMC改造、增加片上外設(shè)成為嵌入式DSP處理器，TI的TMS320C2000/C5000等屬于此范疇；二是在通用單片機(jī)或SOC中增加DSP協(xié)處理器，例如Intel的MCS-296和Infineon(Siemens)的TriCore。推動(dòng)嵌入式DSP處理器發(fā)展的另一個(gè)因素是嵌入式系統(tǒng)的智能化，例如各種帶有智能邏輯的消費(fèi)類產(chǎn)品，生物信息識(shí)別終端，帶有加解密算法的鍵盤，ADSL接入、實(shí)時(shí)語(yǔ)音壓解系統(tǒng)，虛擬現(xiàn)實(shí)顯示等。這類智能化算法一般都是運(yùn)算量較大，特別是向量運(yùn)算、指針線性尋址等較多，而這些正是DSP處理器的長(zhǎng)處所在。,嵌入式DSP處理器,有代表性的產(chǎn)品是TexasInstruments的TMS320系列和Motorola的DSP56000系列。TMS320系列處理器包括用于控制的C2000系列，移動(dòng)通信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。Motorola公司的DSP56000已經(jīng)發(fā)展成為DSP56000，DSP56100,DSP56200和DSP56300等幾個(gè)不同系列的處理器。PHILIPS公司也推出了基于可重置嵌入式DSP結(jié)構(gòu)低成本、低功耗技術(shù)上制造的DSP處理器，特點(diǎn)是具備雙Harvard結(jié)構(gòu)和雙乘/累加器單元，應(yīng)用目標(biāo)是大批量消費(fèi)類電子產(chǎn)品。,隨著EDI的推廣和VLSI設(shè)計(jì)的普及化，及半導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展，在一個(gè)硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)更為復(fù)雜的系統(tǒng)的時(shí)代已來(lái)臨，這就是SystemOnChip(SOC)。各種通用處理器內(nèi)核將作為SOC設(shè)計(jì)公司的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，和許多其它嵌入式系統(tǒng)外設(shè)一樣，成為VLSI設(shè)計(jì)中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件，用標(biāo)準(zhǔn)的VHDL等語(yǔ)言描述，存儲(chǔ)在器件庫(kù)中。用戶只需定義出其整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，仿真通過(guò)后就可以將設(shè)計(jì)圖交給半導(dǎo)體工廠制作樣品。這樣除個(gè)別無(wú)法集成的器件以外，整個(gè)嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去，應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡(jiǎn)潔，對(duì)于減小體積和功耗、提高可靠性非常有利。它結(jié)合了許多功能區(qū)塊，將功能做在一個(gè)芯片上，ARMRISC、MIPSRISC、DSP或是其他的微處理器核心，加上通信的接口單元，例如通用串行端口（USB）、TCP/IP通信單元、GPRS通信接口、GSM通信接口、IEEE1394、藍(lán)牙模塊接口等等，這些單元以往都是依照各單元的功能做成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的處理芯片。,嵌入式片上系統(tǒng)(SoC),2020/4/25,基于ARM的嵌入式系統(tǒng)概述,(4)嵌入式系統(tǒng)硬件,總線,(4)嵌入式系統(tǒng)硬件微處理器（CPU）是嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)的核心構(gòu)件，但不是全部。按照馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)思想，計(jì)算機(jī)的硬件是由CPU、存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備三部分組成的。總線是把CPU與存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備相連接的信息通道，但總線并不僅僅指的是一束信號(hào)線，而應(yīng)包含相應(yīng)的通信協(xié)議。按照使用場(chǎng)合的不同，總線分成芯片級(jí)總線（CPU總線）、板卡級(jí)總線（內(nèi)總線）和系統(tǒng)級(jí)總線（外總線）。,總線和總線橋,2020/4/25,基于ARM的嵌入式系統(tǒng)概述,(4)嵌入式系統(tǒng)硬件AMBA總線是一個(gè)多總線系統(tǒng)。規(guī)范定義了三種可以組合使用的不同類型的總線：AHB（AdvancedHigh-performanceBus）、ASB（AdvancedSystemBus）和APB（AdvancedPeripheralBus）。