微机原理与接口技术第三章　 ARM 寻址方式与指令系统微机原理与接口技术

第三章　 ARM 寻址方式与指令系统

主讲人：鞠 雷

山东大学 计算机科学与技术学院

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　 内容提要　 内容提要

思考题

Thumb 指令集

ARM 指令集

ARM 指令格式和寻址方式

ARM 编程模型

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3.3 ARM 指令集 3.3 ARM 指令集

3.3.1 数据处理指令

3.3.3 Load/Store 指令

3.3.2 跳转指令

3.3.4 程序状态寄存器指令

3.3.6 异常中断指令

3.3.5 协处理器指令

4

3.3.1 数据处理指令3.3.1 数据处理指令1. MOV 数据传送指令 (Move)

MOV{<cond>}{S} <Rd>,<op1>;

Rd— 目的寄存器 op1 －寄存器或立即数，若为寄存器可以先移位。

功能：将操作数 op1 表示的值传送到目的寄存器 Rd 中。

指定相同的寄存器来实现 NOP 指令的效果，还可以专门移位一个寄存器 :

MOV R0, R0 ; R0 = R0... NOP

MOV R0, R0, LSL #3 ; R0 = R0 * 8

例如：MOV R0 ，＃ 5 ； R0=5

MOV R0 ， R1 ； R0=R1

MOV R0 ， R1 ， LSL ＃ 5;

R0= R1 左移 5 位

如果 R15 是目的寄存器，将修改程序计数器或标志。用于返回到调用代码，方法是把连接寄存器的内容传送到 R15:

MOV PC, R14 ; ; 退出到调用者 MOVS PC, R14 ; 退出到调用者并回复标志位

Move Immediate ValueMove Immediate Value

The data processing instruction format has 12 bits available for operand2 If used directly this would only give a range of 4096

Instead it is used to store 8 bit constants, giving a range of 0 - 255.

These 8 bits can then be rotated right through an even number of positions (i.e. RORs by 0, 2, 4,..30). 4 bits to control the 16 possible ROR rotation numbers This gives a much larger range of constants that can be directly

loaded, though some constants will still need to be loaded from memory

Move Immediate ValueMove Immediate Value

This gives us: 0 - 255 [0 - 0xff] 256,260,264,..,1020 [0x100-0x3fc, step 4, 0x40-0xff

ROR 30] 1024,1040,1056,..,4080 [0x400-0xff0, step 16, 0x40-0xff ROR 28] 4096,4160, 4224,..,16320 [0x1000-0x3fc0, step 64, 0x40-0xff ROR 26]

These can be loaded using, for example: MOV r0, #0x40, ROR 26 ; => MOV r0, #0x1000 (i.e. 4096)

To make this easier, the assembler will convert to this form for us if simply given the required constant: MOV r0, #4096 ; => MOV r0, #0x1000 (i.e. 0x40 ROR 26)

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MVN 数据取反传送指令MVN 数据取反传送指令2. MVN 数据取反传送指令 (Move Negative)

MVN{<cond>}{S} <Rd>,<op1>;

功能：将 op1 表示的值按位取反传送到目的寄存器 Rd 中(logical negation) 。

Rd = !op1

例： MVN R0, R2 ; R0 = !(R2)

MVN R0, #0 ; R0 = ?-1

ADD 加法指令ADD 加法指令

3. ADD 加法指令 (Addition)

ADD{<cond>}{S} <Rd>,<Rn>,<op2>;

功能： ADD 将把两个操作数加起来，把结果放置到目的寄存器中。 Rd = Rn + op2

例： ADD R0, R1, #5 ; R0 = R1 + 5

ADD R0, R1, R2 ; R0 = R1 + R2 ADD R0, R2, R3, LSL#1 ; R0 = R2 + (R3 ) X 2

8

Op2 为寄存器或立即数，若为寄存器可以先移位。

ADC 带进位加法指令ADC 带进位加法指令

4. ADC 带进位加法指令 (Addition with Carry)

ADC{<cond>}{S} <Rd>,<Rn>,<op2>;

功能：将寄存器 Rn 、操作数 op2 表示的值以及进位标志位三者相加，然后把结果存入目的寄存器 Rd 中。

Rd= Rn + op2 + carry 进位标志值

9

10

ADC 带进位加法指令ADC 带进位加法指令

下列例子实现两个 64 位数的加法运算。 64 位结果 : 寄存器 R0 、 R1; 低位存在 R0

第一个 64 位数 : 寄存器 R2 、 R3; 低位存在 R2第二个 64 位数 : 寄存器 R4 、 R5 。低位存在 R4

ADDS R0, R2, R4 ; 加低位的字 ADC R1, R3, R5 ; 加下一个字，不带进位

注意：相加时，应设置 S 后缀来更改进位标志。

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SUB 减法指令SUB 减法指令5. SUB 减法指令 (Subtraction)

