第3章 Thumb-2指令系統(tǒng)課件

EmbeddedSystemDevelopment嵌入式系統(tǒng)與應用

第3章Thumb-2指令系統(tǒng)3.1Thumb-2指令集簡介3.2Cortex-M3八種尋址方式3.3簡單的Thumb匯編程序3.4Thumb-2指令基本格式3.5

Cortex-M3常用的Thumb-2指令集3.1Thumb-2指令集簡介Thumb-2繼承了傳統(tǒng)的16位長度的Thumb指令集和32位長度的ARM指令集的各自優(yōu)點。使Thumb成為混合（32位和16位）長度指令集，是所有ARMv7兼容的ARMCortex實現(xiàn)所通用的指令集。Thumb-2與現(xiàn)有ARM和Thumb解決方案向后兼容，同時顯著擴展了Thumb指令集的可用功能，從而使更多應用程序從Thumb的同類最佳代碼密度中獲益。為獲得性能優(yōu)化的代碼，Thumb-2技術使用少于

31%的內(nèi)存以降低系統(tǒng)成本，同時，提供比現(xiàn)有高密度代碼高出38%的性能，因此可用于延長電池壽命，或豐富產(chǎn)品功能集。Cortex-M3處理器使用的是Thumb-2指令集的子集，它的指令工作狀態(tài)只有Thumb-2狀態(tài)。Thumb-2指令集體系架構，無需處理器進行工作狀態(tài)的顯示切換，就可運行16位與32位混合代碼，并由同一匯編器對其進行匯編。第3章Thumb-2指令系統(tǒng)3.1Thumb-2指令集簡介3.2Cortex-M3八種尋址方式3.3簡單的Thumb匯編程序3.4Thumb-2指令基本格式3.2Cortex-M3八種尋址方式尋址方式是根據(jù)指令中給出的地址碼字段來實現(xiàn)尋找真實操作數(shù)地址的方式。指令的簡單格式：<opcode><Rd>,<Rn>[,<Operand2>]

<指令碼><目標寄存器>,<第一操作數(shù)>[,<第二操作數(shù)>]Cortex-M3處理器支持8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、相對尋址指令中的地址碼字段（第一或第二操作數(shù)）給出的是寄存器編號，操作數(shù)的值在寄存器中，指令執(zhí)行時直接取出寄存器值來操作。例：MOVR1,R2;將R2的值存入R11、寄存器尋址SUBR0,R1,R2;將R1的值減去R2的值，結(jié)果存R00xAA0x55R2R1MOVR1,R20xAA地址碼字段（第一或第二操作數(shù)）直接給出是一整數(shù)（稱立即數(shù)），例：SUBSR0,R0,#1;R0減1結(jié)果放入R0，影響標志位2、立即尋址MOVR0,#0xFF000;將立即數(shù)0xFF000裝入R00x55R0MOVR0,#0xFF00程序存儲0xFF00從代碼中獲得數(shù)據(jù)地址碼字段（第一或第二操作數(shù)）在操作之前，先進行移位操作。例：MOV R0,R2,LSL#3;R2的值左移3位，結(jié)果存R0， ;即是R0=R2×83、寄存器移位尋址ANDS R1,R1,R2,LSLR3;R2的值左移R3位，再和R1相“與”操作，結(jié)果放入R10x55R0R20x01MOVR0,R2,LSL#30x080x08邏輯左移3位可采用的移位操作LSL邏輯左移(LogicalShiftLeft)：寄存器中數(shù)據(jù)位低端空出的位補0；LSR邏輯右移(LogicalShiftRight)：寄存器中數(shù)據(jù)位高端空出的位補0；ASR算術右移(ArithmeticShiftRight)：移位過程中保持符號位不變，即若源操作數(shù)為正數(shù)，則數(shù)據(jù)位的高端空出的位補0，否則補1；可采用的移位操作ROR循環(huán)右移(RtateRight)：由數(shù)據(jù)位的低端移出的位填入數(shù)據(jù)位的高端空出的位；RRX帶擴展的循環(huán)右移(RotateRighteXtendedby1place)：操作數(shù)右移一位，高端空出的位用原C標志值填充。地址碼段（第一或第二操作數(shù)）給出的是一個通用寄存器的編號，所需的操作數(shù)保存在寄存器指定地址的存儲單元中，即寄存器為操作數(shù)的地址指針，例：LDRR1,[R2];將R2指向的存儲單元的數(shù)據(jù)讀出存R1

