ARM 指令集指南规范doc.docx

1、ARM 指令集指南规范docARM 指令集指南.txt人永远不知道谁哪次不经意的跟你说了再见之后就真的再也不见了。一分钟有多长？这要看你是蹲在厕所里面，还是等在厕所外面ARM指令集2008-03-12 15:27跳转指令跳转指令用于实现程序流程的跳转，在ARM 程序中有如下两种方法可以实现程序流程的跳转：l 使用专门的跳转指令。l 直接向程序计数器PC 写入跳转地址值。通过向程序计数器PC写入跳转地址值，可以实现在4GB的地址空间中的任意跳转，在跳转之前结合使用“MOV LR, PC”等类似指令，可以保存将来的返回地址值，从而实现在4GB连续的线性地址空间的子程序调用。ARM指令集中的跳转指令

2、可以完成从当前指令向前或向后的32MB的地址空间的跳转，包括以下4条指令：l B 跳转指令。l BL 带返回的跳转指令。l BLX 带返回和状态切换的跳转指令。l BX 带状态切换的跳转指令。(1) B指令B指令的格式为：B 目标地址B指令是最简单的跳转指令。一旦遇到一个B指令， ARM处理器将立即跳转到给定的目标地址，从那里继续执行。注意存储在跳转指令中的实际值是相对当前PC值的一个偏移量，而不是一个绝对地址，它的值由汇编器来计算(参考寻址方式中的相对寻址)。它是24位有符号数，左移两位后有符号扩展为32位，表示的有效偏移为26位(前后32MB的地址空间)。如下所示：B Label; 程序无

3、条件跳转到标号Label 处执行CMP R1, 0; 当CPSR 寄存器中的Z 条件码置位时, 程序跳转到标号Label 处执行BEQ Label(2) BL指令BL指令的格式为：BL 目标地址BL是另一个跳转指令，但跳转之前，会在寄存器R14中保存PC的当前内容，因此，可以通过将R14的内容重新加载到PC中，来返回到跳转指令之后的那个指令处执行。该指令是实现子程序调用的一个基本但常用的手段，如下所示：BL Label; 当程序无条件跳转到标号Label 处执行时, 同时将当前的PC 值保存到R14 中(3) BLX指令BLX指令的格式为：BLX 目标地址BLX指令从ARM指令集跳转到指令中所

4、指定的目标地址，并将处理器的工作状态有ARM状态切换到Thumb状态，该指令同时将PC的当前内容保存到寄存器R14中。因此，当子程序使用Thumb指令集，而调用者使用ARM指令集时，可以通过BLX指令实现子程序的调用和处理器工作状态的切换。同时，子程序的返回可以通过将寄存器R14值复制到PC中来完成。(4) BX指令BX指令的格式为：BX 目标地址BX指令跳转到指令中所指定的目标地址，目标地址处的指令既可以是ARM指令，也可以是Thumb指令。2.14.2 数据处理指令数据处理指令可分为数据传送指令、算术逻辑运算指令和比较指令等。数据传送指令用于在寄存器和存储器之间进行数据的双向传输。算术逻辑

5、运算指令完成常用的算术与逻辑的运算，该类指令不但将运算结果保存在目的寄存器中，同时更新CPSR中的相应条件标志位。比较指令不保存运算结果，只更新CPSR中相应的条件标志位。数据处理指令包括：l MOV 数据传送指令。l MVN 数据取反传送指令。l CMP 比较指令。l CMN 反值比较指令。l TST 位测试指令。l TEQ 相等测试指令。l ADD 加法指令。l ADC 带进位加法指令。l SUB 减法指令。l SBC 带借位减法指令。l RSB 逆向减法指令。l RSC 带借位的逆向减法指令。l AND 逻辑与指令。l ORR 逻辑或指令。l EOR 逻辑异或指令。l BIC 位清除指令

6、。(1) MOV指令MOV指令的格式为：MOVS 目的寄存器, 源操作数MOV指令可完成从另一个寄存器、被移位的寄存器或将一个立即数加载到目的寄存器。其中S选项决定指令的操作是否影响CPSR中条件标志位的值，当没有S时指令不更新CPSR中条件标志位的值。指令示例如下：MOV R1, R0; 将寄存器R0 的值传送到寄存器R1MOV PC, R14; 将寄存器R14 的值传送到PC, 常用于子程序返回MOV R1, R0, LSL3; 将寄存器R0 的值左移3 位后传送到R1(2) MVN指令MVN指令的格式为：MVNS 目的寄存器, 源操作数MVN指令可完成从另一个寄存器、被移位的寄存器或将一