SUB{<cond>}{S} <Rd>,<Rn>,<op2>;

功能： SUB 用操作数 Rn 减去操作数 op2 ，把结果放置到目的寄存器中。 Rd = Rn - op2

例： SUB R0, R1, #5; R0 = R1 - 5

SUB R0, R1, R2; R0 = R1 – R2

SUB R0, R1, R2,LSL#5 ; R0 = R2 - (R2) X 32

Op2 为寄存器或立即数，若为寄存器可以先移位。

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RSB 反向减法指令RSB 反向减法指令

6. RSB 反向减法指令 (Reverse Subtraction)

RSB{<cond>}{S} <Rd>,<Rn>,<op2>;

功能： SUB 用操作数 op2 减去操作数 Rn ，把结果放置到目的寄存器中 。 Rd = op2 – Rn

例 :

RSB R0, R1, R2 ; R0 = R2 - R1

RSB R0, R1, #256 ; R0 = 256 - R1

RSB R0, R2, R3,LSL#1 ; R0 = (R3 << 1) - R2

Op2 为寄存器或立即数，若为寄存器可以先移位。

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SBC 带借位减法指令SBC 带借位减法指令7. SBC 带借位减法指令 :(Subtraction with Carry)

SBC{<cond>}{S} <Rd>,<Rn>,<op2>;

功能：用寄存器 Rn 的值减去操作数 op2 表示的值，再减去进位标志取反的值，然后把结果存入目的寄存器 Rd中。 Rd= Rn - op2 - !carry

注意 : 减法有借位， carry ＝ 0 。

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SBC 带借位减法指令SBC 带借位减法指令

该指令用于实现超过 32 位的数的减法。 例如： 第一个 64 位操作数存放在寄存器 R2 ， R3 中；低位存在

R2

第二个 64 位操作数存放在寄存器 R4 ， R5 中；低位存在R4

64 位结果存放在 R0 ， R1 中。

SUBS R0 ， R2 ， R4 ； 低 32 位相减， S 表示结果影响条件 标志位的值 SBC R1 ， R3 ， R5 ； 高 32 位相减

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RSC 带借位的反向减法指令RSC 带借位的反向减法指令8. RSC 带借位的反向减法指令 (Reverse Subtraction with

Carry) （不要求）

RSC{<cond>}{S} <Rd>,<Rn>,<op2>;

功能：同于 SBC ，但倒换了两个操作数的前后位置。 Rd = op2 - Rn - !carry

例如：第一个 64 位操作数存放在寄存器 R2 ， R3 中； 第二个 64 位操作数存放在寄存器 R4 ， R5 中；

64 位结果存放在 R0 ， R1 中。低位在 R2 、 R4 、 R0

SUBS R0 ， R2 ， R4 ； 低 32 位相减， S 表示结果影响 寄存器 CPSR 的值RSC R1 ， R5 ， R3 ； 高 32 位相减 ( 或 SBC R1 ， R3 ， R5)

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MUL32 位乘法指令MUL32 位乘法指令9 ． MUL32 位乘法指令 (Multiplication)

MUL{<cond>}{S} <Rd>,<Rn>,<op2>;

功能： MUL 提供 32 位整数乘法。该指令根据 S 标志，决定操作是否影响 CPSR 的值，有 S 影响 N 、 Z 位。

Rn 和 op2 的值为 32 位无符号数， op2 - 必须为寄存器。 Rd = Rn * op2 仅保留最低 32 位例如：

MULS R0 ， R1 ， R2 ； R0 ＝ R1×R2 ，结果影响寄存器 CPSR 的值

Using a multiplication instruction to multiply by a constant means first loading the constant into a register and then waiting a number of internal cycles for the instruction to complete.

A more optimum solution can often be found by using some combination of MOVs, ADDs, SUBs and RSBs with shifts. Multiplications by a constant equal to a ((power of 2) ± 1) can be

done in one cycle.

