Thumb-2指令系统

《Thumb-2指令系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Thumb-2指令系统（47页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、Thumb-2 指 令 系 统（ Thumb-2 指 令 体 系 架 构 ） 主 要 内 容1 . 概 述2 . Thumb-2 指 令 集 分 类3 . 统 一 的 汇 编 语 言4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集5 . 小 结 1 . 概 述 对 于 确 定 的 微 处 理 器 而 言 ， 编 写 紧 凑 的 代码 以 降 低 消 耗 显 得 至 关 重 要 。 通 常 ， 存 储 器 的 大 小 是 固 定 的 ， 而 产 品 的功 能 特 性 却 各 异 ， 选 择 恰 当 的 处 理 器 并 精心 调 整 代 码 是 明 智 的 。 1 . 概 述 （

2、 续 ）对 于 ARM体 系 架 构 的 来 说 ： 微 处 理 器 有 两 种 工 作 状 态 ：ARM工 作 状 态Thumb工 作 状 态 Thumb指 令 集 是 添 加 到 ARM的 标 准 RISC指 令 集 之 上的 独 立 指 令 集 ； Thumb指 令 集 包 括 了 基 本 的 加 法 、 减 法 、 循 环 移 位以 及 跳 转 等 大 约 3 6 条 1 6 位 指 令 ； Thumb指 令 集 作 为 ARM指 令 集 的 压 缩 方 案 ， 简 洁 、有 效 ， 应 用 广 泛 并 得 到 很 好 的 支 持 ， 通 过 Thumb指令 替 换 ARM指 令 ，

3、可 以 将 某 些 代 码 的 规 模 减 小 大 约 2 0 %到 3 0 %。 1 . 概 述 （ 续 ）对 于 ARM体 系 架 构 的 来 说 （ 续 ） ： 但 是 ， 有 限 的 Thumb指 令 仅 对 基 本 的 算 术 和 逻 辑 操作 有 用 ：Thumb状 态 下 ， 处 理 器 将 仅 可 使 用 有 限 数 量 的 寄 存 器 ，R8-R12的 使 用 受 到 限 制 ，无 法 完 成 诸 如 处 理 中 断 、 长 跳 转 、 原 子 存 储 器 (atomic memory)操 作 ， 或 协 处 理 器 操 作 等 等 复 杂 任 务 ，也 无 法 像 ARM模

4、 式 那 样 进 行 条 件 执 行 和 移 位 或 循 环 移位 等 操 作 。 Thumb代 码 和 标 准 ARM代 码 不 能 混 杂 使 用 ， 必 须 显式 地 在 两 种 工 作 状 态 间 进 行 切 换 ， 这 迫 使 程 序 员 必 须将 所 有 的 1 6 位 代 码 与 3 2 位 代 码 分 开 并 隔 离 到 独 立 的 模 块 中 。 1 . 概 述 （ 续 ）对 于 ARM体 系 架 构 的 来 说 （ 续 ） ： 其 次 ， 两 种 工 作 状 态 之 间 来 回 切 换 需 要 消 耗 时 间 ，导 致 代 码 运 行 速 度 降 低 大 约 1 5 %，

5、不 仅 要 增 加 代 码 ，而 且 还 需 要 几 十 个 前 导 (preamble)以 及 后 同 步 指 令 (postamble)来 组 织 指 针 并 清 空 CPU的 流 水 线 。 虽 然 Thumb指 令 能 够 实 现 较 高 密 度 的 代 码 ， 缓 存 使用 效 率 更 高 ， 但 实 现 ARM指 令 代 码 的 功 能 往 往 需 要 较 多的 Thumb指 令 代 码 ， 相 比 较 而 言 ， ARM指 令 使 用 起 来 更灵 活 。 1 . 概 述 （ 续 ） Thumb-2并 不 是 Thumb的 升 级 它 是 另 起 炉 灶 ， 继 承 并 集 成

6、了 传 统 的 Thumb指令 集 和 ARM指 令 集 的 各 自 优 点 ， 可 以 完 全 代替 Thumb和 原 先 的 ARM指 令 集 ， 是 Thumb指 令 集 和 ARM指 令 集 的 一 个 超 集 。 Thumb-2指 令 集 体 系 架 构 ， 无 需 处 理 器 进 行 工作 状 态 的 显 示 切 换 ， 就 可 运 行 16位 与 32位 混 合代 码 。 与 ARM体 系 架 构 相 比 ， 速 度 提 高 大 约 15%到20%。 1 . 概 述 （ 续 ） Cortex-M3处 理 器 使 用 的 指 令 集 是 Thumb-2指 令 集 的 子 集 ， 它

