ARM与 x86相比较
■ 精简指令集
对于每一个复杂的操作，与x86汇编相比具有更多的指令。
■ 固定的指令长度
x86有可变长度的指令， ARM将指令长度固定为32位
■ 内存对齐
ARM/RISC要求内存对齐
对齐内存需要进行填充
■ 条件执行
每条指令的前四位包含一个条件码**
ARM指令的表示方式
以ADDEQS R0,R1,#8为例，其二进制代码形式为：
|
31—28 |
27—25 |
24—21 |
20 |
19—16 |
15—12 |
11—0 |
|
0000 |
001 |
0100 |
1 |
0001 |
0000 |
000000001000 |
|
cond |
Opcode |
Rn |
Rd |
Op2 |
||
从上面可知，ARM指令一般包括5个域：
|
条件码域 |
cond |
4位 |
|
指令代码域 |
Opcode |
8位 |
|
地址基址 |
Rn |
4位 |
|
目标或源寄存器 |
Rd |
4位 |
|
地址偏移或操作寄存器 |
Op2 |
12位 |
汇编指令格式
<opcode>{<cond>}{S}{.W|.N}<Rd>,<Rn>{,<operand2>} <>表示该内容必不可少，{}表示可省略。 <opcode>表示操作码，如ADD表示算术加法。 {<cond>} 表示指令执行的条件域，如EQ，NE等。缺省则表示默认条件（无条件执行）。 {S} 决定指令的执行结果是否影响CPSR的值，使用该后缀则指令执行的结果影响CPSR的值，否则不影响。 {.W|.N} 使用.W 宽度说明符。 即使 16 位编码可用，该指令宽度说明符也会强制汇编器生成 32 位编码。无论代码将会被汇编为 ARM 代码还是 Thumb（ARMv6T2 或更高版本）代码，您都可在其中使用 .W 说明符。 .W 说明符不会对代码的 ARM 编译产生任何影响。 如果要将指令汇编为 16 位编码，则您可使用 .N 宽度说明符。 在这种情况下，如果指令无法编码为 16 位，或者要将代码汇编为 ARM 代码，则汇编器会生成错误。 使用指令宽度说明符时，必须将说明符紧随在指令助记符和条件代码（如果有）之后，例如： BCS.W label ; forces 32-bit instruction even for a short branch B.N label : faults if label out of range for 16-bit instruction <Rd> 表示目的寄存器。 <Rn> 表示第一个操作数，为寄存器。 <Op2> 表示第二个操作数，可以使立即数，寄存器或寄存器偏移操作数。
上述指令ADDEQS R0，R1，#8；其中操作码为ADD，条件域为EQ，S表示该指令的执行影响CPSR寄存器的值，R0为目的寄存器，R1为第一个操作数寄存器，立即数#8为第二个操作数。
|
条件码助记符 |
标志位 |
含有 |
|
EQ |
Z=1 |
相等 |
|
NE |
Z=0 |
不相等 |
|
CS/ HS |
C=1 |
无符号数大于或等于 |
|
CC/ LO |
C=0 |
无符号数小于 |
|
MI |
N=1 |
负数 |
|
PL |
N=0 |
正数或零 |
|
VS |
V=1 |
溢出 |
|
VC |
V=0 |
未溢出 |
|
HI |
C=1，Z=0 |
无符号数大于 |
|
LS |
C=0，Z=1 |
无符号数小于或等于 |
|
GE |
N=V |
带符号数大于或等于 |
|
LT |
N!=V |
带符号数小于 |
|
GT |
Z=0，N=V |
带符号数大于 |
|
LE |
Z=1，N!=V |
带符号数小于或等于 |
|
AL |
忽略 |
无条件执行 |
ARM指令
ADC指令：带进位加法指令，将操作数2的数据与Rn的值相加，再加上CPSR中C条件标志位，结果保存到Rd中
使用ADC指令实现64位加法
ADDS R0,R0,R2 ; R0+R2 => R0，影响CPSR中的值 ADC R1,R1,R3 ;(R1、R0) = (R1、R0)+(R3、R2)
SBC指令：带借位减法指令，用寄存器Rn减去操作数2，再减去CPSR中的C条件标志位的非（即若C标志清零，则结果减去1），结果保存在Rd中。
使用SBC实现64位减法：
SUBS R0,R0,R2 SBC R1,R1,R3 ;使用SBC实现64位减法，(R1,R0) - (R3,R2)
AND指令：按位与操作
ANDS R0,R0,#0x01 ;取出最低位数据
ORR指令：按位或操作
ORR R0,R0,#0x0F ;将R0的低4位置1
EOR指令是进行异或操作，BIC指令是位清除指令（遇1清0）。
TST：位测试指令