Example: r0 = r1 * 5Example: r0 = r1 + (r1 * 4)

ï ADD r0, r1, r1, LSL #2

Example: r2 = r3 * 105Example: r2 = r3 * 15 * 7Example: r2 = r3 * (16 - 1) * (8 - 1) ï RSB r2, r3, r3, LSL #4 ; r2 = r3 * 15

ï RSB r2, r2, r2, LSL #3 ; r2 = r2 * 7

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MLA 32 位乘加指令MLA 32 位乘加指令10 ． MLA 32 位乘加指令 (Multiplication with

Accumulate)

MLA{<cond>}{S} <Rd>,<Rn>,<op2>,<op3>;

功能： MLA 的行为同于 MUL ，但它把操作数 3 的值加到结果上，其中 op2 ， op3 必须为寄存器 。

Rd =( Rn * op2) + op3 ，这在求总和时有用

Rn 、 op2 和 op3 的值为 32 位的有符号数或无符号数。

例如： MLA R0 ， R1 ， R2 ， R3 ； R0 ＝ R1×R2 ＋ R3

ARM 中除法的实现ARM 中除法的实现嵌入式计算机 CPU 运算速度慢尽量避免除法

1. offset=(Offset+increment) ％ buffer_size ； （ 50cycle ）2. offset+=increment ； if(offset>=buffer_size) offset-=buffer_size ；（ 3cycle ）

ARM 中除法的实现ARM 中除法的实现 V7 之前的 ARM 处理器：函数形式（如 C 库函数 ,20-100

cycles ） ARM v7

Cortex-M 系列，硬件除法器 （ 2-12 cycles ） Cortex-R 系列，硬件除法器 Cortex-A 系列，协处理器 (VFP ， NEON)

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AND 逻辑与指令AND 逻辑与指令11 ． AND 逻辑与指令 (logical AND)

AND{<cond>}{S} <Rd>,<Rn>,<op2>;

功能： AND 将在两个操作数上按位进行逻辑与，把结果放置到目的寄存器中； Rd = Rn AND op2 。对屏蔽某些位很有用。

例如： AND R0, R0, #5 ; R0 = 保持 R0 的位 ０ 和 2 ，其余位清 0

ANDS R0, R0, #0x01 ; 取 R0 的最低位

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ORR 逻辑或指令ORR 逻辑或指令

12 ． ORR 逻辑或指令 (logical OR)

ORR{<cond>}{S} <Rd>,<Rn>,<op2>;

功能： OR 将在两个操作数上按位进行逻辑或，把结果放置到目的寄存器中， Rd = Rn OR op2 ；对设置特定的位有用。

例如： ORR R0, R0, #5 ; R0 中的位 0 和 2 置 1 , 其余位不变 ORR R0, R0, #0x0F; R0 低四位置 1

MOV R1,R2,LSR #8 ;

ORR R3,R1,R2,LSL#8; 注释有错

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EOR 逻辑异或指令EOR 逻辑异或指令13. EOR 逻辑异或指令 (logical Exclusive OR)

EOR{<cond>}{S} <Rd>,<Rn>,<op2>; 功能： EOR 将在两个操作数上按位进行逻辑异或，把结果

放置到目的寄存器中， Rd = Rn EOR op2 ；对反转特定的位有用。

例如： EOR R0, R0, #5 ; R0 中的位 0 和 2 取反 EOR R1 ， R1 ， #x0F ； 将 R1 的低 4 位取反 EOR R2 ， R1 ， R0 ； R2=R1^R0

EORS R0 ， R5 ， #0x01 ； R5 低位变反，结果保存到 R0, 并影响标志位 z.

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BIC 位清除指令BIC 位清除指令14 ． BIC 位清除指令 (Bit Clear)

BIC{<cond>}{S} <Rd>,<Rn>,<op2>;

功能： BIC 是在一个字中清除位的一种方法，与 OR 位设置是相反的操作。 Rd = Rn AND (!op_2)

操作数 2 是一个 32 位位掩码 (mask) 。掩码中某位为 1 ，则清除 Rn 中的此位。掩码中为 0 的位 , Rn 中此位保持不变。

BIC R0, R0, #0x5 ; 清除 R0 中的位 0 和位 2 。其余位不变 BIC R1, R1, #0x0F; 清除 R1 的低四位，其余位不变 BIC R1 ， R2 ， R3 ； R1= R2 AND (!R3)

CMP 比较指令CMP 比较指令15 ． CMP 比较指令 (Compare)

CMP{<cond>} <Rn>,<op1>;

功能：将寄存器 Rn 的值和操作数 op1 所表示的值进行比较，根据结果更新 CPSR 中条件标志位的值，但不储存结果。

status = Rn – op1

该指令进行一次减法运算，但不存储结果，只更改条件标志位，后面的指令就可以根据条件标志位来决定是否执行。该指令不需要显式的指定 S 后缀来更改状态标志。

操作数 op1 为寄存器或立即数。

CMP R0 ，＃ 5 ； 计算 R0 － 5 ，根据结果设置条件标志位ADDGT R0 ， R0 ，＃ 5 ； 如果前次带符号比较结果为大于，则执行 ADDGT 指令

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TST 位测试指令TST 位测试指令16 ． TST 位测试指令 (Test bits)