0x55R1R20x400000000xAA0x400000004、寄存器間接尋址LDRR1,[R2]0xAA就是將基址寄存器的內(nèi)容與給出的偏移量相加，形成操作數(shù)的有效地址。用于查表、數(shù)組操作、功能部件寄存器訪問等。例：

LDR R2,[R3,#0x0C];讀R3+0x0C地址上的存儲單元的值存R25、基址尋址0x55R2R30x400000000xAA0x4000000CLDRR2,[R3,#0x0C]0xAA將R3+0x0C作為地址裝載數(shù)據(jù)多寄存器尋址一次可傳送幾個寄存器值，允許一條指令傳送16個寄存器的任何子集或所有寄存器。例：

LDMIAR1!,{R2-R4,R6};將R1指向單元中的數(shù)據(jù)存到 ;R2～R4、R6中(R1自動加4)0x40000000R1R20x??0x010x400000000x??R3R40x??R60x??0x020x030x040x400000040x400000080x4000000C存儲器6、多寄存器尋址LDMIAR1!,{R2-R4,R6}0x010x020x030x040x40000010STMIA R0!,{R2-R7,R12};將寄存器R2～R7、R12的值

;存到R0指向的存儲單元中

;(R0自動加4)7、堆棧尋址堆棧是一個按特定順序進行存取的存儲區(qū)，后進先出。堆棧尋址是隱含的，使用一個專門的寄存器--堆棧指針SP,指向堆棧的存儲單元即棧頂，2種堆棧方式：向上生長與向下生長的堆棧：棧底棧頂棧區(qū)SP堆棧存儲區(qū)棧頂棧底棧區(qū)SP0x12345678向下增長0x12345678向上增長0x123456780x12345678壓棧壓棧堆棧尋址堆棧指針指向最后壓入的有效數(shù)據(jù)項，稱為滿堆棧；棧頂SP棧頂SP棧底空堆棧棧底滿堆棧0x123456780x12345678棧頂SP0x12345678棧頂SP壓棧壓棧堆棧指針指向下一個待壓入數(shù)據(jù)的空位置，稱為空堆棧。堆棧尋址所以可以組合出四種類型的堆棧方式：向上生長的滿棧、向上生長的空棧、

向下生長的滿棧、向下生長的空棧。Cortex-M3向下生長的滿棧模型。例：STMDBSP!,{R1-R7,LR};將R1～R7、LR入棧LDMIASP!,{R1-R7,PC};出棧，到R1～R7、LR寄存器8、相對尋址相對尋址是基址尋址的一種變通。由程序計數(shù)器PC提供基準地址，指令中的地址碼字段作為偏移量，兩者相加后得到的地址即為操作數(shù)的有效地址。例：BWAITA;跳轉(zhuǎn)到WAITA標號處，跳轉(zhuǎn)范圍+16MBBLSUBR1;調(diào)用到SUBR1子程序，并存儲返回地

；址到LR中，其跳轉(zhuǎn)范圍為+16MB

…SUBR1…WAITA…第3章Thumb-2指令系統(tǒng)3.1Thumb-2指令集簡介3.2Cortex-M3八種尋址方式3.3簡單的Thumb-2匯編程序3.4Thumb-2指令基本格式3.3簡單的Thumb匯編程序;文件名：TEST1.S

AREA|test1.s|,CODE,READONLY;聲明只讀代碼段DCD__Vectors DCDReset_HandlerEXPORT__Vectors EXPORTReset_Handler__Vectors Reset_HandlerPROC ;PROC/ENDP函數(shù)起始STARTMOVR0,#15;R0=15 MOVR1,#8;R1=8 ADDSR0,R0,R1;R0=R0+R1 B START