AHB：CPU核、存儲(chǔ)器控制器、中斷控制器、LCD控制器、DMA和USB主機(jī)模塊等（可以包括多個(gè)主模塊）APB：WATCHDOG、IIS、IIC、PWM、ADC、UART、GPIO、RTC等（只有一個(gè)主模塊）ASB：連接高性能系統(tǒng)模塊，在某些需高速且不必使用AHB總線的場(chǎng)合使用,2020/4/25,基于ARM的嵌入式系統(tǒng)概述,(5)嵌入式存儲(chǔ)器大多數(shù)嵌入式產(chǎn)品的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)是分層的，即多種類型的存儲(chǔ)器在決定存儲(chǔ)器層次、寬度、類型等特性時(shí)，需綜合考慮產(chǎn)品的價(jià)格、性能、功耗等因素,存儲(chǔ)器系統(tǒng),寄存器,高速緩存SRAM,主存儲(chǔ)器DRAM,本地存儲(chǔ)器Flash、ROM、磁盤,網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)器Flash、ROM、磁盤,時(shí)鐘周期,0,110,50100,20000000,分層結(jié)構(gòu),存儲(chǔ)器種類,RAM：隨機(jī)存取存儲(chǔ)器SRAM：靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（高速存儲(chǔ)器或cache）不需刷新電路即能保存內(nèi)部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。DRAM：動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，一般使用電容存儲(chǔ)，需經(jīng)常刷新1）SRAM比DRAM快2）SRAM比DRAM耗電多3）DRAM存儲(chǔ)密度比SRAM高得多4）DRAM需要周期性刷新SDRAM：同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，是DRAM中的一種，因與處理器總線同步，故能突發(fā)式地輸出到總線ROM：只讀存儲(chǔ)器,閃速存儲(chǔ)器(FLASH),PROM：可編程ROMEPROM：可擦除、可編程ROMEEPROM：電可擦除、可編程ROMFLASH：閃存相對(duì)傳統(tǒng)的EPROM芯片，這種芯片可以用電氣的方法快速地擦寫由于快擦寫存儲(chǔ)器不需要存儲(chǔ)電容器，故其集成度更高，制造成本低于DRAM它使用方便，既具有SRAM讀寫的靈活性和較快的訪問速度，又具有ROM在斷電后可不丟失信息的特點(diǎn)，所以快擦寫存儲(chǔ)器技術(shù)發(fā)展十分迅速FLASH的架構(gòu)大致上可分為具程序執(zhí)行能力的NOR架構(gòu)以及儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的NAND架構(gòu),NOR技術(shù)和NAND技術(shù),NORFlash市場(chǎng)目前由Intel和AMD公司主導(dǎo)，其主要功能是程序的儲(chǔ)存，如PC中的BIOSNOR的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行(XIP,eXecuteInPlace),這樣應(yīng)用程序可以直接在flash閃存內(nèi)運(yùn)行,不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR的傳輸效率很高,在14MB的小容量時(shí)具有很高的成本效益,但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。NANDFlash相對(duì)上屬于封閉的市場(chǎng)，專利權(quán)掌握在少數(shù)廠商手中，Toshiba和Samsung公司為主，其主要功能是數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存，如小型存儲(chǔ)卡、隨身電子盤等都是NAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度,可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度,并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于flash的管理需要特殊的系統(tǒng)接口。,2020/4/25,基于ARM的嵌入式系統(tǒng)概述,(6)初始化啟動(dòng)代碼（1）初始化硬件配置（2）診斷（3）引導(dǎo)初始化硬件配置包括：設(shè)置堆棧指針、硬件工作時(shí)鐘、存儲(chǔ)器映射等等,I/O寄存器,快速SRAM,大塊DRAM,啟動(dòng)ROM,啟動(dòng)之前,I/O寄存器,快速SRAM,大塊DRAM,啟動(dòng)ROM,啟動(dòng)之后,2020/4/25,基于ARM的嵌入式系統(tǒng)概述,(6)初始化啟動(dòng)代碼診斷硬件是否能正常工作，不能工作的是否隔離，即識(shí)別和隔離故障。引導(dǎo)過(guò)程包括裝載一個(gè)映像文件并將控制權(quán)交給它，裝載可以包括拷貝整個(gè)程序（代碼和數(shù)據(jù)），也可以只拷貝易變（volatile）變量的數(shù)據(jù)到RAM中，啟動(dòng)后，通過(guò)更改PC指向映像文件的起始地址，從而交出控制權(quán),ARM的特點(diǎn),RISC指令集Load/Store體系結(jié)構(gòu)固定的32位指令大多數(shù)指令單周期完成Thumb/DSP/jazeller功能擴(kuò)展低功耗,2020/4/25,小結(jié),什么是ARMARM的特點(diǎn)ARM的分類ARM的命名規(guī)則嵌入式硬件體系結(jié)構(gòu)嵌入式存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器映射,第二章ARM體系結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)系統(tǒng),2020/4/25,內(nèi)容,流水線（pipeline）,存儲(chǔ),模式（model）,寄存器,2020/4/25,存儲(chǔ),地址空間,ARM結(jié)構(gòu)使用單個(gè)平面的232個(gè)8位字節(jié)地址空間。