TST{<cond>} <Rn>,<op1>;

功能：将寄存器 Rn 的值和操作数 op1 所表示的值按位做逻辑与操作，根据结果更新 CPSR 中条件标志位的值，但不储存结果。用于检查寄存器 Rn 是否设置了 op1 中相应的位。 Status = Rn AND op1

操作数 Rn 是要测试的数据字，操作数 op1 是一个位掩码。经过测试后，设置 Zero 标志。不需要指定 S 后缀。

TST R0 ，＃ 5 ； 测试 R0 中第 0 位和第 2 位是否为 0

TST R0 ， #0x01 ； 判断 R0 的最低位是否为 0

TST R1 ， #0x0F ； 判断 R1 的低 4 位是否全为0

BEQ equal;

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3.3.2 跳转指令 3.3.2 跳转指令 B{<cond>} <addr>;

功能： B 是最简单的跳转指令。遇到一个 B 指令， ARM处理器将立即跳转到给定的地址 addr ，从那里继续执行。

注意： addr 的值是相对当前 PC( 即寄存器 R15) 的值的一个偏移量；而不是一个绝对地址。它是 24 位有符号数。实际地址的值由汇编器来计算 。 addr 的值有符号扩展为 32 位后，左移两位，然后与 PC 值相加，即得到跳转的目的地址。跳转的范围为－ 32M～＋ 32M 。

例如：

B exit ； 程序跳转到标号 exit处

……

exit……

2831 24 0

Cond 1 0 1 L Offset

Condition field

Link bit 0 = Branch

1 = Branch with link

232527

B 跳转指令B 跳转指令 addr 的计算 :

0x0000 0000 ADD R0 R1 R20x0000 0004 B exit0x0000 0008 SUB R0 R2 R30x0000 000c MOV R4 R0…0x0000 001c exit: ADD R0 R1 R4

汇编器计算 exit 的值： 偏移量 = 0x 0000 001c – 0x0000 0004

= 0x 0000 0010

exit = 0b 0000 0000 0000 0000 0000 0100 = 0x 000004

实际执行时寻找跳转地址过程： 0x000004 0x000000040x00000010+PC(0x0000000b)

- 8 (由于流水线造成 )

What happens to the following two instructions?

1. In DSP and older RISCs (MIPS,SPARC…): branch delay slot (executed, automatic re-ordered by assembler)

2. In ARM, PowerPC, Alpha: pipeline refill with 3 cycle penalty (not executed)

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BL 带返回的跳转指令BL 带返回的跳转指令2. BL 带返回的跳转指令

BL{<cond>} <addr>; 功能：同 B 指令，但 BL 指令执行跳转操作的同时，还将

PC （寄存器 R15 ）的值保存到 LR 寄存器（寄存器R14 ）中。该指令用于实现子程序调用 。程序的返回可通过把 LR 寄存器的值复制到 PC 寄存器中来实现

例如： BL func ； 调用子程序 func

……

func

……

MOV R15 ， R14 ； 子程序返回

PC-4

分支执行分支执行

if (a != 5){

a = a + 1;

}

Bypass: a = 5;

LDR r0 [a]

CMP r0 #5

BEQ Bypass

ADD R0 R0 #1

Bypass: MOV r0 #5

LDR r0 [a]

CMP r0 #5

ADDNE R0 R0 #1

MOV r0 #5

1. 减少指令数量较小的内存占用2. 更流畅的流水线执行 (pipeline refill penalty = 3 cycles

when BEQ is executed)

分支执行分支执行 if((a==b)&&(c==d)) e++;

假设 a, b, c ,d, e已经被分别载入到 r0, r1, r2, r3, r4, 执行该程序段最少需要几条汇编指令？

CMP r0,r1

CMPEQ r2,r3

ADDEQ r4,r4,#1

习题及答案习题及答案 R0,R1 带符号数， R2,R3 无符号数

R3>R2, 转去 EXCEED CMP R3 R2; BHI EXCEED;

R1>R0, 转去 EXCEED CMP R1, R0; BGT EXCEED;

R2= 0 ，转去 EXCEED CMP R2, #0; BEQ ZERO;

R0 = R1, 转去 EQU CMP R0, R1; BEQ EQU;

总结： 无符号数比较： >= CS, <= CC, > HI, < LS 有符号数比较： >= QE, <= LE , < LT, > GT

CPSR 中 V 位的设置CPSR 中 V 位的设置 以下 4 中情况 V 设为 1 （以 4 位数字运算为例）

正数 +正数 =负数 （ 0100+0100=1000 ） ( 同时设 C=0) 负数 +负数 =正数 （ 1000+1001 = 0001 ） （同时设 C=1 ） 正数 -负数 =负数 （ 0111-1111 = 1000 ）（同时设 C=0 ） 负数 -正数 =正数 （ 1011-0111 = 0100 ） （同时设 C=1 ）

