arm指令集——跳转指令

关键词：

ARM 汇编指令条件执行

在ARM模式下，任何一条数据处理指令可以选择是否根据操作的结果来更新CPSR寄存器中的ALU状态标志位。在数据处理指令中使用S后缀来实现该功能。

不要在CMP,CMN,TST或者TEQ指令中使用S后缀。这些比较指令总是会更新标志位。

在Thumb模式下，所有数据处理指令都更新CPSR中的标志位。有一个例外就是：当一个或更多个高寄存器被用在MOV和ADD指令时，此时MOV和ADD不能更新状态标志.

几乎所有的ARM指令都可以根据CPSR中的ALU状态标志位来条件执行。参见表2-1条件执行后缀表。

在ARM模式下，你可以：

• 根据数据操作的结果更新CPSR中的ALU状态标志；
• 执行其他几种操作,但不更新状态标志；
• 根据当前状态标志，决定是否执行接下来的指令。

在Thumb模式，大多数操作总是更新状态标志位，并且只能使用条件转移指令(B)来实现条件执行。该指令(B)的后缀和在ARM模式下是一样的。其他指令不能使用条件执行。

ALU状态标志

CPSR寄存器包含下面的ALU状态标志：

2.5.2 执行条件

N，Z，C，V相关的条件码后缀如下表所列：

示例1

　　ADD　　r0, r1, r2              ; r0 = r1 + r2, 不更新标志位
　　ADDS　　r0, r1, r2      ; r0 = r1 + r2, 后缀S表示更新标志位
　　ADCSS　　r0, r1, r2      ; If C 标志为1，则执行r0 = r1 + r2, 且更新标志，
　　CMP　　r0, r1            ; CMP指令肯定会更新标志. 

示例2 求最大公约数

gcd
　　CMP r0, r1　　　　
　　BEQ end　　　　; r0 = r0 结束程序
　　BLT less　　　　; r0 < r1 跳转至 less
　　SUB r0, r0, r1　　; r0 > r1时 r0 = r0 - r1
　　B gcd　　; 条件都不满足是继续循环
less
　　SUB r1, r1, r0　　　　; r0 < r1 r1 = r1 - r0
　　B gcd
end

示例3

MAIN
　　mov r1, #1
　　mov r2, #1
　　cmp r1, r2
　　beq FUNC      ;if(eq) b FUNC => 实质：if(z == 1) b FUNC
　　bne FUNC    ;实质：if(z == 0) b FUNC
　　mov r3, #3
　　mov r4, #4
FUNC
　　mov r5, #5
　　mov r6, #6

寻址方式

基地址变址寻址方式

寄存器前索引寻址

　　mov r0, #0x40000000
　　mov r1, #0xF000000F
　　str r1, [r0, #4]　　;将 r1 中的数据存储到地址为 r0 + 4 的内存空间中

寄存器移位的前索引寻址

　　mov r2, #8
　　str r1, [r0, r2, lsl #1]　　;将 r1 中的数据存储到地址为 r0 + (r2 << 1)的内存空间中

寄存器后索引寻址

　　str r1, [r0], #4　　;将 r1 中的数据存储到地址为 r0 的内存空间中，然后 r0 = r0 + 4

寄存器自动索引寻址　

str r1, [r0, #4]!　　;将 r1 中的数据存储到 r0 + 4 的内存空间中， 然后 r0 = r0 + 4

 多寄存器寻址/块拷贝寻址　　LDM STM

对栈进行操作是，使用较多　　比如说 用 IA 自动索引寻址存，就用 DB 自动索引读

Load/Store指令

Load/store是一组内存访问指令，用来在ARM寄存器和内存之间进行数据传送，ARM指令中有3种基本的数据传送指令。

1. 单寄存器 Load/Store 内存访问指令（single register）：这些指令为ARM寄存器和存储器提供了更灵活的单数据项传送方式。数据可以使字节，16位半字或32位字
2. 多寄存器 Load/Store 内存访问指令：可以实现大量数据的同时传送，主要用于进程的进入和退出、保存和恢复工作寄存器以及复制寄存器中的一片（一块）数据
3. 但寄存器交换指令（single register swap）: 实现寄存器数据和内存数据进行交换，而且是在一条指令中完成，执行过程中不会受到中断干扰

