七、ARM 指令集

7.1 数据处理指令

7.1.1 数据传送类

• MOV 类指令：核内寄存器间的数据传送
• 加载和存储指令（L/S）：核内寄存器与挂在存储器总线上器件的数据传送
• 注意：
  • 核内寄存器就是 R0-R15
  • 外设寄存器入 GPIO 的寄存器

7.1.2 算术逻辑运算类

• ADD：假发指令
  • MOV R0,#0x01
  • ADD R0,R0.#0x01
• SUB：减法指令
• MUL：乘法指令
• AND：按位与指令
• ORR：按位或指令
• EOR：按位异或指令
• BIC：清零指令
  • BIC R1,R1,#0x0f
  • 最低 4 位清零
• 注意：ARM 指令集中没有除法指令，通过软件（移位-比较-相减）实现，不过在 ARMV7 指令集中增加了除法指令

7.1.3 比较指令

• CMP：比较两个数，会影响标志位
• TST：测试某一位是否为0，常与 EQ, NE 等条件码结合使用
• TEQ：判断两个数的位值是否相等，与 EQ, NE 条件码结合使用
• 注意：它们不需要加后缀 S，它们会直接影响程序状态寄存器，常用于选择/循环结构

7.2 跳转指令

• B：直接跳到要执行的指令处
• BL：待返回的跳转指令，相当于 C 语言的函数调用
• BX：改变状态的跳转，把 RN 的值赋值给 R15（PC），然后改变 CPSR 的 T位， T 位由 RN 里面的最低为即 bit 0 决定
  • Rn[0] = 1， THUMB 状态（在原有的 Rn 上加 1 即可）
  • Rn[0] = 0，ARM 状态
  • BX R0             跳到 R0 地址处
  • 1110 0001 0010 1111 1111 1111 0001 0000
• BLX：带返回的改变状态的跳转

7.3 协处理指令

• 协处理器是协助主 CPU 完成一些特定功能（MMU、Cache 和 TLB 等等）的处理器
• 功能上和操作系统的虚拟地址映射、Cache 管理等有关。
• 主要的指令有三类
  • 数据操作指令：ARM 处理器通过 CDP 命令通知协处理器完成一些初始化操作，命令的解析由协处理器完成
  • 存储器数据传送指令：ARM 处理器通过 LDC/STC 指令将内存单元的数据读取或者写入到协处理器的寄存器中
  • 寄存器数据传送指令：ARM 处理器通过 MCR/MRC 指令将 ARM 处理器中的寄存器数据与协处理器中的寄存器数据进行数据传送
• 协处理器有 16 个，一般 CP15 是设置 MMU， Cache， 大小端等关于存储器配置的。
• CP15 包含 16 个 32 位寄存器， C0 - C15
• MCR{cond}   coproc, opcode1, Rd, CRn, CRm, opcode2
• MRC{cond}   coproc, opcode1, Rd, CRn, CRm, opcode2
  • coproc：指令操作的协处理器名，标准名为 pn, n 为 0 ~ 15
  • opcode1：协处理器的特定操作码，对于 CP15 寄存器来说， opcode 永远为0，不为 0 时，操作不可预知
  • Rd：CPU 的寄存器
  • CRn：存放第一个操作数的协处理器寄存器
  • CRm：存放第二个操作数的协处理器，用来区分同一个编号的不同物理寄存器，当不需要提供附加信息时，指定为 C0
  • opcode2：可选的协处理器操作码，用来区分同一个编号的不同物理寄存器，当不需要提供附加信息时，指定为 0

7.4 杂项指令

7.4.1 软中断

• SWI：软中断，一般用于系统调用，有两种方式完成：
  • 方式一：
    • MOV R0, #0x01          设置子功能为 0x01
    • SWI 0x12                    调用 0x12 软中断
  • 方式二：
    • MOV R0, #0x12         
    • MOV R1, #0x01
    • SWI 0x00                    产生中断，模式变成 SVC，跳到中断向量位置去

7.4.2 寄存器与 PSR 数据传送

• 指令：MRS 和 MSR
• PSR 的控制域（fsxc）：
  • 位【31：24】位条件标志位域，用 f 表示；
  • 位【23：16】为状态位域，用 s 表示；
  • 位【15：8】为扩展位域，用 x 表示；
  • 位【7：0】位控制位域，用 c 表示
• mrc r0, cpsr              将 cpsr 的值存入到 r0 中
• msr cpsr_c, #0xd3   将立即数 0xd3 放入到 cpsr 的 C 控制域中

7.5 伪指令

• 伪指令不是 ARM 指令，但可以把它当作指令来使用，主要作用是方便编写程序，最终还是会转换成 ARM 指令
• LDR R0，=0x12345678                 ；绝对地址
• ADR R0，xxx(地址标号)                ；相对地址
• ADRL R0, xxx（地址标号）　       ；相对地址
• NOP                                               ；MOV R0, R0
• 区分：
  • adr   r0, _start                     ；取运行地址                 
  • ldr    r1, _start                   ；取得运行地址中的值（指令）
  • ldr　r2, = start                    ；取的是链接地址