7、 的 （ 指 令 ） 工 作 状 态 只有 一 个 ， 那 就 是 Thumb-2状 态 。 Cortex-M3处 理 器 的 两 种 工 作 状 态 ： Thumb-2状 态 调 试 状 态 2 . Thumb-2 指 令 集 分 类 按 照 指 令 的 长 度 分 类 ， Thumb-2指 令 集 可分 为 两 种 ：（ 1） 16-bit指 令 集 ；（ 2） 32-bit指 令 集 。 2 . Thumb-2 指 令 集 分 类 （ 续 ） 按 功 能 和 寻 址 方 式 分 类（ 1） 数 据 传 送 指 令（ 2） Load/Store指 令（ 3） 批 量 Load/Store指

8、 令（ 4） 算 术 四 则 运 算 指 令（ 5） 逻 辑 操 作 指 令（ 6） 移 位 和 循 环 指 令（ 7） 符 号 扩 展 指 令（ 8） 字 节 调 序 指 令 REV, REVH,REV16,REVSH（ 9） 位 域 处 理 指 令（ 10） 子 程 序 调 用 与 无 条 件 转 移 指 令（ 11） 隔 离 (barrier)指 令 （ 12） 饱 和 运 算 指 令（ 13） If Then指 令（ 15） 比 较 跳 转 指 令 等 2 . Thumb-2 指 令 集 分 类 （ 续 ） 基 于 Thumb-2指 令 体 系 架 构 编 写 的 代 码 在 执行 过

9、 程 中 ， 处 理 器 不 存 在 ARM工 作 状 态 和Thumb工 作 状 态 之 间 的 切 换 。 那 么 ， 处 理 器 必 须 能 够 自 动 识 别 当 前 指 令 长度 ， 是 16-bit还 是 32-bit， 以 正 确 地 执 行 Thumb-2指 令 代 码 ， 它 是 如 何 识 别 呢 ？ 2 . Thumb-2 指 令 集 分 类 （ 续 ） 指 令 长 度 的 确 定 PC寄 存 器 指 向 的 半 字 中 ， Bits决 定 该 半 字 是 16-bit指 令 ， 还 是 属 于 32-bit指 令 的 一 部 分 。 图 3-1说 明 了Bits确 定

10、指 令 长 度 的 功 能 。 2 . Thumb-2 指 令 集 分 类 （ 续 ） 不 同 指 令 长 度 的 Bits编 码 格 式 PC寄 存 器 所 指 向 半 字 的 Bits的 编 码 格 式 决 定 了CPU所 处 理 指 令 的 长 度 。 Thumb-2 指 令 集 空 间 被 划 分 为 1 6 -bit 和 3 2 -bit 两 个 子 集 。其 中 ， x原 则 上 可 以 为 “ 0 ” 、 “ 1 ” 任 意 值 ， 但 x 的 取 值不 能 使 得 0 b1 1 1 xx=0 b1 1 1 0 0 ， 以 及 0 bxxxxx=0 b1 1 1 xx或 者0 b

11、xxxxx=0 b1 1 1 0 0 。Halfword1 Bits 功 能0b11100 16-bit 无 条 件 分 支 Thumb-2指令 , 在 所 有 Thumb-2体 系 结 构中 定 义0b111xx （ xx00） 32-bit Thumb-2 指 令 , 在Thumb-2中 定 义0bxxxxx （ xxxxx111xx） 16-bit Thumb -2指 令 3 . 统 一 的 汇 编 语 言 ARM指 令 集 体 系 架 构 下 ， ARM指 令 与 Thumb指 令 分 属 不 同 的 程 序 模 块 ， 由 不 同 的 汇 编器 对 其 分 别 进 行 汇 编 。 T

12、humb-2 指 令 集 体 系 架 构 下 ， 1 6 bit指 令 与3 2 bit指 令 可 以 在 同 一 程 序 模 块 出 现 ， 并 由同 一 汇 编 器 对 其 进 行 汇 编 。 Toolchain flow with ARM7r13 (sp)r14 (lr) spsrr13 (sp)r14 (lr)spsrr13 (sp)r14 (lr)spsrr13 (sp)r14 (lr)spsrr8r9r10r11r12r13 (sp)r14 (lr)spsrr8r9r10r11r12r13 (sp)r14 (lr)r15 (pc)cpsrr0r1r2r3r4r5r6r7User/S

13、ystemRegister File AssemblerARM C/C+ CompilerThumb C/C+CompilerC/C+ FilesASMARM7TDMI C/C+ FilesASMState Change eg. ISR entry/exitUserOptimizedCode which operates on the visible Register file NB: Most compilers automatically provide the Assembler code stubs shown here, allowing majority of code in Hi

14、gh Level C language ARM Cortex-M3 Toolchain FlowUser/SystemRegister File Unified AssemblerThumb(2) C/C+ CompilerC/C+ FilesASM(UAL)UnifiedAssemblerLanguageCode which operates on the visible Register fileARM Cortex-M3No State Change:Automated by NVICr13 (psp)r14 (lr)spsrr8r9r10r11r12r13(msp)r14 (lr)r1