单寄存器Load/Store指令

LDR指令：用于从内存中将一个32位的字读取到目标寄存器　　指令格式  LDR{<cond>} <Rd>, <addr_mode> 

;指令举例
　　LDR R1， [R0, #0x12]　　;将R0 + 12地址处的数据读出，保存到R1中（R0保持不变）
　　LDR Rd，[Rn], #0x04    ;立即数后索引寻址，Rn的值用作传输数据的存储地址。在数据传送后，将偏移量 0x04 与Rn相加，记过写回到 Rd中

STR指令：用于将一个32位的字节数据写入到指令中指定的内存单元　　指令格式  STR{<cond>} <Rd>,<addr_mode> 

;LOAD/STORE指令
;向内存写入数据 STR
mov r0, #40000000
mov r1, #ff000000
str r1, [r0]　　;用于将一个32位的字数据写入到指令指定的内存单元(以 r0 值为起始地址的 4byte 内存单元)
strb r1, [r0]　　;将r1 中的 [7:0]存储到 r0 对应的内存空间
strh r1, [r0]　　;将r1 中的 [15:0]存储到 r0 为起始地址的两个字节的内存空间
　　　　　　　　　　;在对数据进行操作时，应根据数据本身的属性（几个字节）进行操作

多寄存器Load/Store指令

LDM指令：实现数据从连续的内存单元中读取到指令指定的寄存器列表中。值得注意的是 LDM指令和STM指令：序号的寄存器对应内存中高地址的数据

指令格式： LDM{<cond>}<addressing_mode> <Rn>{!}, <registers> 

STM指令：实现将指令中寄存器列表里的数值写入到一块连续的内存单元之中

指令格式： STM{<cond>} <addressing_mode> <Rn>{!}, <register> 

LDM/STM <cond>的几种寻址方式：

mov r0, #0x40000000
　　mov r1, #1
　　mov r2, #2
　　mov r3, #3
　　ldm r0, {r1-r3}
　　stm r0, {r1-r3}　　;将 r1 - r3 寄存器（连续寄存器）中的数据存储到 以 r0 位起始地址的内存空间中
　　stm r0, {r3, r1}　  ;将 r1 、 r3 寄存器（不连续寄存器）中的数据存储到 以 r0 位起始地址的内存空间中
　　　　　　　　　　　　;批量操作时，低编号的寄存器数据对应内存中的低地址
　　stm r0!, {r1-r3}　　;寄存器批量存储，也适用自动索引寻址， 操作完成后 　　r0 = r0 + (寄存器个数)*4

跳转指令

B和BL跳转指令

MAIN
　　mov r0, #2
　　mov r1, #3
　　mov lr, pc　　;B 指令不会自动保存 PC；手动保存返回地址、当前PC
　　b lable　　　　;跳转到标号 FUNC （标号的实质是地址）
　　mov r3, r0
FUNC
　　sub r0, r1, r0
　　mov pc，lr　　;返回主程序继续执行

跳转指令是改变指令执行顺序的标准方式 （控制流指令）

B 和 BL 指令都是 相对跳转（短跳转） 指令，通过偏移量跳转， 最大跳转距离是 ±32M

使用 mov pc， <>可以实现 对跳转（长跳转）（不会保存当前 PC 值）

关于B指令和BL指令最大跳转距离是 ±32M：

　　ARM汇编每条指令占用 4byte，生成机器码 B 、BL存放在bits[31:24], bits[23:0]是立即数空间，可以表示 2^24个地址。由于每条汇编指令占用4byte字节（最低两位都为 0），因此可以使用 24位二进制数来表示 26 位的寻址空间。

B指令和BL指令的区别：

• B指令在使用时不会对当前 PC 值进行保存，为保证跳转指令执行后能正常返回，要手动对其进行保存
• BL （带连接的跳转指令）能够在跳转时对当前 PC 值自动进行保存。 