乘法运算？

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3.3.3 Load/Store 指令3.3.3 Load/Store 指令

Load/Store 指令用于寄存器和内存间数据的传送， Load 用于把内存中的数据装载到寄存器中，而 Store 则用于把寄存器中的数据存入内存。

Load/Store 指令分为三类： 单一数据传送指令（ LDR 和 STR等）；

多数据传送指令（ LDM 和 STM ）；

数据交换指令（ SWP 和

SWPB ）。

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LDR 字数据加载指令LDR 字数据加载指令

1 ． LDR 字数据加载指令 :

LDR{<cond>} <Rd>,<addr> ； 功能：把 addr 所表示的内存地址中的字数据装载到目标

寄存器 Rd 中，同时还可以把合成的有效地址写回到基址寄存器。

Addr 寻址方式： Rn 表示基址寄存器， Rm 表示变址寄存器， index 表示偏移量（变址），为 12 位的无符号数。

1 、操作数地址为基址加变址，执行后基址不变。 addr ： [Rn ， Rm]

((Rn)+(Rm))->(Rd); 执行后 Rn 不变

[Rn +偏移 / Rm] 所指数据装入后， Rn 不变LDR Rd ， [Rn] ； 把内存中地址为 Rn 的字数据装入寄存器 Rd 中；LDR Rd ， [Rn ， Rm] ; 将内存中地址为Rn+Rm 的字数据装入寄存器 Rd 中；LDR Rd ， [Rn ，＃ index] ； 将内存中地址为Rn+index 的字数据装入寄存器 Rd 中；LDR Rd ， [Rn ， Rm ， LSL ＃ 5] ；将内存中地址为Rn ＋ Rm×32 的字数据装入寄存器 Rd ；

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LDR 字数据加载指令LDR 字数据加载指令 2 、操作数地址为基址加变址，执行后基址改变 addr ： [Rn,Rm]!

((Rn)+(Rm))->(Rd); 执行后 (Rn)+(Rm)->(Rn);

[Rn +偏移 / Rm] 所指数据装入后， Rn= Rn+偏移 / Rm

LDR Rd ， [Rn ， Rm] ！； 将内存中地址为 Rn+Rm 的字数据装入寄存器 Rd ，并将新地址 Rn ＋ Rm写入 Rn ；LDR Rd ， [Rn ，＃ index] ！；将内存中地址为 Rn+index的字数据装入寄存器 Rd ，并将新地址 Rn ＋ index写入Rn ；LDR Rd ， [Rn ， Rm ， LSL ＃ 5]！；将内存中地址为 Rn＋ Rm×32 的字数据装入寄存器 Rd ，并将新地址 Rn ＋Rm×32写入 Rn

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LDR 字数据加载指令LDR 字数据加载指令

3 、操作数地址为基址，执行后基址改变 addr ： [Rn] ， Rm

（（ Rn ）） -> (Rd); 执行后 (Rn)+(Rm)->(Rn);

[Rn] 所指数据装入后， Rn= Rn+偏移 / Rm

LDR Rd ， [Rn] ， Rm ；将内存中地址为 Rn 的字数据装入寄存器 Rd ，并将新地址 Rn ＋ Rm写入 Rn ；LDR Rd ， [Rn] ，＃ index ；将内存中地址为 Rn 的字数据装入寄存器 Rd ，并将新地址 Rn ＋ index写入 Rn ；LDR Rd ， [Rn] ， Rm ， LSL ＃ 5 ；将内存中地址为 Rn 的字数据装入寄存器 Rd ，并将新地址 Rn ＋ Rm×32写入Rn 。

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LDR 字数据加载指令LDR 字数据加载指令LDR R0 ， [R1 ， R2 ， LSL ＃ 5]! ； ((R1)+(R2) X 32)->R0 ; (R1)+(R2) X 32)-> R1

LDR R1 ， [R0 ， #0x12] ； ((R0)+(12)->R1 ; (R0) 不变 LDR R1 ， [R0 ， -R2] ； ((R0)-(R2)->R1 ; (R0) 不变 LDR R1 ， [R0]

((R0 ） )->R1 ; (R0) 不变 LDR R1 ， localdata ； 直接寻址， localdata 为内存变量的符号地址。 （ localdata ） -> R1