ENDP;此處函數(shù)起始標記可省END使用“；”進行注釋標號頂格寫實際代碼段聲明文件結(jié)束第3章Thumb-2指令系統(tǒng)3.1Thumb-2指令集簡介3.2Cortex-M3八種尋址方式3.3簡單的Thumb匯編程序3.4Thumb-2指令基本格式3.5

Cortex-M3常用的Thumb-2指令集3.4Thumb-2指令基本格式1、指令基本格式：<opcode>{<cond>}{S}{.N|.W}<Rd>,<Rn>{,<Operand2>}<>號內(nèi)的項是必需的，{}號內(nèi)的項是可選的；Opcode指令助記符，如LDR、STR等；Cond指令執(zhí)行條件碼，不選為AL（無條件執(zhí)行）；S有S則運算結(jié)果影響APSR寄存器的標志位；.N|.W.N為16位編碼指令，.W為32位編碼指令，建議不選該項讓系統(tǒng)自動選擇編碼類型；Rd目的寄存器；Rn第1個操作數(shù)的寄存器；Operand2第2個操作數(shù)。例：LDR.NR1,[R2,#0x10];16位指令，立即數(shù)范圍為0-124;讀R2+0x10存儲單元的內(nèi)容，存到R12、指令執(zhí)行條件碼使用指令條件碼可以實現(xiàn)高效的邏輯操作，提高代碼的執(zhí)行效率。不選為AL。指令執(zhí)行條件碼在Cortex-M3中，只有分支轉(zhuǎn)移指令（B指令）才可以隨意使用條件碼。例：

BEQlabel;當Z==1時，程序轉(zhuǎn)移到label對于其它指令，只有在IF-THEN（IT）指令塊中(最多4條)才能加條件碼，且必須加條件碼。IT已經(jīng)帶了一個T，最多再帶3個T或E(與T相反的條件)，T、E排列無順序。例：…CMPR0,R1;比較R0和R1的值，影響標志位ITTEEGT;下帶4條指令，如R0>R1既GT成立，否則LE成立MOVGTR2,R0;GT成立，則R2=R0MOVGTR3,R1;GT成立，則R3=R1MOVLER2,R1;LE成立，則R2=R1MOVLER3,R0;LE成立，則R3=R0…3、影響標志位的指令在Cortex-M3中，下列指令將會更新APSR中的標志位：16位算術邏輯指令；32位帶S后綴的算術邏輯指令；比較指令（如CMP/CMN）和測試指令（如TST/TEQ）；直接操作PSR/APSR指令（MRS讀和MSR寫指令）。4、第2個操作數(shù)的格式立即數(shù)：#immN，3、5、8、12、16位長度的常數(shù)表達式，如：

MOVWR1，#0x1234;操作數(shù)為#imm16，范圍為0~65535由一個8位數(shù)左移任意位而形成的常數(shù)，如：0x3FC(0xFF<<2)；重復半字形式0x00XY00XY、0xXY00XY00、0xXYXYXYXY；Rm寄存器方式：操作數(shù)即為寄存器的數(shù)值，例：SUBR1，R1，R2;R1減R2，保存到R1中寄存器移位方式：Rm,Shift，將寄存器的移位結(jié)果作為操作數(shù)，例移位方法如下：ASR#n算術右移n位（1<<n<<32)；例：ADDR1,R1,R1,LSL#3;邏輯左移R1=R1+R1×8第3章Thumb-2指令系統(tǒng)3.1Thumb-2指令集簡介3.2Cortex-M3八種尋址方式3.3簡單的Thumb匯編程序3.4Thumb-2指令基本格式3.5

Cortex-M3常用的Thumb-2指令集3.5

Cortex-M3常用的Thumb-2指令集1、數(shù)據(jù)傳送指令2、存儲器訪問指令3、算術運算指令4、邏輯運算指令5、移位和循環(huán)指令6、符號擴展指令7、字節(jié)調(diào)序指令8、位域處理指令9、子程序調(diào)用與無條件轉(zhuǎn)移指令10、飽和運算指令1、數(shù)據(jù)傳送指令