15、5 (pc)cpsrr0r1r2r3r4r5r6r7(Hand Optimized Code / Previously Written 32-Bit ARM Assembler Files)The combination of a conditional instruction sequence IT (If/Then) with the same visible register file set as ARM7 enabled the creation of a Unified Assembler which allows Thumb-2 to mimic 32-bit ARM instr

16、uctions 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集（ 1 ） 数 据 传 送 指 令 Cortex-M3 中 的 数 据 传 送 类 型 包 括 ： 两 个 寄 存 器 间 传 送 数 据 寄 存 器 与 特 殊 功 能 寄 存 器 间 传 送 数 据 把 一 个 立 即 数 加 载 到 寄 存 器指 令 功 能 描 述MOV , # 将 8 位 立 即 数 传 送 到 目 标 寄 存 器MOV , 将 低 寄 存 器 值 传 送 给 低 目 标 寄 存 器MOV , 将 高 或 低 寄 存 器 值 传 送 给 高 或 低 目 标 寄 存 器 MVN , 将 寄

17、 存 器 值 取 反 后 传 送 给 目 标 寄 存 器M O V S . W , # 将 12位 立 即 数 传 送 到 寄 存 器 中MOVS.W , , 将 移 位 后 的 寄 存 器 值 传 送 到 寄 存 器 中MOVT.W , # 将 16位 立 即 数 传 送 到 寄 存 器 的 高 半 字 31:16中MOVW.W , # 将 16位 立 即 数 传 送 到 寄 存 器 的 低 半 字 15:0中 ，并 将 高 半 字 31:16清 零MRS , 将 状 态 传 送 到 寄 存 器 中MSR _, 传 送 到 状 态 寄 存 器 中 4 . Cortex-M3 常 用 的 Th

18、umb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 1 ） 数 据 传 送 指 令 （ 续 ） MRS/MSR 用 于 特 权 级 别 条 件 下 访 问 特 殊 功 能 寄存 器 。 指 令 语 法 如 下 ：MRS , ; 加 载 特 殊 功 能 寄 存 器 的 值 到 RnMSR , ; 存 储 Rn 的 值 到 特 殊 功 能 寄 存 器其 中 ， SReg 可 以 是 下 表 中 的 一 个 。 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 1 ） 数 据 传 送 指 令 （ 续 ） MRS/MSR 指 令 中 的 Sreg寄 存 器 ：符 号 功 能IPSR

19、当 前 服 务 中 断 号 寄 存 器EPSR 执 行 状 态 寄 存 器 （ 读 回 来 的 总 是 0） 。 它 里 面 含 T 位 ， 在 CM3 中 T 位 必 须 是 1。APSR 上 条 指 令 结 果 的 标 志 IEPSR IPSR+EPSRIAPSR IPSR+APSREAPSR EPSR+APSRPSR xPSR = APSR+EPSR+IPSRMSP 主 堆 栈 指 针PSP 进 程 堆 栈 指 针PRIMASK 常 规 异 常 屏 蔽 寄 存 器BASEPRI 常 规 异 常 的 优 先 级 阈 值 寄 存 器BASEPRI_MAX 等 同 BASEPRI， 但 是 施

20、 加 了 写 的 限 制 ： 新 的 优 先 级 比 较 比 旧 的 高 （ 更 小 的 数 ）FAULTMASK fault 屏 蔽 寄 存 器 （ 同 时 还 包 含 了 PRIMASK 的 功 能 ， 因 为 faults 的 优 先 级 更 高 ） CONTROL 控 制 寄 存 器 （ 堆 栈 选 择 ， 特 权 等 级 ） 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 2 ） Load/Store指 令指 令 功 能 描 述LDRB Rd, Rn, #offset 从 地 址 Rn+offset 处 读 取 一 个 字 节 到 RdLDRH Rd

21、, Rn, #offset 从 地 址 Rn+offset 处 读 取 一 个 半 字 到 RdLDR Rd, Rn, #offset 从 地 址 Rn+offset 处 读 取 一 个 字 到 RdLDRD Rd1, Rd2, Rn, #offset 从 地 址 Rn+offset 处 读 取 一 个 双 字 (64 位 整 数 )到 Rd1（ 低 32 位 ） 和 Rd2（ 高 32 位 ） 中 。 STRB Rd, Rn, #offset 把 Rd 中 的 低 字 节 存 储 到 地 址 Rn+offset 处STRH Rd, Rn, #offset 把 Rd 中 的 低 半 字 存 储

