CM4_ 3、ARM指令集

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一、导引

何为指令

指示计算机进行工作的二进制代码

1、经典ARM体系架构的指令集—ARM指令集、Thumb指令集

对经典的ARM架构处理器

• 有两种工作状态：ARM状态和Thumb状态
• 支持固定长度的32位ARM指令和16位的Thumb指令

1.1、Thumb指令集

Thumb指令集是添加到ARM指令集之上的独立指令集，是ARM指令集的压缩方案，能够将代码规模减小20%-30%

但是，Thumb指令仅对基本的算术和逻辑运算有用，有不便之处：

• Thumb状态下R8-R12寄存器使用受限
• 无法完成中断处理、长跳转、循环移位、条件执行等操作

1.2、比较ARM指令集和Thumb指令集

Thumb指令的代码密度较高，缓冲使用效率较高，但ARM代码功能较多，使用更灵活

1.3、经典ARM体系架构指令集的缺点

• Thumb代码和ARM代码必须隔离到单独模块中，不能混用，使用时需要切换处理器的工作状态
• 两种状态的切换导致代码运行速度下降，并且增加了代码量，清空了流水线

2、Cortex-M4体系架构的指令集—Thumb-2指令集

Thumb-2指令集集合了ARM指令集和Thumb指令集的优点，可完全替代ARM和Thumb 指令集

Thumb-2指令集不是Thumb指令集的升级，而是另起炉灶，是ARM指令集和Thumb指令集的超集

Thumb-2指令集不需要处理器切换工作状态，就可以执行16位与32位混合代码

Thumb-2指令集的指令有两种

• 16位指令
• 32位指令

Cortex-M4内核使用的是Thumb-2指令集的子集，其处理器状态有两种：

• Thumb状态
• 调试状态

Cortex-M4内核在执行指令时，只有一种状态，那就是Thumb状态

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二、指令的格式

指令 = 操作码 + 操作数

操作码：表示计算机所要做的动作

操作数：表示计算机所动作的对象

如    add r0,r1,r2: 
add——操作码，表加法；
r0、r1、r2：操作数；
r0:目标操作数；
r1,r2:源操作数。

1、ARM 指令格式

< opcode > {< cond >} {S} < Rd >,< Rn >,< operand2 >

• < opcode >操作码，如ADD、MOV等
• {< cond >}①有条件地执行指令，如：BEQ ; 仅当 EQ 满足时转移——指令后缀
• {S}②决定指令执行是否影响APSR寄存器的标志位——指令后缀
• < Rd >目的寄存器，用于存储结果（即目标操作数）
• < Rn >第一源操作数寄存器，可以是寄存器、常数
• < operand2 >第二源操作数，可以是：①常数，如#0xab、#’s’等；②寄存器或移位操作的寄存器，如R1，LSL #2

①ARM指令的条件码域

如       mov r0,#1
mov r1,#2
cmp r0,r1
movcc r2,#3        ；当小于时执行mov r2,#3
moveq r2,#1
movcs r2,#2

上述指令执行完后，r2的值为 3

②APSR 中的 5 个标志位：

• N: 负数标志(Negative)„
• Z： 零结果标志(Zero)„
• C: 进位/借位标志(Carry)„
• V: 溢出标志(oVerflow)„
• S: 饱和标志(Saturation)，它不做条件转移的依据

三、CM4常用的Thumb-2指令（待完善）

分支指令：

用于改变程序的执行流程，实现跳转。主要有B、BL、BX、BLX、CBNZ、CBZ、IT、TBB、TBH（后面这三个仅作了解）