TST R0,#0x01 ; 判断R0的最低位是否是为0
TEQ：相等测试指令
TEQ R0,R1 ; 比较R0与R1是否相等，也可看作相减，相等则为0,Z=1
MUL指令：乘法指令
MUL R1,R2,R3 ; R1=R2*R3 MULS R0,R3,R7 ; R0=R3*R7,同时设置CPSR中的N位和Z位
MLA是乘加指令，将操作数1和操作数2相乘再加上第3个操作数，结果的低32位存入到Rd中。
UMULL是64位无符号乘法指令：
UMULL R0,R1,R5,R8 ; (R1、R0) = R5 * R8
BL指令：带链接的跳转指令，指令将下一条指令拷贝到R14（即LR）链接寄存器中，然后跳转到指定地址运行 BL指令用于子程序调用，例如：BL DELAY 。
BX指令：带状态切换的跳转指令，例如 BX R0 ;跳转到R0指定的地址，并根据R0的最低位来切换处理器的状态。
详细的指令介绍: http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.dui0489c/CIHDDCIF.html
Thumb指令
Thumb指令可以看作是ARM指令压缩形式的子集，是针对代码密度问题而提出的，具有16位的代码密度。在ARM状态下，绝大多数的指令都是有条件执行的。
而在Thumb状态下，仅有分支指令是有条件执行的。
在Thumb状态下，不能直接访问所有的寄存器，只有寄存器R0—R7是可以被任意访问的。寄存器R8—R12只能通过MOV，ADD或CMP指令来访问。CMP指令和所有操作R0—R7的数据处理指令都会影响CPSR中的条件标志。
寄存器使用规则
寄存器的使用必须满足以下规则：
子程序间通过寄存器R0-R3来传递参数，使用R4-R11来保存局部变量。在Thumb程序中，通常只使用R4-R7来保存局部变量。R12用作子程序间scratch寄存器。
R13用作数据栈指针，记为SP，在子程序中不能用作其它用途。SP在进入子程序时的值与退出子程序时的值必须相等。
R14为连接寄存器，用于保存子程序的返回地址，记作LR。如果子程序保存了返回地址，则可以用于其它用途。
R15为程序计数器，记作PC，不能用作其它用途。
|
寄存器 |
别名 |
特殊名称 |
使用规则 |
|
R0 |
A1 |
参数/返回值/ Scratch寄存器1 |
|
|
R1 |
A2 |
参数/第二个32位的返回值/ Scratch寄存器2 |
|
|
R2/R3 |
A3/A4 |
参数/ Scratch寄存器3/4 |
|
|
R4 |
V1 |
ARM状态局部变量寄存器1 |
|
|
R5 |
V2 |
ARM状态局部变量寄存器2 |
|
|
R6 |
V3 |
ARM状态局部变量寄存器3 |
|
|
R7 |
V4 |
ARM状态局部变量寄存器4 |
|
|
R8 |
V5 |
ARM状态局部变量寄存器5 |
|
|
R9 |
V6 |
SB |
ARM状态局部变量寄存器6/基址寄存器 |
|
R10 |
V7 |
SL |
ARM状态局部变量寄存器7/数据栈限制指针 |
|
R11 |
V8 |
FP |
ARM状态局部变量寄存器8/ARM帧指针 |
|
R12 |
IP |
子程序内部调用的Scratch寄存器 |
|
|
R13 |
SP |
堆栈指针 |
|
|
R14 |
LR |
连接寄存器（保存子程序返回地址） |
|
|
R15 |
PC |
程序计数器 |
CPU总是按照PC的指向对指令序列进行取指、译码和执行，也就是说，最终是PC决定了程序运行流向。故而，程序计数器（PC）属于特别功能寄存器范畴，不能自由地用于存储其他运算数据。
在程序开始执行前，将程序指令序列的起始地址，即程序的第一条指令所在的内存单元地址送入PC，CPU按照PC的指示从内存读取第一条指令（取指）。当执行指令时，CPU自动地修改PC的内容，即每执行一条指令PC增加一个量，这个量等于指令所含的字节数（指令字节数），使PC总是指向下一条将要取指的指令地址。由于大多数指令都是按顺序来执行的，所以修改PC的过程通常只是简单的对PC加“指令节数”。
当程序转移时，转移指令执行的最终结果就是要改变PC的值，此PC值就是转去的目标地址。处理器总是按照PC指向取指、译码、执行，以此实现了程序转移。
ARM将指令长度固定为32位，故指令字节数总是为4字节。
CPSR（ Current Program Status Register当前程序状态寄存器）
■ 高四位包含条件标志: Negative, Zero, Carry, oVerflow
■ 低8位为控制位。
■ SPSR（ Saved Program Status Register备份的程序状态寄存器） (异常模式)
CPSR 