22、 到 地 址 Rn+offset 处STR Rd, Rn, #offset 把 Rd 中 的 低 字 存 储 到 地 址 Rn+offset 处LDRD Rd1, Rd2, Rn, #offset 把 Rd1（ 低 32 位 ） 和 Rd2（ 高 32 位 ） 表 达 的双 字 存 储 到 地 址 Rn+offset 处 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 2 ） Load/Store指 令 （ 续 ）预 索 引 (Pre indexing) ：LDR.W R0, R1, #20! ;预 索 引该 指 令 先 把 地 址 R1 +offset 处

23、的 值 加 载 到 R0 ， 然 后 ， R1 = R1 + 2 0 ； 这 里 的 “！ ”就 是 指 在 传 送 前 更 新 基 址 寄 存 器 R1 的 值 。即 ： 步 骤 ： R1 = R1 + 2 0 ， 步 骤 ： R0 R1 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 2 ） Load/Store指 令 （ 续 ）预 索 引 (Pre indexing) ：指 令 功 能 描 述LDR.W Rd, Rn, #offset！LDRB.W Rd, Rn, #offset！LDRH.W Rd, Rn, #offset！ 字 /字 节 /半 字 /

24、双 字 的 带 预 索 引 加 载 （ 不做 带 符 号 扩 展 ， 没 有 用 到 的 高 位 全 清 0）LDRD.W Rd1, Rd2, Rn, #offset！ LDRSB.W Rd, Rn, #offset！LDRSH.W Rd, Rn, #offset！ 字 节 /半 字 的 带 预 索 引 加 载 ， 并 且 在 加载 后 执 行 带 符 号 扩 展 成 32 位 整 数STR.W Rd, Rn, #offset！STRB.W Rd, Rn, #offset！STRH.W Rd, Rn, #offset！STRD.W Rd1, Rd2, Rn, #offset！ 字 /字 节 /

25、半 字 /双 字 的 带 预 索 引 存 储 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 2 ） Load/Store指 令 （ 续 ） 后 索 引 (Post indexing)：STR.W R0, R1, #-12 ;后 索 引 该 指 令 是 把 R0 的 值 存 储 到 地 址 R1 处 。 在存 储 完 毕 后 ， R1 = R1+( 12)。 注 意 ， R1后 面 是 没 有 “！ ”的 。 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 2 ） Load/Store指 令 （ 续 ） 后 索 引 (Post

26、 indexing)：指 令 功 能 描 述LDR.W Rd, Rn, #offsetLDRB.W Rd, Rn, #offsetLDRH.W Rd, Rn, #offsetLDRD.W Rd1, Rd2, Rn, #offset 字 /字 节 /半 字 /双 字 的 带 后 索 引 加 载 （ 不做 带 符 号 扩 展 ， 没 有 用 到 的 高 位 全 清 0） LDRSB.W Rd, Rn, #offsetLDRSH.W Rd, Rn, #offset 字 节 /半 字 的 带 后 索 引 加 载 ， 并 且 在 加 载后 执 行 带 符 号 扩 展 成 32 位 整 数STR.W Rd

27、, Rn, #offsetSTRB.W Rd, Rn, #offsetSTRH.W Rd, Rn, #offsetSTRD.W Rd1, Rd2, Rn, #offset 字 /字 节 /半 字 /双 字 的 带 后 索 引 存 储 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 3 ） 批 量 数 据 Load/Store指 令指 令 功 能 描 述LDMIA Rd!, 寄 存 器 列 表 从 Rd 处 读 取 多 个 字 。 每 读 一 个 字 后 Rd 自 增 一 次 ，16位 宽 度STMIA Rd!, 寄 存 器 列 表 存 储 多 个 字 到 Rd

28、 处 。 每 存 一 个 字 后 Rd 自 增 一 次 ，16位 宽 度LDMIA.W Rd!, 寄 存 器 列 表 从 Rd 处 读 取 多 个 字 。 每 读 一 个 字 后 Rd 自 增 一 次 ，32位 宽 度 LDMDB.W Rd!, 寄 存 器 列 表 从 Rd 处 读 取 多 个 字 。 每 读 一 个 字 前 Rd 自 减 一 次 ，32位 宽 度STMIA.W Rd!, 寄 存 器 列 表 存 储 多 个 字 到 Rd 处 。 每 存 一 个 字 后 Rd 自 增 一 次 ，32位 宽 度STMDB.W Rd!, 寄 存 器 列 表 存 储 多 个 字 到 Rd 处 。 每

29、存 一 个 字 前 Rd 自 减 一 次 ，32位 宽 度 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 3 ） 批 量 数 据 Load/Store指 令 （ 续 ） Rd 后 面 的 “！ ”表 示 在 每 次 访 问 前 (Before)或 访 问 后(After)， 要 自 增 (Increment)或 自 减 （ Decrement） 基 址 寄 存 器Rd的 值 ， 增 /减 单 位 ： 1个 字 （ 4 字 节 ） 或 半 字 （ 2 字 节 ） 。STMDB SP!, R0-R3, LR 等 效 于 PUSH R0-R3, LRLDMIA S