7、个立即数加载到目的寄存器。与MOV指令不同之处是在传送之前按位被取反了，即把一个被取反的值传送到目的寄存器中。其中S 定指令的操作是否影响CPSR中条件标志位的值，当没有S时指令不更新CPSR中条件标志位的值。指令示例如下：MVN R0, 0; 将立即数0 取反传送到寄存器R0 中, 完成后R0=-1(3) CMP 指令CMP指令的格式为：CMP 操作数1, 操作数2CMP指令用于把一个寄存器的内容和另一个寄存器的内容或立即数进行比较，同时更新CPSR中条件标志位的值。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。标志位表示的是操作数1与操作数2 的关系(大、小、相等)，例如，当操作

8、数1大于操作数2，则此后的有GT后缀的指令将可以执行。指令示例如下：CMP R1, R0; 将寄存器R1 的值与寄存器R0 的值相减, 并根据结果设置CPSR 的标志位CMP R1, 100; 将寄存器R1 的值与立即数100 相减, 并根据结果设置CPSR 的标志位(4) CMN指令CMN指令的格式为：CMN 操作数1, 操作数2CMN指令用于把一个寄存器的内容和另一个寄存器的内容或立即数取反后进行比较，同时更新CPSR中条件标志位的值。该指令实际完成操作数1和操作数2相加，并根据结果更改条件标志位。指令示例如下：CMN R1, R0; 将寄存器R1 的值与寄存器R0 的值相加, 并根据结果

9、设置CPSR 的标志位CMN R1, 100; 将寄存器R1 的值与立即数100 相加, 并根据结果设置CPSR 的标志位(5) TST指令TST指令的格式为：TST 操作数1, 操作数2TST指令用于把一个寄存器的内容和另一个寄存器的内容或立即数进行按位的与运算，并根据运算结果更新CPSR中条件标志位的值。操作数1是要测试的数据，而操作数2是一个位掩码，该指令一般用来检测是否设置了特定的位。指令示例如下：TST R1, %1; 用于测试在寄存器R1 中是否设置了最低位(%表示二进制数)TST R1, 0xffe; 将寄存器R1 的值与立即数0xffe 按位与, 并根据结果设置CPSR 的标志

10、位(6) TEQ指令TEQ指令的格式为：TEQ 操作数1, 操作数2TEQ指令用于把一个寄存器的内容和另一个寄存器的内容或立即数进行按位的异或运算，并根据运算结果更新CPSR 中条件标志位的值。该指令通常用于比较操作数1和操作数2是否相等。指令示例如下：TEQ R1, R2; 将寄存器R1 的值与寄存器R2 的值按位异或, 并根据结果设置CPSR 的标志位(7) ADD指令ADD指令的格式为：ADDS 目的寄存器, 操作数1, 操作数2ADD指令用于把两个操作数相加，并将结果存放到目的寄存器中。操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器，被移位的寄存器，或一个立即数。指令示例如下：ADD

11、 R0, R1, R2; R0 = R1 + R2ADD R0, R1, #256; R0 = R1 + 256ADD R0, R2, R3, LSL#1; R0 = R2 + (R3 1)(8) ADC指令ADC指令的格式为：ADCS 目的寄存器, 操作数1, 操作数2ADC指令用于把两个操作数相加，再加上CPSR中的C条件标志位的值，并将结果存放到目的寄存器中。它使用一个进位标志位，这样就可以做比32位大的数的加法，注意不要忘记设置S后缀来更改进位标志。操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器，被移位的寄存器，或一个立即数。以下指令序列完成两个128位数的加法，第一个数由高到低存放

12、在寄存器R7R4，第二个数由高到低存放在寄存器R11R8，运算结果由高到低存放在寄存器R3R0：ADDS R0, R4, R8; 加低端的字ADCS R1, R5, R9; 加第二个字, 带进位ADCS R2, R6, R10; 加第三个字, 带进位ADC R3, R7, R11; 加第四个字, 带进位(9) SUB指令SUB指令的格式为：SUBS 目的寄存器, 操作数1, 操作数2SUB指令用于把操作数1减去操作数2，并将结果存放到目的寄存器中。操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器，被移位的寄存器，或一个立即数。该指令可用于有符号数或无符号数的减法运算。指令示例如下：SUB R0

