嵌入式系统复习--Thumb指令集

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  • Thumb指令集概述
  • Thumb指令详细介绍
    • 数据处理指令
    • 数据存储指令
    • 转移指令
    • 异常中断指令
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嵌入式系统复习–ARM指令集(二)

Thumb指令集概述

在编写Thumb指令时,先要用伪指令CODE16声明(ADS的编译环境下),而且在ARM指令中要使用BX指令跳转到Thumb指令,以切换处理器状态。

Thumb指令集特点:

  • 采用16位二进制编码,而ARM指令是32位
  • Thumb是压缩指令,先动态解压缩,然后作为标准的ARM指令执行
  • 由CPSR的T位决定指令流。T置位,执行Thumb指令流,T清0执行ARM指令流
  • Thumb指令集没有协处理器指令、信号量指令、乘加指令、64位乘法指令以及访问CPSR和SPSR的指令,而且指令的第2操作数受到限制
  • 除了分支指令B有条件执行功能外,其他指令均无条件执行
  • 大多数Thumb数据处理指令采用2地址格式

在这里插入图片描述
Thumb指令与ARM指令的异同:

  • Thumb中也是采用Load/Store结构,有数据处理、数据传送及流控制指令
  • 大多数Thumb指令是无条件执行的(除转移指令B),而所有ARM指令都是条件执行。许多Thumb数据处理指令采用2地址格式,即目的寄存器与源寄存器相同,而大多数ARM数据处理指令采用的是3地址格式
  • 所有异常都会返回ARM模式状态,由于ARM微处理器字传送地址必须被4整除(字对准),半字传送地址必须可被2整除(即半字对准),但是Thumb是2个字节,所以进入异常Thumb的自然偏移与ARM不同

进入和退出Thumb模式的方式:

  • 进入方式:BX和利用异常返回到Thumb
  • 退出方式:BX和利用异常进入Thumb

Thumb指令详细介绍

数据处理指令

低寄存器指的是R0~R7, 高寄存器指的是R8 ~ R15
算术运算指令

  • ADD与SUB–低寄存器加法和减法
    句法:

    op Rd, Rn, Rm
    op Rd, Rn, #expr3
    op Rd, #expr8
    

    用法:指令中Rd、Rn、Rm必须是低寄存器(R0~R7)。指令更新NZCV标志

  • ADD–高或低寄存器
    句法:

    ADD Rd, Rm
    

    用法:Rd <- Rd + Rm
    Rd和Rm是低寄存器时,更新标记NZCV

  • ADD与SUB–SP
    句法:

    ADD SP, #expr
    SUB SP, #expr
    

    用法:SP <- SP + expr
    不影响条件标志码

  • ADD – PC或SP偏移量
    句法:

    ADD Rd, Rp, #expr
    Rp为 SP或PC
    

    用法:Rd <- Rp + #expr
    不影响条件标志码

  • ADC、SBC、MUL
    带进位位的加法、带进位位的减法、乘法
    句法:

    op Rd, Rm
    

    用法:

    ADC: Rd <- Rd + Rm + C
    SBC: Rd <- Rd - Rm - (1 - C) 借位
    MUL: Rd <- Rd * Rm
    

    限制:Rd和Rm必须是低寄存器(R0~R7)
    ADC和SBC影响NZCV
    MUL影响NZ

  • AND、ORR、EOR和BIC(按位逻辑运算)
    句法:

    op Rd, Rm
    

    用法:EOR异或,BIC:Rd AND NOT Rm
    必须是低寄存器影响NZ标志

  • ASR、LSL、LSR、和ROR
    算术右移、逻辑左移、逻辑右移、循环右移
    句法:

    op Rd, Rs
    op Rd, Rm, #expr
    Rd、Rs、Rm必须是R0~R7范围内的寄存器
    
  • CMP和CMN(比较和比较负值)
    句法:

    CMP Rn, #expr
    CMP Rn, Rm
    CMN Rn, Rm
    

    用法:
    只更新条件码标志,不存放结果
    CMP: Rn - expr(或Rm)
    CMN:Rm + Rn
    其中:CMP Rn, Rm指令允许使用高寄存器

  • MOV、MVN和NEG(传送、传送非、取反)
    句法:

    MOV Rd, #expr
    MOV Rd, Rm
    MVN Rd, Rm
    NEG Rd, Rm
    

    用法:
    MOV: Rd <- #expr(或Rm)
    MVN: Rd <- NOT Rm
    NEG: Rd <- Rm * (-1)

  • TST(测试)
    句法

    TST Rn, Rm
    

    用法:
    Rm AND Rn, 丢弃结果,更新条件码标志NZ
    Rn、Rm必须在R0~R7范围内

数据存储指令

  • 单寄存器数据存储指令(LDR和STR)
    汇编格式
    <op> Rd, [Rn, <#off5>] // <op> = LDR | LDRB | STR | STRB
    <op> Rd, [Rn, <#off5>] // <op> = LDRH | STRH
    <op> Rd, [Rn, Rm] // <op> = LDR | LDRH | LDRSH | LDRB | LDRSB | STR | STRH | STRB
    <op> Rd, [PC, <#off8>]
    <op> Rd, [SP, <#off8>] // <op> = LDR | STR 该两条指令偏移量为8位
    
  • 多寄存器数据存储指令
    汇编格式:
    LDMIA Rn!, {<reg list>}
    STMIA Rn!, {<reg list>}
    POP {<reg list> {, PC}}
    PUSH {<reg list> {, LR}}
    

转移指令

汇编格式:

B <cond> <label> //目标为Thumb代码
B <label>        //目标为Thumb代码
BL <label>       //目标为Thumb代码
BLX <label>      //目标为ARM代码
B{L}X Rm         //目标为ARM或Thumb代码
  • B分支指令,Thumb中唯一可条件执行的指令
  • BL带链接的长分支
  • BX分支指令,并可选择地切换指令集
  • BLX带链接分支,并可选择地交换指令集

异常中断指令

  • Thumb软件中断指令
    汇编格式:
    SWI <8位立即数> //八位立即数为数学表达式取值为0~255内的整数
    
  • 断点中断
    汇编格式
    BKPT immed_8
    

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未完待续

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