數(shù)據(jù)傳送指令例利用MOVW和MOVT指令的配合來完成32位立即數(shù)的傳輸：MOVWR1，#0x1234;R1=0x1234，此指令的立即數(shù)為16位MOVTR1，#0x5678;

此指令的立即數(shù)為16位兩條指令執(zhí)行后，R1=0x56781234，相當于：R1=(R1&0x0000FFFF)|0x56780000為什么先用MOVW后用MOVT？顛倒順序結(jié)果如何？MRS/MSR用于特權級別條件下訪問特殊功能寄存器：2、存儲器訪問指令Cortex-M3處理器對存儲器的訪問只能通過加載LDR和存儲STR指令來實現(xiàn)。LDR是把存儲器中的內(nèi)容加載到寄存器中，STR則是把寄存器內(nèi)容存儲至存儲器中，數(shù)據(jù)類型：字節(jié)、半字、字和雙字；LDM/STM多寄存器加載和存儲指令可以實現(xiàn)一條指令加載和存儲多個寄存器的內(nèi)容，且大大高數(shù)據(jù)操作效率。四種傳輸模式:IA：每次傳送后地址加4；DB：每次傳送前地址減4；FD：滿遞減堆棧；EA：空遞增堆棧。存儲器訪問指令存儲器訪問指令STM/LDM與PUSH/POP的區(qū)別：STM/LDM能對任意的地址空間進行操作，而PUSH/POP只能對堆?？臻g進行操作；STM/LDM的生長方式可以支持向上和向下兩種方式，而PUSH/POP只能支持向下生長；當兩對指令的操作數(shù)都為SP時，STM/LDM可以選擇是否回寫修改SP值，而PUSH/POP指令會自動修改SP值。STMDBSP!,{R4-R7，LR};現(xiàn)場保護，R4-R7、LR入棧等價于：

PUSH{R4-R7，LR}；LDMIASP!,{R4-R7，PC};恢復現(xiàn)場，R4-R7、LR入棧等價于：

POP{R4-R7，PC}；3、算術運算指令算術運算指令除法中，為捕捉被零除的非法操作，可在NVIC的配置控制寄存器中置位DIVBZERO位。如出現(xiàn)了被零除的情況，將會引發(fā)一個用法fault異常。如沒有任何措施，Rd將在除數(shù)為零時被清零。算術運算指令以加法為例說明16bit、32bit的算術四則運算指令：ADDR0,R1

;R0+=R1ADDR0,#0x12

;R0+=12ADD.WR0,R1,R2

;R0=R1+R2當使用16位加法時，會自動更新APSR中的標志位。在使用了“.W”顯式指定了32位指令后，就可以通過“S”后綴控制對APSR的更新：ADD.WR0,R1,R2

;不更新標志位ADDS.WR0,R1,R2

;更新標志位4、邏輯運算指令5、移位和循環(huán)指令如果是16位Thumb-2指令，則總是更新C的。如果在指令上加上“S”后綴，會更新進位位C。6、符號擴展指令二進制補碼表示法中，最高位是符號位。把一個8位或16位負數(shù)擴展成32位時：對于負數(shù)，必須把所有高位全填1，其數(shù)值不變；至于正數(shù)或無符號數(shù)，則只需簡單地把高位清0。7、字節(jié)調(diào)序指令例：R0=0x12345678REVR1,R0；REVHR2,R0；REV16R3,R0；

則R1=0x78563412，R2=0x12347856，R3=0x34127856。例：R0=0x33448899

REVSHR1,R0；

后R1=0xFFFF9988。8、位域處理指令例1：

LDRR0,=0x1234FFFF；

BFCR0,#4,#10；結(jié)果：R0=0x1234C00F。例2：LDRR0,=0x12345678

LDRR1,=0xAABBCCDD

BFI.WR1,R0,#8,#16結(jié)果：R1=0xAA5678DD位域處理指令例3：

UBFX

LDRR0=0x5678ABCD；

UBFX.WR1,R0,#12,#16；結(jié)果：R0=0x0000678A。例4：SBFX也抽取任意的位域，以帶符號的方式進行擴展。

LDRR0,=0x5678ABCD

SBFX.WR1,R0,#8,