字節(jié)地址按照無(wú)符號(hào)數(shù)排列，從0到2321。地址空間可以看作是包含230個(gè)32位字，或231個(gè)16位半字。32位地址線/數(shù)據(jù)線，支持如下數(shù)據(jù)類型：字節(jié)（byte）8bits半字（Halfword）16bits，半字必須對(duì)齊2字節(jié)邊界字（Word）32bits，字必須對(duì)齊4字節(jié)邊界,2020/4/25,存儲(chǔ),ARM處理器可以將存儲(chǔ)器中的字以下列格式存儲(chǔ)：大端格式（Big-endian）:字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)存儲(chǔ)在低地址中，而低字節(jié)存儲(chǔ)在高地址中小端格式（Little-endian）：與小端對(duì)齊相反，字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)存儲(chǔ)在高地址中，低字節(jié)存儲(chǔ)在低地址中,2020/4/25,ARM結(jié)構(gòu)通常希望所有的存儲(chǔ)器訪問都合理的對(duì)齊。具體來(lái)說(shuō)就是字訪問的地址通常是字對(duì)齊的，而半字訪問使用的地址是半字對(duì)齊的。不按這種方式對(duì)齊的存儲(chǔ)器訪問稱為非對(duì)齊的存儲(chǔ)器訪問。非對(duì)齊的取指不可預(yù)知結(jié)果ARM狀態(tài)忽略低2位；Thumb狀態(tài)忽略最低位（忽略由存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)）非對(duì)齊的數(shù)據(jù)訪問執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)測(cè)忽略字單元地址的低2位；忽略半字單元地址的最低位（忽略可能由處理器或存儲(chǔ)器完成）,存儲(chǔ),非對(duì)齊的存儲(chǔ)器訪問,指令流水線,為增加處理器指令流的速度，ARM7系列使用3級(jí)流水線.允許多個(gè)操作同時(shí)處理，比逐條指令執(zhí)行要快。PC指向正被取指的指令，而非正在執(zhí)行的指令,Fetch,Decode,Execute,從存儲(chǔ)器中讀取指令,解碼指令,寄存器讀（從寄存器Bank）移位及ALU操作寄存器寫（到寄存器Bank）,PCPC,PC-4PC-2,PC-8PC-4,ARMThumb,2020/4/25,處理器狀態(tài),處理器狀態(tài),ARM處理器包含32位ARM指令集和16位Thumb指令集。因此ARM處理器有兩種操作態(tài)：ARM狀態(tài)：32位，這種狀態(tài)下執(zhí)行的是字方式的ARM指令；Thumb狀態(tài)：16位，這種狀態(tài)下執(zhí)行半字方式的Thumb指令。,注意：兩個(gè)狀態(tài)之間的切換并不影響處理器模式或寄存器內(nèi)容。,2020/4/25,處理器模式,簡(jiǎn)介,ARM體系結(jié)構(gòu)支持7種處理器模式，分別為：用戶模式、快中斷模式、中斷模式、管理模式、中止模式、未定義模式和系統(tǒng)模式，如下表所示。這樣的好處是可以更好的支持操作系統(tǒng)并提高工作效率。特權(quán)模式：除用戶模式外的6種模式異常模式：除系統(tǒng)模式外的特權(quán)模式,2020/4/25,處理器模式,2020/4/25,內(nèi)部寄存器,簡(jiǎn)介,在ARM處理器內(nèi)部有37個(gè)用戶可見的寄存器：30個(gè)通用寄存器6個(gè)狀態(tài)寄存器1個(gè)專用于記錄當(dāng)前狀態(tài)5個(gè)專用于記錄模式切換前的狀態(tài)1個(gè)程序計(jì)數(shù)器PC在不同的工作模式和處理器狀態(tài)下，程序員可以訪問的寄存器也不盡相同。,2020/4/25,ARM狀態(tài)各模式下可以訪問的寄存器,2020/4/25,內(nèi)部寄存器,r0r12：通用寄存器。當(dāng)C和匯編互相調(diào)用時(shí)，r0r3用來(lái)傳遞函數(shù)參數(shù)，可記為a0a3r13：用于各種模式下的堆棧寄存器（sp）r14：用來(lái)保存程序返回地址的鏈接寄存器（lr）r15：程序計(jì)數(shù)器（pc）r8_FIQr12_FIQ：允許快速中斷處理r8_Userr12_User：除了FIQ模式外各模式公用除了User和System模式外，各種模式都有自己獨(dú)立的r13和r14,2020/4/25,內(nèi)部寄存器,R14寄存器與子程序調(diào)用,MOVPC,LR,R14(地址A),1.程序A執(zhí)行過(guò)程中調(diào)用程序B；,操作流程,2.程序跳轉(zhuǎn)至標(biāo)號(hào)Label，執(zhí)行程序B。同時(shí)硬件將“BLLabel”指令的下一條指令所在地址存入R14；,3.