LDR R0 ， [R1] ， R2 ， LSL #2 ； ((R1))-> R0, 执行后 (R1)+(R2) X 4-> R1

MOV R1 ， #UARTADD ； 地址 UART ADD装入 R1

LDR R0 ， [R1] ；将外设端口数据输入到 R0

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STR 字数据存储指令STR 字数据存储指令3. STR 字数据存储指令 :

STR{<cond>} <Rd>,<addr> ； 功能：把寄存器 Rd 中的字数据（ 32 位）保存到 addr 所

表示的内存地址中，同时还可以把合成的有效地址写回到基址寄存器。

地址 addr 寻址方式同 LDR 指令。 例如： STR R0 ， [R1 ，＃ 5]！ STR R2 ， [R1 ， #16]

STR R0 ， [R7] ， #-8

STR R2, [R9, #consta-struc] ； consta-struc 是一个常量表达式，范围为 -4096~4095 （ 12 位有符号数）

MOV R1 ， #UARTADD ；将外设端口地址 UARTADD装入 R1中 STR R0 ， [R1] ； 将数据输出到外设端口寄存器中；

Effect of endianessEffect of endianess

The ARM can be set up to access its data in either little or big endian format.

Little endian: Least significant byte of a word is stored in bits 0-7 of an

addressed word.

Big endian: Least significant byte of a word is stored in bits 24-31 of

an addressed word.

This has no real relevance unless data is stored as words and then accessed in smaller sized quantities (halfwords or bytes). Which byte / halfword is accessed will depend on the

endianess of the system involved.

Endianess ExampleEndianess Example

Big-endianLittle-endianr1 = 0x100

r0 = 0x1122334431 24 23 16 15 8 7 0

11 22 33 44

31 24 23 16 15 8 7 0

11 22 33 44

31 24 23 16 15 8 7 0

44 33 22 11

31 24 23 16 15 8 7 0

00 00 00 44

31 24 23 16 15 8 7 0

00 00 00 11

r2 = 0x44 r2 = 0x11

STR r0, [r1]

LDRB r2, [r1]

r1 = 0x100Memory

应用举例：（ 1 ） 用 ARM 指令实现 x= （ a+b ） -c ： LDR R4 ， =a; （ R4 ） =a ， a 为内存变量地址 LDR R0 ， [R4];((R4))->R0, (a)-> R0 LDR R5 ， =b ； LDR R1 ， [R5] ; ((R5))->R1, (b)->R1 ADD R3 ， R0 ， R1; (a)+(b)->R3 LDR R4 ， =c LDR R2 ， [R4] ; ((R4))->R2, (c)->R2 SUB R3 ， R3 ， R2; a+b-c -> R3 LDR R4 ， =x ;(R4)=x STR R3 ， [R4] ; （ a+b ） - c 存入 x 变量

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（ 2 ） 用 ARM 指令实现 x=a* （ b+c ）ADR R4 ， b ； 变量 b 的地址装入 R4 中 ;LDR R4,=b

LDR R0 ， [R4] ;(b)->R0

ADR R4 ， c ; LDR R4,=c

LDR R1 ， [R4] ; (c)->R1

ADD R2 ， R0 ， R1 ;b+c ->R2

ADR R4 ， a ;LDR R4,=a

LDR R0 ， [R4] ; (a)->R0

MUL R2 ， R2 ， R0; (b+c)*a->R2

ADR R4 ， x ;LDR R4,=x

STR R2 ， [R4] ; (b+c)*a->x

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批量数据加载 / 存储指令批量数据加载 / 存储指令5. LDM批量数据加载指令 :

LDM{<cond>}{<type>} <Rn>{!} ， <regs>{^} ；

功能：从一片连续的内存单元读取数据到各个寄存器中，内存单元的起始地址为基址寄存器 Rn 的值，各个寄存器由寄存器列表 regs 表示。该指令一般用于多个寄存器数据的出栈。

{!} ：若选用了此后缀，则当指令执行完毕后，将最后的地址写入基址寄存器。

‘^’ 不带 ^ 表示用户和系统模式寄存器 ;

带有 ^ 表示异常模式寄存器 , 此时若 LDM包含 R15 ，装载 R15 时恢复 SPSR至 CPSR 位。

内存操作 : IA IB DA DB

堆栈操作 : FA FD EA ED

Rn ：保存内存单元的起始地址。Regs ：寄存器列表，由若干个寄存器组成，寄存器之间以“，”或“ -”分隔。

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批量数据加载 / 存储指令批量数据加载 / 存储指令

6. STM批量数据存储指令 :

STM{<cond>}{<type>} <Rn>{!} ， <regs>{^} ；

功能：将各个寄存器的值存入一片连续的内存单元中，内存单元的起始地址为基址寄存器 Rn 的值，各个寄存器由寄存器列表 regs 表示。该指令一般用于多个寄存器数据的入栈。