30、P!, R0-R3, PC 等 效 于 POP R0-R3, PC例 2： 记 R8=0 x8000， 则 下 面 两 条 指 令 ： STMIA.W R8!, R0-R3 ; R8 值 变 为 0 x8010， 每 存 一 次 增 一 次 ， 先 存 储 后 自 增 STMDB.W R8, R0-R3 ; R8 值 的 “一 个 内 部 复 本 ”先 自 减 后 存 储 ， 但 是 R8 的 值 不 变 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 4 ） 算 术 四 则 运 算 指 令指 令 功 能 描 述ADD Rd, Rn, Rm ; Rd = Rn

31、+RmADD Rd, Rm ; Rd += RmADD Rd, #imm ; Rd += imm 常 规 加 法imm 的 范 围 是 im8（ 16 位 指 令 ） 或 im12（ 32位 指 令 ）ADC Rd, Rn, Rm ; Rd = Rn+Rm+CADC Rd, Rm ; Rd += Rm+CADC Rd, #imm ; Rd += imm+C 带 进 位 的 加 法imm 的 范 围 是 im8（ 16 位 指 令 ） 或 im12（ 32位 指 令 ）ADDW Rd, #imm12 ; Rd += imm12 带 12 位 立 即 数 的 常 规 加 法SUB Rd, Rn ;

32、 Rd -= Rn SUB Rd, Rn, #imm3 ; Rd = Rn-imm3SUB Rd, #imm8 ; Rd -= imm8SUB Rd, Rn, Rm ; Rd = Rm-Rm 常 规 减 法SBC Rd, Rm ; Rd -= Rm+CSBC.W Rd, Rn, #imm12 ; Rd = Rn-imm12-CSBC.W Rd, Rn, Rm ; Rd = Rn-Rm-C 带 借 位 的 减 法RSB.W Rd, Rn, #imm12 ; Rd = imm12-RnRSB.W Rd, Rn, Rm ; Rd = Rm-Rn 反 向 减 法MUL Rd, Rm ; Rd *= R

33、mMUL.W Rd, Rn, Rm ; Rd = Rn*Rm 常 规 乘 法MLA Rd, Rm, Rn, Ra ; Rd = Ra+Rm*RnMLS Rd, Rm, Rn, Ra ; Rd = Ra-Rm*Rn 乘 加 与 乘 减（ 译 者 添 加 ）UDIV Rd, Rn, Rm ; Rd = Rn/Rm （ 无 符 号 除 法 ）SDIV Rd, Rn, Rm ; Rd = Rn/Rm （ 带 符 号 除 法 ） 硬 件 支 持 的 除 法 ， 余 数 被 丢 弃SMULL RL, RH, Rm, Rn ;RH:RL= Rm*RnSMLAL RL, RH, Rm, Rn ;RH:RL+=

34、 Rm*Rn 带 符 号 的 64 位 乘 法 UMULL RL, RH, Rm, Rn ;RH:RL= Rm*RnSMLAL RL, RH, Rm, Rn ;RH:RL+= Rm*Rn 无 符 号 的 64 位 乘 法 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 4 ） 算 术 四 则 运 算 指 令 （ 续 ）例 3： 以 加 法 为 例 说 明 16bit、 32bit的 算 术 四 则 运 算 指 令 ：ADD R0, R1 ; R0 += R1ADD R0, #0 x12 ; R0 += 12ADD.W R0, R1, R2 ; R0 = R1+

35、R2 虽 然 助 记 符 都 是 ADD， 但 是 二 进 制 机 器 码 是 不 同 的 。 当 使 用 1 6 位 加 法 时 ， 会 自 动 更 新 APSR 中 的 标 志 位 。 然 而 ， 在 使 用 了 “ .W” 显 式 指 定 了 3 2 位 指 令 后 ， 就 可 以 通 过 “ S”后 缀 控 制 对 APSR 的 更 新 ： ADD.W R0, R1, R2 ; 不 更 新 标 志 位ADDS.W R0, R1, R2 ; 更 新 标 志 位 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 4 ） 算 术 四 则 运 算 指 令 （ 续

36、 ）UDIV Rd, Rn, Rm ; Rd = Rn/Rm （ 无 符 号 除 法 ）SDIV Rd, Rn, Rm ; Rd = Rn/Rm （ 带 符 号 除 法 ）l为 了 捕 捉 被 零 除 的 非 法 操 作 ， 可 以 在 NVIC 的 配 置 控 制寄 存 器 中 置 位 DIVBZERO位 。 如 果 出 现 了 被 零 除 的 情况 ， 将 会 引 发 一 个 用 法 fault异 常 。l如 果 没 有 任 何 措 施 ， Rd将 在 除 数 为 零 时 被 清 零 。 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 5 ） 逻 辑 操