程序B執(zhí)行最后，將R14寄存器的內(nèi)容放入PC，返回程序A；,2020/4/25,內(nèi)部寄存器,正常操作時(shí)，從R15讀取的值是處理器正在取指的地址，即當(dāng)前正在執(zhí)行指令的地址加上8個(gè)字節(jié)（兩條ARM指令的長(zhǎng)度）。由于ARM指令總是以字為單位，所以R15寄存器的最低兩位總是為0。,2020/4/25,程序狀態(tài)寄存器,簡(jiǎn)介,ARM內(nèi)核包含1個(gè)CPSR和5個(gè)供異常處理程序使用的SPSR。CPSR反映了當(dāng)前處理器的狀態(tài)，其包含：4個(gè)條件代碼標(biāo)志（負(fù)(N)、零(Z)、進(jìn)位(C)和溢出(V)）；2個(gè)中斷禁止位，分別控制一種類型的中斷；5個(gè)對(duì)當(dāng)前處理器模式進(jìn)行編碼的位；1個(gè)用于指示當(dāng)前執(zhí)行指令(ARM還是Thumb)的位。,2020/4/25,程序狀態(tài)寄存器,簡(jiǎn)介,條件代碼標(biāo)志,保留,控制位,溢出標(biāo)志,進(jìn)位或借位擴(kuò)展,零,負(fù)或小于,IRQ禁止,FIQ禁止,狀態(tài)位,模式位,N,Z,C,V,I,T,F,CPSR寄存器的格式,CPSR模式位設(shè)置表,2020/4/25,程序狀態(tài)寄存器,簡(jiǎn)介,每個(gè)異常模式還帶有一個(gè)程序狀態(tài)保存寄存器（SPSR），它用于保存在異常事件發(fā)生之前的CPSR。CPSR和SPSR通過(guò)特殊指令進(jìn)行訪問。注意：如果通過(guò)程序修改CPSR寄存器中的模式位進(jìn)入異常模式，那么硬件將不會(huì)把CPSR保存至SPSR中。,2020/4/25,小結(jié),ARM處理器存儲(chǔ)格式指令流水線ARM處理器狀態(tài)ARM處理器模式SPLRPCCPSRSPSR,第三章ARM指令系統(tǒng),2020/4/25,內(nèi)容,ARM指令集,ARM匯編程序設(shè)計(jì),ARM處理器尋址,2020/4/25,ARM處理器尋址方式,尋址方式分類,尋址方式是根據(jù)指令中給出的地址碼字段來(lái)實(shí)現(xiàn)尋找真實(shí)操作數(shù)地址的方式。ARM處理器具有9種基本尋址方式。1.寄存器尋址；2.立即尋址；3.寄存器移位尋址；4.寄存器間接尋址；5.基址尋址；6.多寄存器尋址；7.堆棧尋址；8.塊拷貝尋址；9.相對(duì)尋址。,2020/4/25,操作數(shù)的值在寄存器中，指令中的地址碼字段指出的是寄存器編號(hào)，指令執(zhí)行時(shí)直接取出寄存器值來(lái)操作。寄存器尋址指令舉例如下：MOVR1,R2;將R2的值存入R1SUBR0,R1,R2;將R1的值減去R2的值，結(jié)果保存到R0,ARM處理器尋址方式,尋址方式分類寄存器尋址,MOVR1,R2,0 xAA,2020/4/25,立即尋址指令中的操作碼字段后面的地址碼部分即是操作數(shù)本身，也就是說(shuō)，數(shù)據(jù)就包含在指令當(dāng)中，取出指令也就取出了可以立即使用的操作數(shù)(這樣的數(shù)稱為立即數(shù))。立即尋址指令舉例如下：SUBSR0,R0,#1;R0減1，結(jié)果放入R0，并且影響標(biāo)志位MOVR0,#0 xFF000;將立即數(shù)0 xFF000裝入R0寄存器,ARM處理器尋址方式,尋址方式分類立即尋址,MOVR0,#0 xFF00,0 xFF00,從代碼中獲得數(shù)據(jù),2020/4/25,寄存器移位尋址是ARM指令集特有的尋址方式。當(dāng)?shù)?個(gè)操作數(shù)是寄存器移位方式時(shí)，第2個(gè)寄存器操作數(shù)在與第1個(gè)操作數(shù)結(jié)合之前，選擇進(jìn)行移位操作。寄存器移位尋址指令舉例如下：MOVR0,R2,LSL#3;R2的值左移3位，結(jié)果放入R0，;即是R0=R28ANDSR1,R1,R2,LSLR3;R2的值左移R3位，然后和R1相;“與”操作，結(jié)果放入R1,ARM處理器尋址方式,尋址方式分類寄存器移位尋址,MOVR0,R2,LSL#3,0 x08,0 x08,邏輯左移3位,2020/4/25,指令集介紹,ARM指令集第2個(gè)操作數(shù),2020/4/25,寄存器間接尋址指令中的地址碼給出的是一個(gè)通用寄存器的編號(hào)，所需的操作數(shù)保存在寄存器指定地址的存儲(chǔ)單元中，即寄存器為操作數(shù)的地址指針。寄存器間接尋址指令舉例如下：LDRR1,R2;將R2指向的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)讀出;保存在R1中SWPR1,R1,R2;將寄存器R1的值和R2指定的存儲(chǔ);單元的內(nèi)容交換,ARM處理器尋址方式,尋址方式分類寄存器間接尋址,LDRR0,R2,0 xAA,2020/4/25,基址尋址就是將基址寄存器的內(nèi)容與指令中給出的偏移量（R3,2020/4/25,ARM指令小節(jié)目錄,1.指令格式2.數(shù)據(jù)處理指令3.條件碼4.乘法指令5.ARM分支指令6.存儲(chǔ)器訪問指令7.雜項(xiàng)指令8.