批量数据存储、加载时，低编号寄存器对应低地址存储单元，与寄存器在指令中出现的次序无关。

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批量数据加载 / 存储指令批量数据加载 / 存储指令 指令中， type 字段有以下几种：

4 种类型的堆栈

FD:满递减堆栈； Full decrease

入栈指针先减再入栈，出栈先出指针再加 入栈： STMFD R13!,{R0,R1}

出栈： LDMFD R13!,{R2,R3}

FA:满递增堆栈； Full accumulate

入栈指针先加再入栈，出栈先出指针再减 入栈： STMFA 出栈： LDMFA

ED:空递减堆栈； Empty decrease

入栈先入栈指针再减，出栈指针先加再出栈EA:空递增堆栈； Empty accumulte

入栈先入栈指针再加，出栈指针先减再出栈

满栈（ Full ）：栈顶存储单元含有有效数据。空栈（ Empty ）：栈顶存储单元不含有有效数据。递增（ Aaccumulate ）：入栈指针加 4 ，出栈指针减 4 。递减（ Decrease ）：入栈指针减 4 ，出栈指针加4 。

47

批量数据加载 / 存储指令批量数据加载 / 存储指令 指令中， type 字段有以下几种：

4 种内存操作IA:STM/LDM每次传送后地址加 4 ； Increase after

STMIA R13!,{R0,R1}

LDMIA R13!,{R2,R3}

IB:STM/LDM每次传送前地址加 4 ； Increase before

STMIB R13!,{R0,R1}

LDMIB R13!,{R2,R3}

DA:STM/LDM每次传送后地址减 4 ； Decrease after

STMDA R13!,{R0,R1}

LDMDA R13!,{R2,R3}

DB ： STM/LDM每次传送前地址减 4 ； Decrease before

STMIDB R13!,{R0,R1}

LDMDB R13!,{R2,R3}

48

26262626

59595959

00008888

66663333

54693645

15548545

14543862

36338832

0x123456a0

0x12345690

0x1234568c

0x12345688

0x12345684

0x12345680

0x1234567c

0x12345678

0x12345684

R13

内存中的数据

批量数据加载 / 存储指令批量数据加载 / 存储指令IA 、 IB 、 DA 、 DB 指定了地址加还是减，是传送前还是

传送后 。例如： LDMIA/IB/DA/DB R13! ， {R0-R1 ，R3} ；各指令执行完后，结果如图所示 :

R3

R1

R0

R3

R1

R0

LDMDA:每次传送后地址减 4 ；

66663333

00008888

59595959

15548545

54693645

66663333

LDMIA:每次传送后地址加4 ；

LDMIB:每次传送前地址加4 ；

14543862

15548545

54693645

LDMDB:每次传送前地址减 4 ；

00008888

59595959

26262626

STMIA/IB/DA/DB 地址变化与LDMIA/IB/DA/DB 相同 .

49

批量数据加载 / 存储指令批量数据加载 / 存储指令 FD 、 ED 、 FA 、和 EA 指定是满栈还是空栈，是升序栈还

是降序栈，用于堆栈寻址。一个满栈的栈指针指向上次写的最后一个数据单元，而空栈的栈指针指向第一个空闲单元。一个降序栈是在内存中反向增长而升序栈在内存中正向增长。如下图所示，数据以 16 进制存储。

66663333

54693645

15548545

14543862

36338832

0x123456a0

0x12345690

0x1234568c

0x12345688

0x12345684

0x12345680

0x1234567c

0x12345678

栈指针

FD ：满递减堆栈；STM 入栈 ↓ LDM 出栈 ↑

66663333

54693645

15548545

14543862

36338832

0x123456a0

0x12345690

0x1234568c

0x12345688

0x12345684

0x12345680

0x1234567c

0x12345678

ED ：空递减堆栈；STM 入栈 ↓ LDM 出栈 ↑

栈指针

FA ：满递增堆栈；STM 入栈 ↑ LDM 出栈 ↓栈指针

26262626

59595959

00008888

66663333

54693645

0x123456a0

0x12345690

0x1234568c

0x12345688

0x12345684

0x12345680

0x1234567c

0x12345678

26262626

59595959

00008888

66663333

54693645

0x123456a0

0x12345690

0x1234568c

0x12345688

0x12345684

0x12345680

0x1234567c

0x12345678

栈指针

EA ：空递增堆栈；STM 入栈 ↑ LDM 出栈 ↓

50

批量数据加载 / 存储指令批量数据加载 / 存储指令

例如：使用 LDM/STM 进行现场寄存器保护，常在子程序中或异常处理使用：

SENDBYTE

STMFD SP! ， {R0-R7 ， LR} ； 寄存器入栈 ......

