ARM 嵌入式微处理器指令集（下）

教材：嵌入式系统及应用，罗蕾、李允、陈丽蓉等，电子工业出版社

目录：

• • ARM v5TE 架构指令体系
  • ARMv6 架构指令体系
  • Thumb 指令集
  • Thumb-2 指令集

---

ARM v5TE 架构指令体系

v5TE 架构包含了v4T 架构下所有的 ARM / Thumb 指令集，新增了一些指令，并且对 ARM / Thumb 的交互支持进行了改进

前导 0 计数指令

• CLZ{cond} Rd, Rm
• 返回寄存器内容中第一个 1 之前的二进制 0 的个数

符号乘法操作指令

• SMULxy{cond} Rd, Rm, Rs
  SMULWy{cond} Rd, Rm, Rs
  SMLAxy{cond} Rd, Rm, Rs, Rn
  SMLAWy{cond} Rd, Rm, Rs, Rn
  SMLALxy{cond} RdLo, RdHi, Rm, Rs

• 不会影响 NZCV标志位 （指令后加‘S’后缀是不允许的）

• x，y 分别代表第一个操作数 Rm 和第二个操作数 Rs 的高半字（**T**op）或者低半字（**B**ottom）

• W 代表选择 48 位乘积的高 32 位

• SMLA 指令会影响 Q 标志位

• 具体操作流程
  

  • SMULxy: 16x16->32. For all of these instructions, the upper or lower half of both the source registers can be chosen with ‘T’ and ’B’.
  • SMULWy: 32x16->32. ‘y’ selects top or bottom half of second source. Note 32-bit result is generated by discarding lower 16 bits of intermediate 48-bit product.
  • SMLAxy: 16x16+32->32.
  • SMLAWy: 32x16+32->32.
  • SMLALxy: 16x16+64->64. Accumulation is into pair of registers.

饱和运算指令

• 饱和运算
  
  • 向 0x7FFFFFFF 加 1 导致了正值向负值的转变
  • 从 0x80000000 减 1 导致负值向正值的转变

• QSUB{cond} Rd, Rm, Rn    ;Rd = saturate(Rm - Rn)
  QADD{cond} Rd, Rm, Rn    ;Rd = saturate(Rm + Rn)
  QDSUB{cond} Rd, Rm, Rn   ;Rd = saturate(Rm - saturate(Rn*2))
  QDADD{cond} Rd, Rm, Rn   ;Rd = saturate(Rm + saturate(Rn*2))

• 在这些指令的执行中，如果饱和发生，那么 Q 标志位就会被置位，并不影响 NZCV

• 避免信号处理过程中出现不期望的“尖峰”信号

加载/存储 2 个寄存器指令

• LDR/STR{<cond>}D <Rd>, <addressing_mode>
• 内存中相邻的两个字与寄存器对 (r0,r1), (r2,r3), (r4,r5), (r6,r7), (r8,r9), (r10,r11) or (r12,r13)的数据传输
• Rd 需指定为偶数号的寄存器，紧跟其后的奇数号寄存器用来传输第二个字
• LDRD 指令使用与 LDRH/STRH 指令相同的寻址模式，加载的是两个字中内存较小的地址，较高地址由该地址 + 4 产生，因此要求给出的地址是 8 字节对齐的

断点指令

• BKPT <#imm16>
• 执行该指令或将引起一个预取指令（Prefetch Abort）异常，或者使处理器进入调试状态
• 通常用于调试，立即数供调试工具使用，将被处理器忽略

高速缓存预加载指令

• PLD [Rn, <offset>]

• 告诉存储系统对一个指定地址的数据访问即将到来

• 偏移量可以为
  
  • 无符号的12位立即数（ 0 - 4095 bytes）
  • 寄存器，可选择移位操作
• PLD 是一条提示指令，若该 ARM 处理器不支持，则相当于执行了一条空操作语句 NOP

ARMv6 架构指令体系

ARM 的 V6 版本包含了 81 条新的指令，扩充的指令几乎都是条件执行的

打包数据类型指令

略

字节选择指令

略

SIMD 指令

略

绝对差值求和指令

略

SETEND 指令

略

字节反转指令

略

饱和指令

略

排他加载/存储指令

略

异常进入与退出指令

略

Thumb 指令集

Thumb 是一个 16 位的指令集

与 ARM 指令集的对比

• 优点
  
  • 从 C 代码得到最优的代码密度 （约为 ARM 指令集 65% 左右）
  • 对窄内存系统有更好的指令性能
• 缺点
  
  • 它是 ARM 指令集的一个功能子集，也许几条 Thumb 指令才能代替一条ARM 指令
  • 有限制的条件执行
  • 数据处理指令只能使用低编号的寄存器（r0 - r7）
  • 不能使用内嵌的桶型移位器
  • 立即数的范围更小
  • 不能访问协处理器
• 适合作为编译器的输出，而并非处理代码

v4T & v5TE 的 Thumb 指令集

略

ARMv6 的 Thumb 指令集

略

Thumb-2 指令集

• 提供了32位和16位的混合指令
• 在增强了灵活性的同时保持了代码高密度