偽指令,2020/4/25,簡(jiǎn)單的ARM程序,;文件名：test.s;功能：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)寄存器相加;說(shuō)明：使用ARMulate軟件仿真調(diào)試AREAExample1,CODE,READONLY;聲明代碼段Example1ENTRY;標(biāo)識(shí)程序入口CODE32;聲明32位ARM指令STARTMOVR0,#0;設(shè)置參數(shù)MOVR1,#10LOOPBLADD_SUB;調(diào)用子程序ADD_SUBBLOOP;跳轉(zhuǎn)到LOOPADD_SUBADDSR0,R0,R1;R0=R0+R1MOVPC,LR;子程序返回END;文件結(jié)束,2020/4/25,指令集介紹,ARM指令集ARM數(shù)據(jù)處理指令,數(shù)據(jù)處理指令大致可分為3類：數(shù)據(jù)傳送指令；算術(shù)邏輯運(yùn)算指令；比較指令。數(shù)據(jù)處理指令只能對(duì)寄存器的內(nèi)容進(jìn)行操作，而不能對(duì)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。所有ARM數(shù)據(jù)傳送或算術(shù)邏輯運(yùn)算指令均可選擇使用S后綴，以使指令影響CPSR中的標(biāo)志。,2020/4/25,ARM數(shù)據(jù)處理指令數(shù)據(jù)傳送,注：當(dāng)后綴S時(shí)，這些指令根據(jù)結(jié)果更新標(biāo)志N和Z，在計(jì)算Operand2時(shí)更新標(biāo)志C，不影響標(biāo)志V。,2020/4/25,ARM數(shù)據(jù)處理指令算術(shù)運(yùn)算,注：這些指令影響N，Z，C和V標(biāo)志位。,2020/4/25,ARM數(shù)據(jù)處理指令邏輯運(yùn)算指令,注：當(dāng)后綴S時(shí)，這些指令根據(jù)結(jié)果更新標(biāo)志N和Z，在計(jì)算Operand2時(shí)更新標(biāo)志C，不影響標(biāo)志V。,2020/4/25,ARM數(shù)據(jù)處理指令比較指令,注：這些指令影響N，Z，C和V標(biāo)志位。如：CMNR0,1；測(cè)試R0的值是否為1的補(bǔ)碼，若是z置位,2020/4/25,ARM指令小節(jié)目錄,1.指令格式2.數(shù)據(jù)處理指令3.條件碼4.乘法指令5.ARM分支指令6.存儲(chǔ)器訪問指令7.雜項(xiàng)指令8.偽指令,2020/4/25,ARM指令的基本格式如下：,指令集介紹,ARM指令集條件碼,S,使用條件碼“cond”可以實(shí)現(xiàn)高效的邏輯操作(節(jié)省跳轉(zhuǎn)和條件語(yǔ)句)，提高代碼效率。,2020/4/25,指令條件碼表,2020/4/25,指令集介紹,ARM指令集條件碼,C代碼：if(ab)a+;elseb+;,對(duì)應(yīng)的匯編代碼：CMPR0,R1;R0（a）與R1（b）比較ADDHIR0,R0,#1;若R0R1，則R0=R0+1ADDLSR1,R1,#1;若R0R1，則R1=R1+1,示例：,2020/4/25,ARM指令小節(jié)目錄,1.指令格式2.數(shù)據(jù)處理指令3.條件碼4.乘法指令5.ARM分支指令6.存儲(chǔ)器訪問指令7.雜項(xiàng)指令8.偽指令,2020/4/25,指令集介紹,ARM指令集乘法指令,ARM具有三種乘法指令，分別為：3232位乘法指令；3232位乘加指令；3232位結(jié)果為64位的乘/乘加指令。,2020/4/25,ARM指令乘法指令,2020/4/25,ARM指令小節(jié)目錄,1.指令格式2.數(shù)據(jù)處理指令3.條件碼4.乘法指令5.ARM分支指令6.存儲(chǔ)器訪問指令7.雜項(xiàng)指令8.偽指令,2020/4/25,指令集介紹,ARM指令集分支指令,在ARM中有兩種方式可以實(shí)現(xiàn)程序的跳轉(zhuǎn)，一種是使用分支指令直接跳轉(zhuǎn)，另一種則是直接向PC寄存器賦值實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)。分支指令有以下三種：分支指令B；帶鏈接的分支指令BL；帶狀態(tài)切換的分支指令BX。,2020/4/25,ARM指令分支指令,2020/4/25,ARM指令小節(jié)目錄,1.指令格式2.數(shù)據(jù)處理指令3.條件碼4.乘法指令5.ARM分支指令6.存儲(chǔ)器訪問指令7.雜項(xiàng)指令8.偽指令,2020/4/25,指令集介紹,ARM指令集存儲(chǔ)器訪問指令,ARM處理器是典型的RISC處理器，對(duì)存儲(chǔ)器的訪問只能使用加載和存儲(chǔ)指令實(shí)現(xiàn)。存儲(chǔ)器訪問指令分為:單寄存器操作指令和多寄存器操作指令。,2020/4/25,ARM存儲(chǔ)器訪問指令單寄存器加載,2020/4/25,ARM存儲(chǔ)器訪問指令單寄存器存儲(chǔ),2020/4/25,LDR和STR字和無(wú)符號(hào)字節(jié)加載/存儲(chǔ)指令LDR指令用于從內(nèi)存中讀取單一字或字節(jié)數(shù)據(jù)存入寄存器中，STR指令用于將寄存器中的單一字或字節(jié)數(shù)據(jù)保存到內(nèi)存。指令格式如下：,ARM存儲(chǔ)器訪問指令單寄存器存儲(chǔ),LDRcondTRd,;將指定地址上的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入RdSTRcondTRd,;將Rd中的字?jǐn)?shù)據(jù)存入指定地址LDRcondBTRd,;將指定地址上的字節(jié)數(shù)據(jù)讀入RdSTRcondBTRd,;將Rd中的字節(jié)數(shù)據(jù)存入指定地址,2020/4/25,ARM存儲(chǔ)器訪問指令單寄存器存儲(chǔ),ARM指令集提供了幾種存儲(chǔ)器尋址的不同方式，這些方式是以下幾種變址模式的組合：,注：”!”