BL DELAY ； 调用 DELAY 子程序

DELAY ......

......

LDMFD SP! ， {R0-R7 ， PC} ； 恢复寄存器，并返回

例如：1 、 STMEA R13! ， {R0-R12 ， PC} ；将寄存器 R0～ R12 以及程序计数器PC 的值 保存到 R13 指示的堆栈中。2 、使用 LDM/STM 进行数据复制：......

LDR R0 ， =SrcData ； 设置源数据地址LDR R1 ， =DstData ； 设置目标地址LDMIA R0 ， {R2-R9} ； 加载 8 字数据到寄存器 R2~R9

STMIA R1 ， {R2-R9} ； 存储寄存器 R2~R9 到目标地址

LDMIA/STMIALDMIA/STMIA

LDMIA/STMIA Rn!, {reglist} Rn is the register containing the base address. Rn mustbe in the

range r0-r7. reglist is a comma-separated list of low registers or low-register

ranges.

Usage Registers are loaded stored and in numerical order, with the

lowest numbered register at the address initially in Rn. The value in Rn is incremented by 4 times the number of

registers in reglist. If Rn is in reglist:

for an LDMIA instruction, the final value of Rn is the value loaded, not the incremented address

for an STMIA instruction, the value stored for Rn is:– the initial value of Rn if Rn is the lowest-numbered register

in reglist– unpredictable otherwise.

Incorrect examplesIncorrect examples

LDMIA r3!,{r0,r9} ; high registers not allowed

STMIA r5!, {} ; must be at least one register in list

STMIA r5!,{r1-r6} ; value stored from r5 is unpredictable

寻址方式对应关系寻址方式对应关系

寻址方式 说明 pop =LDM push =STM

FA 递增满 LDMFA LDMDA STMFA STMIB

FD 递减满 LDMFD LDMIA STMFD STMDB

EA 递增空 LDMEA LDMDB STMEA STMIA

ED 递减空 LDMED LDMIB STMED STMDA

ARM 编译器默认使用方式

LDM/STM 指令格式LDM/STM 指令格式

LDM/STM 指令格式LDM/STM 指令格式

LDMFD R0! {R1, R5, R2}

LDR R1,[R0],#4

LDR R2,[R0],#4

LDR R5,[R0],#4

57

3.3.6 异常中断指令3.3.6 异常中断指令

ARM 处理器支持两条异常中断指令：软件中断指令 SWI和断点中断指令 BKPT 。

1 ． SWI软件中断指令： SWI{ 条件 } 24 位的立即数（系统例程类型） ；功能：产生软件中断，并调用操作系统的例程。 指令中 24 位的立即数指定系统例程的类型，其他入口参数通过通用寄存器传递 .

例如： SWI 0X05 ； 该指令用于调用编号为 05 的系统例程

58

SWI 软件中断指令SWI 软件中断指令

指定系统例程类型的 2 种方式：1 、指令中 24 位的立即数（值为 0~16777215 之间的

整数）指定用户程序调用系统例程的类型，其参数通过通用寄存器传递。

MOV R0 ， #34 ； 设置子功能号为 34 ，作为入口参数

SWI 12 ； 调用 12 号软中断2 、当 24 位的立即数被忽略时，系统例程类型由寄存器

R0 指定，其参数通过其他通用寄存器传递。 MOV R0 ， #12 ； 调用 12 号软中断，类型为

12 。 MOV R1 ， #34 ； 设置子功能号为 34

SWI 0 ； 中断立即数为 0 ，类型由 R0 指定。

59

BKPT 断点中断指令BKPT 断点中断指令

2. BKPT 断点中断指令： BKPT 16 位的立即数；

功能：用于产生软件断点中断，以便软件调试时使用。 16 位的立即数：额外的断点信息，可有可无。

60

　 内容提要　 内容提要

思考题

Thumb 指令集

ARM 指令集

ARM 指令格式和寻址方式

ARM 编程模型

61

举例举例 例 1 ：写出执行以下计算的指令序列，其

中， X,Y,Z,R,W

均为 32 位无符号数 , 两数乘积不超出 32 位数范围。(1) ZW-(X+6)-(R+9)(2) Z(W*X)/16

例 2: 假定 R0 、 R1 中的内容为带符号数， R2 、 R3 中的内容为无符号数，写出指令实现以下判断：

若 R3 的内容超过 R2 的内容，则转去执行 EXCEED. 若 R1 的内容超过 R0 的内容，则转去执行 EXCEED. 若 R2 的内容等于零，则转去执行 ZERO. 若 R1 的内容和 R2 的内容相等，则转去执行 EQU.