37、作 指 令指 令 功 能 描 述AND Rd, Rn ; Rd Rd = Rn Rd = Rm Rd |= RnORR.W Rd, Rn, #imm12 ; Rd = Rn | imm12ORR.W Rd, Rm, Rn ; Rd = Rm | Rn 按 位 或 BIC Rd, Rn ; Rd Rd = Rn Rd = Rm Rd = Rn | imm12ORN.W Rd, Rm, Rn ; Rd = Rm | Rn 按 位 或 反 码EOR Rd, Rn ; Rd = RnEOR.W Rd, Rn, #imm12 ; Rd = Rn imm12EOR.W Rd, Rm, Rn ; Rd =

38、Rm Rn （ 按 位 ） 异 或 ， 异 或 总 是 按 位 的 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 6 ） 移 位 和 循 环 指 令指 令 功 能 描 述LSL Rd, Rn, #imm5 ; Rd = Rnimm5LSL Rd, Rn ; Rd = RnLSL.W Rd, Rm, Rn ; Rd = Rmimm5LSR Rd, Rn ; Rd = RnLSR.W Rd, Rm, Rn ; Rd = RmRn 逻 辑 右 移ASR Rd, Rn, #imm5 ; Rd = Rnimm5ASR Rd, Rn ; Rd = Rn ASR.W Rd

39、, Rm, Rn ; Rd = Rm Rn 算 术 右 移ROR Rd, Rn ; Rd = RnROR.W Rd, Rm, Rn ; Rd = Rm Rn 循 环 右 移RRX.W Rd, Rn ; Rd = (Rn1)+(C1)+(C31) ; C= tmpBit 带 进 位 的 右 移 一 格 亦 可 写 作 RRXS Rd 。 此 时 ， Rd也 要 担 当 Rn 的 角 色 译 注l 如 果 在 移 位 和 循 环 指 令 上 加 上 “S”后 缀 ， 这 些 指 令 会 更 新 进 位 位 C。l 如 果 是 16 位 Thumb-2指 令 ， 则 总 是 更 新 C 的 。 4

40、. Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ） 带 进 位 的 循 环 右 移 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 7 ） 符 号 扩 展 指 令 二 进 制 补 码 表 示 法 中 ， 最 高 位 是 符 号 位 。 把 一 个 8 位 或 1 6 位 负 数 扩 展 成 3 2 位 时 ： 对 于 负 数 ， 必 须 把 所 有 高 位 全 填 1 ， 其 数 值 不 变 ； 至 于 正 数 或 无 符 号 数 ， 则 只 需 简 单 地 把 高 位 清 0 。指 令 功 能 描 述SXTB Rd, Rm ; Rd

41、= Rm 的 带 符 号 扩 展 把 带 符 号 字 节 整 数 扩 展 到 32 位SXTH Rd, Rm ; Rd = Rm 的 带 符 号 扩 展 把 带 符 号 半 字 整 数 扩 展 到 32 位 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 8 ） 字 节 调 序 指 令指 令 功 能 描 述REV.W Rd, Rn 在 字 中 调 整 字 节 序REV16.W Rd, Rn 在 高 低 半 字 中 调 整 字 节 序REVSH.W 在 低 半 字 中 调 整 字 节 序 ， 并 做 带 符 号 扩 展 4 . Cortex-M3 常 用 的 T

42、humb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 8 ） 字 节 调 序 指 令 （ 续 ） 指 令 功 能 描 述REV.W Rd, Rn 在 字 中 调 整 字 节 序 REV16.W Rd, Rn 在 高 低 半 字 中 调 整 字 节 序REVSH.W 在 低 半 字 中 调 整 字 节 序 ， 并 做 带 符号 扩 展REVH： 对 低 半 字 调 序 ；REVSH： 基 于 REVH， 并 进 行 符 号 扩 展 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 8 ） 字 节 调 序 指 令 （ 续 ）例 4 ： 记 R0 =0 x1 2 3 4 5 6 7

43、 8 ， 在 执 行 下 列 指 定 后 ：REV R1 , R0REVH R2 , R0REV1 6 R3 , R0则 R1 =0 x7 8 5 6 3 4 1 2 ， R2 =0 x1 2 3 4 7 8 5 6 ， R3 =0 x3 4 1 2 7 8 5 6 。REVSH 在 REVH 的 基 础 上 ， 还 把 转 换 后 的 半 字 做 带 符 号 扩展 。 例 5 ： 记 R0 =0 x3 3 4 4 8 8 9 9 , 则 REVSH R1 , R0执 行 后 ， R1 =0 xFFFF9 9 8 8 。 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （

44、续 ）（ 9 ） 位 域 处 理 指 令例 6 ：（ 1 ） BFC（ 位 域 清 零 ） 指 令 LDR R0, =0 x1234FFFF BFC R0, #4, #10执 行 完 后 ， R0= 0 x1234C00F指 令 功 能 描 述BFC.W Rd, #, # 位 域 清 零BFI.W Rd, Rn, #, # 将 一 个 寄 存 器 的 位 域 插 入 另 一 个 寄 存 器 中CLZ.W Rd, Rn 计 算 前 导 0 的 数 目RBIT.W Rd, Rn 按 位 旋 转 180 度SBFX.W Rd, Rn, #, # 拷 贝 位 域 ， 并 带 符 号 扩 展 到 32

45、位UBFX.W Rd, Rn, #, # 拷 贝 位 域 ， 并 无 符 号 扩 展 到 32 位BFC.W Rd, #lsb, #widthLsb 为 位 域 的 末 尾Width 指 定 为 段 宽 度 ， 在 lsb和 它 的 左 边 （ 更 高 有 效 位 ） 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 9 ） 位 域 处 理 指 令 （ 续 ）例 6 ： （ 续 ）（ 2） BFI（ 位 域 插 入 指 令 ） LDR R0, =0 x12345678 LDR R1, =0 xAABBCCDD BFI.W R1, R0, #8, #16则 执 行

46、 后 ， R1= 0 xAA5678DD （ 3） RBIT指 令 ， 记 R1=0 xB4E10C23（ 二 进 制 数 值 为 1011,0100,1110,0001,0000,1100,0010,0011） ， 指 令 RBIT.W R0, R1执 行 后 ， 则 R 0 = 0 x C 4 3 0 8 7 2 D （ 二 进 制 数 值 为1100,0100,0011,0000,1000,0111,0010,1101） 。（ 4） UBFX/SBFX LDR R0, =0 x5678ABCD UBFX.W R1, R0, #12,#16 ； R0=0 x0000678A。类 似 地 ，

47、 SBFX 也 抽 取 任 意 的 位 域 ， 但 是 以 带 符 号 的 方 式 进 行 扩 展 。 LDR R0, =0 x5678ABCD SBFX.W R1, R0, #8,#4 ； R0=0 xFFFFFFFB指 令 功 能 描 述BFC.W Rd, #, # 位 域 清 零BFI.W Rd, Rn, #, # 将 一 个 寄 存 器 的 位 域 插 入 另 一 个 寄存 器 中CLZ.W Rd, Rn 计 算 前 导 0 的 数 目RBIT.W Rd, Rn 按 位 旋 转 180 度SBFX.W Rd, Rn, #, # 拷 贝 位 域 ， 并 带 符 号 扩 展 到 32 位U

48、BFX.W Rd, Rn, #, # 拷 贝 位 域 ， 并 无 符 号 扩 展 到 32 位 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 1 0 ） 子 程 序 调 用 与 无 条 件 转 移 指 令 B， BL， BLX， BX MOV 、 LDR 指 令 实 现 程 序 转 移主 要 指 令 格 式 有 ：B Label ;转 移 到 Label 处 对 应 的 地 址BX reg ;转 移 到 由 寄 存 器 reg 给 出 的 地 址BL Label ;转 移 到 Label 处 对 应 的 地 址 ， 并 且 把 转 移 前 的 下 条 指 令

49、 地 址 保 存 到 LR BLX reg ;转 移 到 由 寄 存 器 reg 给 出 的 地 址 ， 并 且 把 转 移 前 的 下 条 指 令 地 址 保 存到 LR。MOV PC, R0 ;转 移 地 址 由 R0 给 出LDR PC, R0 ;转 移 地 址 存 储 在 R0 所 指 向 的 存 储 器 中POP , PC ;把 返 回 地 址 以 弹 出 堆 栈 的 风 格 送 给 PC， 从 而 实 现 转 移LDMIA SP!, , PC ; POP 的 另 一 种 等 效 写 法 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 1 1 ） 程

50、 序 状 态 寄 存 器 标 志 位 的 更 新 指 令 16 位 算 术 逻 辑 指 令 32 位 带 S 后 缀 的 算 术 逻 辑 指 令 比 较 指 令 （ 如 ， CMP/CMN） 和 测 试 指 令 （ 如TST/TEQ） 直 接 写 PSR/APSR (MSR 指 令 )上 述 指 令 可 以 更 改 状 态 寄 存 器 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 1 2 ） 隔 离 (barrier)指 令 针 对 结 构 比 较 复 杂 的 存 储 器 系 统 流 水 线 作 业 和 写 缓冲 ， Cortex-M3引 进 了 隔 离 指