表示要把計(jì)算出的地址回寫到基址寄存器,2020/4/25,LDR和STR半字和有符號(hào)字節(jié)加載/存儲(chǔ)指令這類LDR/STR指令可加載有符號(hào)半字或字節(jié)，可加載/存儲(chǔ)無(wú)符號(hào)半字。偏移量格式、尋址方式與加載/存儲(chǔ)字和無(wú)符號(hào)字節(jié)指令相同。,ARM存儲(chǔ)器訪問指令單寄存器存儲(chǔ),LDRcondSBRd,;將指定地址上的有符號(hào)字節(jié)讀入RdLDRcondSHRd,;將指定地址上的有符號(hào)半字讀入RdLDRcondHRd,;將指定地址上的半字?jǐn)?shù)據(jù)讀入RdSTRcondHRd,;將Rd中的半字?jǐn)?shù)據(jù)存入指定地址,注意：半字?jǐn)?shù)據(jù)加載，寄存器高兩個(gè)字節(jié)置零；字節(jié)數(shù)據(jù)加載，寄存器高三個(gè)字節(jié)置零,2020/4/25,LDR和STR指令應(yīng)用示例：1.加載/存儲(chǔ)字和無(wú)符號(hào)字節(jié)指令LDRR2,R5;將R5指向地址的字?jǐn)?shù)據(jù)存入R2STRR1,R0,#0 x04;將R1的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到R0+0 x04地址LDRBR3,R2,#-1;將R2指向地址的字節(jié)數(shù)據(jù)存入R3，R2R21STRBR0,R3,-R8,ASR2;R0-R3-R8/4,存儲(chǔ)R0的最低有效字節(jié)2.加載/存儲(chǔ)半字和有符號(hào)字節(jié)指令LDRSBR1,R0,R3;將R0+R3地址上的字節(jié)數(shù)據(jù)存入R1，;高24位用符號(hào)擴(kuò)展LDRHR6,R2,#2;將R2指向地址的半字?jǐn)?shù)據(jù)存入R6，高16位用0擴(kuò)展;讀出后，R2=R2+2STRHR1,R0,#2!;將R1的半字?jǐn)?shù)據(jù)保存到R0+2地址，;只修改低2字節(jié)數(shù)據(jù)，然后R0=R0+2,ARM存儲(chǔ)器訪問指令單寄存器存儲(chǔ),2020/4/25,ARM存儲(chǔ)器訪問指令多寄存器存取,多寄存器加載/存儲(chǔ)指令可以實(shí)現(xiàn)在一組寄存器和一塊連續(xù)的內(nèi)存單元之間傳輸數(shù)據(jù)。LDM為加載多個(gè)寄存器；STM為存儲(chǔ)多個(gè)寄存器。允許一條指令傳送16個(gè)寄存器的任何子集或所有寄存器。它們主要用于現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)、數(shù)據(jù)復(fù)制、常數(shù)傳遞等。,2020/4/25,ARM存儲(chǔ)器訪問指令多寄存器存取,多寄存器加載/存儲(chǔ)指令格式如下：LDMcondRn!,reglistSTMcondRn!,reglistcond：指令執(zhí)行的條件；模式：控制地址的增長(zhǎng)方式，一共有8種模式；!：表示在操作結(jié)束后，將最后的地址寫回Rn中；reglist：表示寄存器列表，可以包含多個(gè)寄存器，它們使用“,”隔開，如R1,R2,R6-R9，寄存器由小到大排列；：可選后綴。允許在用戶模式或系統(tǒng)模式下使用。它有以下兩個(gè)功能：1）若op是LDM且寄存器列表包含R15時(shí)，那么除了正常的多寄存器傳送外，還將SPSR也復(fù)制到CPSR中。這用于異常處理返回，僅在異常模式下使用。2）數(shù)據(jù)傳入或傳出的是用戶模式下的寄存器，而不是當(dāng)前模式的寄存器。,2020/4/25,ARM存儲(chǔ)器訪問指令多寄存器存取,多寄存器加載/存儲(chǔ)指令的8種模式如下表所示，右邊四種為堆棧操作、左邊四種為數(shù)據(jù)傳送操作。,進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)制時(shí)，先設(shè)置好源數(shù)據(jù)指針和目標(biāo)指針，然后使用塊拷貝尋址指令LDMIA/STMIA、LDMIB/STMIB、LDMDA/STMDA、LDMDB/STMDB進(jìn)行讀取和存儲(chǔ)。進(jìn)行堆棧操作操作時(shí)，要先設(shè)置堆棧指針（SP），然后使用堆棧尋址指令STMFD/LDMFD、STMED/LDMED、STMFA/LDMFA和STMEA/LDMEA實(shí)現(xiàn)堆棧操作。,2020/4/25,ARM存儲(chǔ)器訪問指令多寄存器存取,;使用數(shù)據(jù)塊傳送指令進(jìn)行堆棧操作STMDAR0!,R5-R6.LDMIBR0!,R5-R6,;使用堆棧指令進(jìn)行堆棧操作STMEDR13!,R5-R6.LDMEDR13!,R5-R6,兩段代碼的執(zhí)行結(jié)果是一樣的，但是使用堆棧指令的壓棧和出棧操作編程很簡(jiǎn)單（只要前后一致即可），而使用數(shù)據(jù)塊指令進(jìn)行壓棧和出棧操作則需要考慮空與滿、加與減對(duì)應(yīng)的問題。,2020/4/25,ARM存儲(chǔ)器訪問指令寄存器和存儲(chǔ)器交換指令,SWP指令用于將一個(gè)內(nèi)存單元(該單元地址放在寄存器Rn中)的內(nèi)容讀取到一個(gè)寄存器Rd中，同時(shí)將另一個(gè)寄存器Rm的內(nèi)容寫入到該內(nèi)存單元中。使用SWP可實(shí)現(xiàn)信號(hào)量操作。