13、, R1, R2; R0 = R1 - R2SUB R0, R1, #256; R0 = R1 - 256SUB R0, R2, R3, LSL#1; R0 = R2 - (R3 1)(10) SBC指令SBC指令的格式为：SBCS 目的寄存器, 操作数1, 操作数2SBC指令用于把操作数1减去操作数2，再减去 CPSR中的C条件标志位的反码，并将结果存放到目的寄存器中。操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器，被移位的寄存器，或一个立即数。该指令使用进位标志来表示借位，这样就可以做大于32位的减法，注意不要忘记设置S后缀来更改进位标志。该指令可用于有符号数或无符号数的减法 运算。指令

14、示例如下：SUBS R0, R1, R2; R0 = R1 - R2 - ！C, 并根据结果设置CPSR 的进位标志位(11) RSB指令RSB指令的格式为：RSBS 目的寄存器, 操作数1, 操作数2RSB指令称为逆向减法指令，用于把操作数2减去操作数1，并将结果存放到目的寄存器中。操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器，被移位的寄存器，或一个立即数。该指令可用于有符号数或无符号数的减法运算。指令示例如下：RSB R0, R1, R2; R0 = R2 R1RSB R0, R1, #256; R0 = 256 R1RSB R0, R2, R3, LSL#1; R0 = (R3 1)

15、 - R2(12) RSC指令RSC指令的格式为：RSCS 目的寄存器, 操作数1, 操作数2RSC指令用于把操作数2减去操作数1，再减去 CPSR中的C条件标志位的反码，并将结果存放到目的寄存器中。操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器，被移位的寄存器，或一个立即数。该指令使用进位标志来表示借位，这样就可以做大于32位的减法，注意不要忘记设置S后缀来更改进位标志。该指令可用于有符号数或无符号数的减法 运算。指令示例如下：RSC R0, R1, R2; R0 = R2 R1 - ！C(13) AND指令AND指令的格式为：ANDS 目的寄存器, 操作数1, 操作数2AND指令用于在两

16、个操作数上进行逻辑与运算，并把结果放置到目的寄存器中。操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器，被移位的寄存器，或一个立即数。该指令常用于屏蔽操作数1的某些位。指令示例如下：AND R0, R0, 3; 该指令保持R0 的0、1 位, 其余位清零(14) ORR指令ORR指令的格式为：ORRS 目的寄存器, 操作数1, 操作数2ORR指令用于在两个操作数上进行逻辑或运算，并把结果放置到目的寄存器中。操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器，被移位的寄存器，或一个立即数。该指令常用于设置操作数1的某些位。指令示例如下：ORR R0, R0, 3; 该指令设置R0 的0、1 位,

17、其余位保持不变(15) EOR指令EOR指令的格式为：EORS 目的寄存器, 操作数1, 操作数2EOR指令用于在两个操作数上进行逻辑异或运算，并把结果放置到目的寄存器中。操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器，被移位的寄存器，或一个立即数。该指令常用于反转操作数1的某些位。指令示例如下：EOR R0, R0, 3; 该指令反转R0 的0、1 位, 其余位保持不变(16) BIC指令BIC指令的格式为：BICS 目的寄存器, 操作数1, 操作数2BIC指令用于清除操作数1的某些位，并把结果放置到目的寄存器中。操作数1应是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器，被移位的寄存器，或一个立即

18、数。操作数2为32位的掩码，如果在掩码中设置了某一位，则清除这一位。未设置的掩码位保持不变。指令示例如下：BIC R0, R0, %1011; 该指令清除 R0 中的位 0、1、和 3, 其余的位保持不变2.14.3 乘法指令与乘加指令ARM微处理器支持的乘法指令与乘加指令共有6条，可分为运算结果为32位和运算结果为64位两类，与前面的数据处理指令不同，指令中的所有操作数、目的寄存器必须为通用寄存器，不能对操作数使用立即数或被移位的寄存器，同时，目的寄存器和操作数1必须是不同的寄存器。乘法指令与乘加指令共有以下6条：l MUL 32位乘法指令。l MLA 32位乘加指令。l SMULL 64位

19、有符号数乘法指令。l SMLAL 64位有符号数乘加指令。l UMULL 64位无符号数乘法指令。l UMLAL 64位无符号数乘加指令。(1) MUL指令MUL指令的格式为：MULS 目的寄存器, 操作数1, 操作数2MUL指令完成将操作数1与操作数2的乘法运算，并把结果放置到目的寄存器中，同时可以根据运算结果设置CPSR中相应的条件标志位。其中，操作数1和操作数2均为32位的有符号数或无符号数。指令示例如下：MUL R0, R1, R2; R0 = R1 R2MULS R0, R1, R2; R0 = R1 R2, 同时设置CPSR 中的相关条件标志位(2) MLA指令MLA指令的格式为：