说明：
条件标识位[31 : 28]：它们的内容可被算术或逻辑运算的结果所改变，并且可以决定某条指令是否被执行。在ARM状态下，绝大多数指令都是有条件的执行的，在Thumb状态下，只有分支指令被有条件的执行。
|
标志位 |
含义 |
|
N |
当用两个补码表示的带符号数进行运算时，N=1 表示运算的结果为负数；N=0 表示运算的结果为正数或零 |
|
Z |
Z=1 表示运算的结果为零；Z=0表示运算的结果为非零 |
|
C |
可以有4种方法设置C的值： ─ 加法运算（包括比较指令CMN）：当运算结果产生了进位时（无符号数溢出），C=1，否则C=0。 ─ 减法运算（包括比较指令CMP）：当运算时产生了借位（无符号数溢出），C=0，否则C=1。 ─ 对于包含移位操作的非加/减运算指令，C为移出值的最后一位。 ─ 对于其他的非加/减运算指令，C的值通常不改变。 |
|
V |
可以有2种方法设置V的值： ─ 对于加/减法运算指令，当操作数和运算结果为二进制的补码表示的带符号数时，V=1表示符号位溢出。 ─ 对于其他的非加/减运算指令，V的值通常不改变。 |
保留位[27 : 8]：当改变PSR中的条件码标志位或者控制位时，保留位不要被改变，在程序中也不要使用保留位来存储数据。保留位将用于ARM版本的扩展。
控制位[7 : 0]：PSR的低8位（包括I、F、T和M[4：0]）称为控制位，当发生异常时这些位可以被改变。如果处理器运行特权模式，这些位也可以由程序修改。
|
I |
I =1 表示禁止外部（硬件）中断（IRQ） |
|
F |
F=1 表示快速中断（FIQ） |
|
T |
反映处理器的运行状态 |
运行模式位M[4 : 0]：M0、M1、M2、M3、M4是模式位。这些位决定了处理器的运行模式。
ARM处理器的七种工作模式
用户模式（usr）：ARM处理器正常的程序执行状态。
快速中断模式（fiq）：用于高速数据传输或通道处理。
外部中断模式（irq）：用于通用的中断处理。
管理模式（svc）：运行系统级代码来访问硬件或运行操作系统调用的保护模式。
终止模式（abt）：当数据或指令从无效的内存区域取值时进入该模式，用于虚拟存储及存储保护。
未定义指令模式（und）：当未定义的指令执行时进入该模式，用于支持硬件协处理器的软件仿真。
系统模式（sys）：运行具有特权的操作系统任务。
除用户模式外，其余六种模式称为非用户模式或特权模式。除用户模式和系统模式以外的五种模式又被称为异常模式，常用于处理中断或异常，以及需要访问受保护的系统资源等情况。
大多数应用程序运行在用户模式下，运行在用户模式下的某些被保护的系统资源是不能被访问的。应用程序也不能直接进行处理器模式的转换，除非产生异常处理，在异常处理中进行处理器模式切换。
当应用程序发生异常中断时，处理器进入相应的异常模式。在每一种异常模式中都有一组寄存器，供相应的异常处理程序使用，这样就可以保证在进入异常模式时，用户模式下的寄存器（保存了程序运行状态）不被破坏。
系统模式并不是通过异常过程进入的，它和用户模式具有完全一样的寄存器。但是系统模式属于特权模式，可以访问所有的系统资源，也可以直接进行处理器模式切换。它主要供操作系统任务使用。
|
M[4:0] |
处理器模式 |
可访问的寄存器 |
|
10000 |
用户模式 |
PC，CPSR，R0-R14 |
|
10001 |
FIQ模式 |
PC，CPSR，SPSR_fiq，R14_fiq-R8_fiq，R7-R0 |
|
10010 |
IRQ模式 |
PC，CPSR，SPSR_irq，R14_irq，R13_irq，R12-R0 |
|
10011 |
管理模式 |
PC，CPSR，SPSR_svc，R14_svc，R13_svc，R12-R0 |
|
10111 |
中止模式 |
PC，CPSR，SPSR_abt，R14_abt，R13_abt，R12-R0 |
|
11011 |
未定义模式 |
PC，CPSR，SPSR_und，R14_und，R13_und，R12-R0 |
|
11111 |
系统模式 |
PC，CPSR，R14-R0 |
在实际系统中，内核状态需要经常的切换（Interworking）来满足系统性能需求。具体的切换是通过Branch Exchange—即BX 指令来实现的。指令格式为：
Thumb状态 BX Rn
ARM状态 BX<condition> Rn
其中Rn可以是寄存器R0—R15中的任意一个。指令可以通过将寄存器Rn的内容拷贝到程序计数器PC来完成在4Gbyte地址空间中的绝对跳转，而状态切换是由寄存器Rn的最低位来指定的，如果操作数寄存器的状态位Bit0=0，则进入ARM状态，如果Bit0=1，则进入Thumb状态。