指令格式如下：SWPcondBRd,Rm,Rn其中，B為可選后綴，若有B，則交換字節(jié)，否則交換32位字；Rd用于保存從存儲(chǔ)器中讀入的數(shù)據(jù)；Rm的數(shù)據(jù)用于存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，若Rm與Rd相同，則為寄存器與存儲(chǔ)器內(nèi)容進(jìn)行互換；Rn為要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的存儲(chǔ)器地址。注：Rn不能與Rd和Rm相同。,2020/4/25,ARM指令小節(jié)目錄,1.指令格式2.數(shù)據(jù)處理指令3.條件碼4.乘法指令5.ARM分支指令6.存儲(chǔ)器訪問指令7.雜項(xiàng)指令8.偽指令,2020/4/25,指令集介紹,ARM指令集雜項(xiàng)指令,ARM指令集中有三條指令作為雜項(xiàng)指令，在實(shí)際應(yīng)用中這三條指令非常重要。它們?nèi)缦滤荆?2020/4/25,ARM雜項(xiàng)指令軟中斷指令,SWI指令用于產(chǎn)生SWI異常，使得CPU模式變換到管理模式，并且將CPSR保存到管理模式的SPSR中，然后程序跳轉(zhuǎn)到SWI異常入口。不影響條件碼標(biāo)志。該指令主要用于用戶程序調(diào)用操作系統(tǒng)的系統(tǒng)服務(wù)，操作系統(tǒng)在SWI異常處理程序中進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)服務(wù)。,SWIcondimmed_24,SWI指令格式,2020/4/25,ARM雜項(xiàng)指令軟中斷指令,根據(jù)SWI指令傳遞的參數(shù)SWI異常處理程序可以作出相應(yīng)的處理。SWI指令傳遞參數(shù)有以下兩種方法，指令中的24位立即數(shù)指定了用戶請(qǐng)求的服務(wù)類型，參數(shù)通過(guò)通用寄存器傳遞。MOVR0,#34;設(shè)置子功能號(hào)為34SWI12;調(diào)用12號(hào)軟中斷指令中的24位立即數(shù)被忽略，用戶請(qǐng)求的服務(wù)類型由寄存器R0的值決定，參數(shù)通過(guò)其它的通用寄存器傳遞。MOVR0,#12;調(diào)用12號(hào)軟中斷MOVR1,#34;設(shè)置子功能號(hào)為34SWI0,2020/4/25,ARM雜項(xiàng)指令軟中斷指令,本示例只有一級(jí)軟中斷，含有二級(jí)中斷見異常處理,CMPR0,#MaxSWILDRLSPC,PC,R0,LSL#2BSWIOutOfRangeSwitableDCDdo_SWI_0;該服務(wù)對(duì)應(yīng)的SWI指令中立即數(shù)為0DCDdo_SWI_1;該服務(wù)對(duì)應(yīng)的SWI指令中立即數(shù)為1.do_SWI_0;服務(wù)程序do_SWI_0的代碼.LDMFDSP!,R0-R3,R12,PC;從do_SWI_0異常中斷返回do_SWI_1;服務(wù)程序do_SWI_0的代碼,2020/4/25,(1),(2),(3),(4),ARM雜項(xiàng)指令狀態(tài)寄存器寫指令,應(yīng)用示例1：;子程序：使能IRQ中斷ENABLE_IRQMRSR0,CPSRBICR0,R0,#0 x80MSRCPSR_c,R0MOVPC,LR,應(yīng)用示例2：;子程序：禁止IRQ中斷DISABLE_IRQMRSR0,CPSRORRR0,R0,#0 x80MSRCPSR_c,R0MOVPC,LR,1.將CPSR寄存器內(nèi)容讀出到R0；,2.修改對(duì)應(yīng)于CPSR中的I控制位；,3.將修改后的值寫回CPSR寄存器的對(duì)應(yīng)控制域；,4.返回上一層函數(shù)；,2020/4/25,ARM指令小節(jié)目錄,1.指令格式2.數(shù)據(jù)處理指令3.條件碼4.乘法指令5.ARM分支指令6.存儲(chǔ)器訪問指令7.雜項(xiàng)指令8.偽指令,2020/4/25,指令集介紹,ARM偽指令,ARM偽指令不屬于ARM指令集中的指令，是為了編程方便而定義的。偽指令可以像其它ARM指令一樣使用，但在編譯時(shí)這些指令將被等效的一條或多條ARM指令所代替。ARM偽指令有四條，分別為ADR偽指令、ADRL偽指令、LDR偽指令、NOP偽指令。,2020/4/25,ARM偽指令小范圍的地址讀取,ADR偽指令將基于PC相對(duì)偏移的地址值或基于寄存器相對(duì)偏移的地址值讀取到寄存器中。在匯編編譯器編譯源程序時(shí)，ADR偽指令被編譯器替換成一條合適的指令。通常，編譯器用一條ADD指令或SUB指令來(lái)實(shí)現(xiàn)該ADR偽指令的功能，若不能用一條指令實(shí)現(xiàn)，則產(chǎn)生錯(cuò)誤，編譯失敗。,ADRcondregister,expr,ADR偽指令格式,指令執(zhí)行的條件碼,加載的目標(biāo)寄存器,地址表達(dá)式,地址表達(dá)式expr的取指范圍：當(dāng)?shù)刂分凳亲止?jié)對(duì)齊時(shí)，其取指范圍為-255255；當(dāng)?shù)刂分凳亲謱?duì)齊時(shí)，其取指范圍為-10201020；,2020/4/25,ARM偽指令小范圍的地址讀取,.ADRR0,Delay.DelayMOVR0,r14.,應(yīng)用示例（源程序）：,.0 x20ADDr0,pc,#0 x3c.0 x64MOVr0,r14.,編譯后的反匯編代碼：,使用偽指令將程序標(biāo)號(hào)Delay的地址存入R0,ADR偽指令被匯編成一條指令,2020/4/25,ARM偽指令小范圍的地址讀取,2020/4/25,ARM偽指令中等范圍的地址讀取,ADRL偽指令將基于PC相對(duì)偏移的地址值或基于寄存器相對(duì)偏移的地址值讀取到寄存器中，比ADR偽指令可以讀取更大范圍的地址。