51、 令 ， 以 避 免 系 统 可 能 发 生 紊乱 现 象 （ race condition） 。指 令 功 能 描 述DMB 数 据 存 储 器 隔 离 。 DMB 指 令 保 证 ： 仅 当 所 有 在 它 前 面 的 存 储 器 访 问 都 执行 完 毕 后 ， 才 提 交 (commit)在 它 后 面 的 存 储 器 访 问 动 作 。 DSB 数 据 同 步 隔 离 。 比 DMB 严 格 ： 仅 当 所 有 在 它 前 面 的 存 储 器 访 问 都 执 行 完毕 后 ， 才 执 行 它 在 后 面 的 指 令 。ISB 指 令 同 步 隔 离 。 最 严 格 ： 它 会 清 洗

52、 流 水 线 ， 以 保 证 所 有 它 前 面 的 指 令 都执 行 完 毕 之 后 ， 才 执 行 它 后 面 的 指 令 。 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 1 3 ） 饱 和 运 算 指 令 Cortex-M3 中 的 饱 和 运 算 指 令 分 为 两 种 ： 一 种 是 带 符 号 饱 和 运算 ； 另 一 种 是 无 符 号 饱 和 运 算 。 饱 和 运 算 多 用 于 信 号 处 理 。 当 信 号 被 放 大 后 ， 有 可 能 使 它 的 幅值 超 出 允 许 输 出 的 范 围 。 如 果 简 单 地 清 除 MSB，

53、则 常 常 会 严 重破 坏 信 号 的 波 形 ， 而 饱 和 运 算 则 只 是 使 信 号 产 生 削 顶 失 真 。 饱 和 运 算 的 结 果 可 以 用 于 更 新 应 用 程 序 状 态 寄 存 器 APSR中 Q 标 志 。 Q 标 志 在 写 入 后 可 以 通 过 写 APSR清 0。 Rn 存 储 “放 大 后 的 信 号 （ 32 位 带 符 号 整 数 ） ” ； Rd 存 储 饱 和 运 算 的 结 果 ； #imm5 用 于 指 定 饱 和 边 界 该 由 多 少 位 的 带符 号 整 数 来 表 达 允 许 的 范 围 ， 取 值 范 围 是 1-32。指 令

54、名 功 能 描 述SSAT.W Rd, #imm5, Rn, ,shift 以 带 符 号 数 的 边 界 进 行 饱 和 运 算 （ 交 流 ）USAT.W Rd, #imm5, Rn, ,shift 以 无 符 号 数 的 边 界 进 行 饱 和 运 算 （ 带 纹 波 的 直 流 ） 饱 和 运 算 例 无 符 号 数 饱 和 运 算 带 符 号 饱 和 运 算 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 1 4 ） If-Then（ IT） 指 令 If-Then(IT)指 令 围 起 一 个 块 ， 里 面 最 多 有 4 条 指 令 ， 它 里

55、 面 的 指 令 可 以条 件 执 行 。 IT 已 经 带 了 一 个 “T”， 因 此 还 可 以 最 多 再 带 3 个 “T”或 者 “E”。 并 且 对 T 和 E 的 顺 序 没 有 要 求 。 其 中 T 对 应 条 件 成 立 时 执 行 的 语 句 ， E 对 应 条 件 不 成 立 时 执 行 的 语 句 。 在 If-Then块 中 的 指 令 必 须 加 上 条 件 后 缀 ， 且 T 对 应 的 指 令 必 须 使 用 和 IT 指 令 中 相 同 的 条 件 ， E 对 应 的 指 令 必 须 使 用 和 IT 指 令 中 相 反 的 条 件 。 IT 的 使 用

56、形 式 总 结 如 下 ： IT ;围 起 1 条 指 令 的 If-Then 块IT ;围 起 2 条 指 令 的 If-Then 块IT ;围 起 3 条 指 令 的 If-Then 块IT ;围 起 4 条 指 令 的 If-Then 块 其 中 , , 的 取 值 可 以 是 “T”或 者 “E”。 而 为 条 件 。 4 . Cortex-M3 常 用 的 Thumb-2 指 令 集 （ 续 ）（ 1 4 ） If-Then（ IT） 指 令 （ 续 ）例 7： IT 指 令 优 化 C 代 码 的 例 子 如 下 面 伪 代 码 所 示 ：if (R0=R1) R3 = R4 +

57、R5;R3 = R3 / 2;else R3 = R6 + R7;R3 = R3 / 2; 可 以 写 作 ： CMP R0, R1 ; 比 较 R0 和 R1ITTEE EQ ; 如 果 R0 = R1,Then-Then-Else-ElseADDEQ R3, R4, R5 ; 相 等 时 加 法ASREQ R3, R3, #1 ; 相 等 时 算 术 右 移ADDNE R3, R6, R7 ; 不 等 时 加 法ASRNE R3, R3, #1 ; 不 等 时 算 术 右 移 5 . 小 结 Cortex-M3 支持 的 Thumb-2指 令 5 . 小 结 Cortex-M3 支持 的 Thumb-2指 令 （ 续 ）