20、MLAS 目的寄存器, 操作数1, 操作数2, 操作数3MLA指令完成将操作数1与操作数2的乘法运算，再将乘积加上操作数3，并把结果放置到目的寄存器中，同时可以根据运算结果设置CPSR中相应的条件标志位。其中，操作数1和操作数2均为32位的有符号数或无符号数。指令示例如下：MLA R0, R1, R2, R3; R0 = R1 R2 + R3MLAS R0, R1, R2, R3; R0 = R1 R2 + R3, 同时设置CPSR 中的相关条件标志位(3) SMULL指令SMULL指令的格式为：SMULLS 目的寄存器Low, 目的寄存器低High, 操作数1, 操作数2SMULL指令完成将

21、操作数1与操作数2的乘法运算，并把结果的低32位放置到目的寄存器Low中，结果的高32位放置到目的寄存器High中，同时可以根据运算结果设置CPSR中相应的条件标志位。其中，操作数1和操作数2均为32位的有符号数。指令示例如下：SMULL R0, R1, R2, R3; R0 = (R2 R3)的低32 位, R1 = (R2 R3)的高32 位(4) SMLAL指令SMLAL指令的格式为：SMLALS 目的寄存器Low, 目的寄存器低High, 操作数1, 操作数2SMLAL 指令完成将操作数1与操作数2的乘法运算，并把结果的低32位同目的寄存器Low中的值相加后又放置到目的寄存器Low中，

22、结果的高32位同目的寄存器 High中的值相加后又放置到目的寄存器High中，同时可以根据运算结果设置CPSR中相应的条件标志位。其中，操作数1和操作数2均为32位的有符号数。对于目的寄存器Low，在指令执行前存放64位加数的低32位，指令执行后存放结果的低32位。对于目的寄存器High，在指令执行前存放64位加数的高32 位，指令执行后存放结果的高32位。指令示例如下：SMLAL R0, R1, R2, R3; R0 = (R2 R3)的低32 位 R0; R1 = (R2 R3)的高32 位 R1(5) UMULL指令UMULL指令的格式为：UMULLS 目的寄存器Low, 目的寄存器低H

23、igh, 操作数1, 操作数2UMULL指令完成将操作数1与操作数2的乘法运算，并把结果的低32位放置到目的寄存器Low中，结果的高32位放置到目的寄存器High 中，同时可以根据运算结果设置CPSR中相应的条件标志位。其中，操作数1和操作数2均为32位的无符号数。指令示例如下：UMULL R0, R1, R2, R3; R0 = (R2 R3)的低32 位, R1 = (R2 R3)的高32 位(6) UMLAL指令UMLAL指令的格式为：UMLALS 目的寄存器Low, 目的寄存器低High, 操作数1, 操作数2UMLAL 指令完成将操作数1与操作数2的乘法运算，并把结果的低32位同目的

24、寄存器Low中的值相加后又放置到目的寄存器Low中，结果的高32位同目的寄存器 High中的值相加后又放置到目的寄存器High中，同时可以根据运算结果设置CPSR中相应的条件标志位。其中，操作数1和操作数2均为32位的无符号数。对于目的寄存器Low，在指令执行前存放64位加数的低32位，指令执行后存放结果的低32位。对于目的寄存器High，在指令执行前存放64位加数的高32位，指令执行后存放结果的高32位。指令示例如下：UMLAL R0, R1, R2, R3; R0 = (R2 R3)的低32 位 R0; R1 = (R2 R3)的高32 位 R12.14.4 程序状态寄存器访问指令ARM微

25、处理器支持程序状态寄存器访问指令，用于在程序状态寄存器和通用寄存器之间传送数据，程序状态寄存器访问指令包括以下两条：l MRS 程序状态寄存器到通用寄存器的数据传送指令。l MSR 通用寄存器到程序状态寄存器的数据传送指令。(1) MRS指令MRS指令的格式为：MRS条件 通用寄存器, 程序状态寄存器(CPSR 或SPSR)MRS指令用于将程序状态寄存器的内容传送到通用寄存器中。该指令一般用在以下两种情况。 当需要改变程序状态寄存器的内容时，可用MRS将程序状态寄存器的内容读入通用寄存器，修改后再写回程序状态寄存器。 当在异常处理或进程切换时，需要保存程序状态寄存器的值，可先用该指令读出程序状