在匯編編譯器編譯源程序時(shí)，ADRL偽指令被編譯器替換成兩條合適的指令。若不能用兩條指令實(shí)現(xiàn)，則產(chǎn)生錯(cuò)誤，編譯失敗。,ADRLcondregister,expr,ADRL偽指令格式,指令執(zhí)行的條件碼,加載的目標(biāo)寄存器,地址表達(dá)式,地址表達(dá)式expr的取指范圍：當(dāng)?shù)刂分凳亲止?jié)對(duì)齊時(shí)，其取指范圍為-64K64K；當(dāng)?shù)刂分凳亲謱?duì)齊時(shí)，其取指范圍為-256K256K；,2020/4/25,ARM偽指令中等范圍的地址讀取,.ADRLR0,Delay.DelayMOVR0,r14.,應(yīng)用示例（源程序）：,.0X20ADDr0,pc,#0X400X24ADDr0,r0,#0XFF00.0XFF68MOVr0,r14.,編譯后的反匯編代碼：,使用偽指令將程序標(biāo)號(hào)Delay的地址存入R0,ADRL偽指令被匯編成兩條指令,2020/4/25,ARM偽指令大范圍的地址讀取,LDR偽指令用于加載32位的立即數(shù)或一個(gè)地址值到指定寄存器。在匯編編譯源程序時(shí)，LDR偽指令被編譯器替換成一條合適的指令。若加載的常數(shù)未超出MOV或MVN的范圍，則使用MOV或MVN指令代替該LDR偽指令，否則匯編器將常量放入文字池，并使用一條程序相對(duì)偏移的LDR指令從文字池讀出常量。,LDRcondregister,=expr|label_expr,LDR偽指令格式,指令執(zhí)行的條件碼,加載的目標(biāo)寄存器,基于PC的地址表達(dá)式或外部表達(dá)式,注意：1.從指令位置到文字池的偏移量必須小于4KB；2.與ARM指令的LDR相比，偽指令的LDR的參數(shù)有“=”號(hào)。,2020/4/25,ARM偽指令大范圍的地址讀取,LDR偽指令用于加載32位的立即數(shù)或一個(gè)地址值到指定寄存器。在匯編編譯源程序時(shí)，LDR偽指令被編譯器替換成一條合適的指令。若加載的常數(shù)未超出MOV或MVN的范圍，則使用MOV或MVN指令代替該LDR偽指令，否則匯編器將常量放入文字池，并使用一條程序相對(duì)偏移的LDR指令從文字池讀出常量。,應(yīng)用示例（加載常量）：,LDRR2,=0 xFF0;MOVR2,#0 xFF0LDRR0,=0 xFF000000;MOVR0,#0 xFF000000LDRR1,=0 xFFFFFFFE;MVNR1,#0 x1,2020/4/25,ARM偽指令空操作偽指令,NOP偽指令在匯編時(shí)將會(huì)被代替成ARM中的空操作，比如可能是“MOVR0,R0”指令等。NOP可用于延時(shí)操作。,NOP,NOP偽指令格式,應(yīng)用示例（延時(shí)子程序）：,movR1,#0 x1234DelayNOP;空操作NOPNOPSUBSR1,R1,#1;循環(huán)次數(shù)減一BNEDelay;如果循環(huán)沒有結(jié)束，跳轉(zhuǎn)Delay繼續(xù)MOVPC,LR;子程序返回,第四章ARM匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì),2020/4/25,內(nèi)容,匯編語(yǔ)言程序格式,C、匯編混合編程,偽操作ARM程序與Thumb程序混合使用,2020/4/25,ARM匯編程序格式：ARM匯編語(yǔ)言以段(section)為單位組織源文件，段是相對(duì)獨(dú)立的、具有特定名稱的、不可分割的指令或數(shù)據(jù)序列，段又可以分為代碼段和數(shù)據(jù)段。代碼段：存放執(zhí)行代碼數(shù)據(jù)段：存放代碼運(yùn)行時(shí)需要用到的數(shù)據(jù)一個(gè)ARM源程序至少需要一個(gè)代碼段，大的程序可以包含多個(gè)代碼段和數(shù)據(jù)段使用偽操作AREA定義一個(gè)段，AREA偽操作表示了一個(gè)段的開始，同時(shí)定義了這個(gè)段的名稱及相關(guān)屬性。ENTRY偽操作標(biāo)識(shí)了程序執(zhí)行的第一條指令。一個(gè)ARM程序中可以有多個(gè)ENTRY，至少要有一個(gè)。END偽操作告訴匯編編譯器源文件結(jié)束。,ARM匯編語(yǔ)言程序格式,2020/4/25,ARM匯編程序中每一行的通用格式為：標(biāo)號(hào)指令|偽操作|偽指令；注解symbolinstruction|directive|pseudo-instruction;comment在ARM匯編語(yǔ)言源程序中，除了標(biāo)號(hào)和注釋外，指令、偽指令和偽操作都必須有前導(dǎo)空格，而不能頂格書寫。如果每一行的代碼太長(zhǎng)，可以使用字符“”將其分行書寫，并允許有空行。指令、偽操作、偽指令助記符和寄存器名既可以用大寫字母，也可以用小寫字母，但不能混用。注釋從“；”開始，到該行結(jié)束為止。,ARM匯編語(yǔ)言程序格式,2020/4/25,ARM匯編程序設(shè)計(jì),2020/4/25,常量十進(jìn)制，如：123，1，0十六進(jìn)制，如：0 x123,0 xab,0 x7bn_XXX，n表示n進(jìn)制，從29：XXX是具體的數(shù)字符串：由一對(duì)雙引號(hào)及雙引