带状态切换的跳转指令 BX

不会保存跳转前 PC 值 ±32M范围

带状态切换（ARM&Thmub）的跳转指令BX  ，语法格式：BX{<cond>} <Rm> ，使程序跳转到指令中参数 Rm 指定的地址进行执行。并将 Rm 的第 0 位复制到 CPRS 中的 T 位， bit[31: 1]存入PC。

　　　PC也可以作为 Rm 寄存器使用，当PC作为 Rm 使用时，指令 BX PC 便跳转到当前指令下面第 2 条指令出执行（三级流水线：当前正在执行的指令地址为 PC - 8，正在译码的指令为 PC - 4， 正在取指的指令是 PC）。但这种方式不值得推荐，最好使用下面的方式完成这种跳转。

　　mov pc, pc
;或者
　　add pc, pc, #0

带状态切换的连接跳转指令

 与BX功能一致，但会自动保存跳转时的 PC 值，语法格式： BLX <target_add> 。target_add为指令的跳转目标地址,该地址是一个立即数

状态（寄存器）操作指令

ARM指令集提供了两条指令（MSR，MRS），用来操作状态寄存器PSR

MRS指令，语法格式 MRS {cond} Rd， PSR 用于把CPSR或SPSR的值传送到一个寄存器；

MSR指令，语法格式 MSR {cond} PSR_filed， #immed_8r 或 MSR {cond} PSR_filed, Rm 用于把一个寄存器的值或一个立即数传送到CPSR或SPSR；使用这两条只能可以实现对程序状态寄存器的状态修改操作。

　　在使用MSR指令对PSR进行修改操作时，要通过field设置状态寄存器需要操作的域。状态寄存器的32位被分为4个8位的域（filed）分别为：bits[31:24]条件域，用 F 表示； bits[23: 16]状态域，用 S 表示；bits[15:8]预留域，用 X 表示；bits[7:0]控制域，用 C 表示。

;程序举例：是能IRQ中断
ENABLE_IRQ
　　MRS　　R0，CPSR　　
　　BIC　　 R0,R0，#080　　;将CPSR bit7 I 清零，是能IRQ
　　MSR　　CPSR_c,R0　　;典型的读-改-回写操作
　　MOV 　　PC,LR

异常产生指令

ARM指令集提供了两条产生异常的指令（中断指令 SWI，断点中断指令 BKPT），通过这两条指令可以用软件的方法实现异常。 

中断指令

软件中断指令 SWI （software Interrupt）用于产生软中断，实现从用户模式切换到管理模式，CPSR保存到管理模式的 SPSR 中，执行转移到 SWI 向量。

语法格式 SWI {<cond>} <immed_24>  immed_24 为中断号

栈

栈：按增长方向分为 递增栈；递减栈

按压栈操作顺序（sp位置）分为；满栈和空栈

满栈（FULL）：sp指向栈顶元素

空栈（EMPTY）：sp指向栈顶元素相邻位置

根据栈的不同分类，将其寻址方式分为以下4种

1）满递减 FD（Full Descending）

2）空递减 ED（Empty Descending）

3）满递增 FA（Full Asceding）

4）空递增 EA（Empty Ascending）

 习惯上大都使用满减栈。

压栈出栈的几种操作方式 

　　;初始化栈 
　　mov sp, #0x40000018
MAIN
　　mov r0, #1
　　mov r1, #1
　　bl FUNC          
　　add r2, r0, r1
FUNC
　　;压栈保护现场
　　stmfd sp!, {r0, r1}
　　mov r0, #2
　　mov r1, #4
　　sub r2, r1, r0
　　;出栈恢复现场
　　ldmfd sp!, {r0, r1}
　　mov pc, lr   

;初始化栈 
MAIN
　　mov r0, #1
　　mov r1, #1
　　bl FUNC          
　　add r2, r0, r1
FUNC
　　;压栈保护现场
　　stmfd sp!, {r0, r1, lr}
　　mov r0, #2
　　mov r1, #4
　　sub r2, r1, r0
　　;出栈恢复现场
　　ldmfd sp!, {r0, r1, pc}   

swp r0, r1, [r2]
 ;将r0中的数据放入内存地址是r2的地址空间，同时将r2中的值放入r1寄存器
 ;处理器与内存之间进行数据交换  交换过程不会被打断

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