26、态寄存器的值，然后保存。指令示例如下：MRS R0, CPSR; 传送CPSR 的内容到R0MRS R0, SPSR; 传送SPSR 的内容到R0(2) MSR指令MSR指令的格式为：MSR程序状态寄存器(CPSR 或SPSR)_, 操作数MSR指令用于将操作数的内容传送到程序状态寄存器的特定域中。其中，操作数可以为通用寄存器或立即数。用于设置程序状态寄存器中需要操作的位，32位的程序状态寄存器可分为4个域：l 位31:24为条件标志位域，用f 表示。l 位23:16为状态位域，用s 表示。l 位15:8为扩展位域，用x 表示。l 位7:0为控制位域，用c 表示。该指令通常用于恢复或改变程序状

27、态寄存器的内容，在使用时，一般要在MSR指令中指明将要操作的域。指令示例如下：MSR CPSR, R0; 传送R0 的内容到CPSRMSR SPSR, R0; 传送R0 的内容到SPSRMSR CPSR_c, R0; 传送R0 的内容到SPSR, 但仅仅修改CPSR 中的控制位域2.14.5 加载/存储指令ARM微处理器支持加载/存储指令用于在寄存器和存储器之间传送数据，加载指令用于将存储器中的数据传送到寄存器，存储指令则完成相反的操作。常用的加载存储指令如下：l LDR 字数据加载指令。l LDRB 字节数据加载指令。l LDRH 半字数据加载指令。l STR 字数据存储指令。l STRB

28、字节数据存储指令。l STRH 半字数据存储指令。(1) LDR指令LDR指令的格式为：LDR目的寄存器, LDR指令用于从存储器中将一个32位的字数据传送到目的寄存器中。该指令通常用于从存储器中读取32位的字数据到通用寄存器，然后对数据进行处理。当程序计数器PC作为目的寄存器时，指令从存储器中读取的字数据被当作目的地址，从而可以实现程序流程的跳转。该指令在程序设计中比较常用，且寻址方式灵活多样，请读者认真掌握。指令示例如下：LDR R0, R1; 将存储器地址为R1 的字数据读入寄存器R0LDR R0, R1, R2; 将存储器地址为R1+R2 的字数据读入寄存器R0LDR R0, R1,

29、8; 将存储器地址为R1+8 的字数据读入寄存器R0LDR R0, R1, R2 ！; 将存储器地址为R1+R2 的字数据读入寄存器R0, 并将新地址R1R2 写入R1LDR R0, R1, 8 ！; 将存储器地址为R1+8 的字数据读入寄存器R0, 并将新地址R18 写入R1LDR R0, R1, R2; 将存储器地址为R1 的字数据读入寄存器R0, 并将新地址R1R2 写入R1LDR R0, R1, R2, LSL2！; 将存储器地址为R1R24 的字数据读入寄存器R0, 并将新地址R1R24 写入R1LDR R0, R1, R2, LSL2; 将存储器地址为R1 的字数据读入寄存器R0,

30、 并将新地址R1R24 写入R1(2) LDRB指令LDRB指令的格式为：LDRB目的寄存器, LDRB指令用于从存储器中将一个8位的字节数据传送到目的寄存器中，同时将寄存器的高24位清零。该指令通常用于从存储器中读取8位的字节数据到通用寄存器，然后对数据进行处理。当程序计数器PC作为目的寄存器时，指令从存储器中读取的字数据被当作目的地址，从而可以实现程序流程的跳转。指令示例如下：LDRB R0, R1; 将存储器地址为R1的字节数据读入寄存器R0, 并将R0的高24位清零LDRB R0, R1, 8; 将存储器地址为R18 的字节数据读入寄存器R0, 并将R0的高24位清零(3) LDRH指令LDRH指令的格式为：LDRH 目的寄存器, LDRH指令用于从存储器中将一个16位的半字数据传送到目的寄存器中，同时将寄存器的高16位清零。该指令通常用于从存储器中读取16位的半字数据到通用寄存器，然后对数据进行处理。当程序计数器PC作为目的寄存器时，指令从存储器中读取的字数据被当作目的地址，从而可以实现程序流程的跳转。指令示例如下：LDRH R0, R1; 将存储器地址为R1 的半字数据读入寄存器R0, 并将R0 的高16 位清零LDRH R0, R1, 8; 将存储器地址为R18 的半字数