ARM9寻址方式及指令集介绍

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第3章 ARM指令系统硅谷芯微 技术贡献 网址：http://www.77cn.com.cn

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面对复杂多变的ARM汇编指令表，本章重 点介绍实用价值大、有一定难度且理解起来容 易出错的指令，以点带面达到全面掌握ARM汇 编指令的目的。

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第3章 目录 1. ARM处理器寻址方式 2. 指令集介绍 3. 课后练习

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3.1 ARM处理器寻址方式ARM处理器是基于精简指令集计算机(RISC) 原理设计的，指令集和相关译码机制较为简单。 ARM9TDMI(-S)具有32位ARM指令集和16位Thumb 指令集，ARM指令集效率高，但是代码密度较低；而 Thumb指令集具有较高的代码密度，并且保持ARM的 大多数性能上的优势，它是ARM指令集的子集。所有 的ARM指令都是可以有条件执行的，而Thumb指令仅 有一条指令(分支指令B)具备条件执行功能。ARM 程序和Thumb程序可相互调用，相互之间的状态切换 开销几乎为零。

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说明：本章中的ARM9TDMI(-S)表示ARM9TDMI或 ARM9TDMI-S。

寻址方式是根据指令中给出的地址码字段来实现 寻找真实操作数地址的方式。ARM处理器具有8种基 本寻址方式。

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3.1.1 寄存器寻址寄存器寻址是指操作数的值在寄存器中，指令中的 地址码字段指出的是寄存器编号，指令执行时直接取出 寄存器值来操作。 应用示例：MOV SUB R1, R2 R0, R1, R2 ; 将 R2的 值 存 入 R1 ; 将 R1的 值 减 去 R2的 值 ， 结 果 保 存 到 R0

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3.1.2 立即寻址立即寻址指令中的操作码字段后面的地址码部分即 是操作数本身，也就是说，数据就包含在指令当中，取 出指令也就取出了可以立即使用的操作数(这样的数称 为立即数)。 应用示例：SUBS MOV R0, R0, #1 R0, #0xFF000 ; R0减 1, 结 果 放 入 R0, 并 且 影 响 标 志 位 ； 将 立 即 数 0xFF000装 入 R0寄 存 器

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3.1.3 寄存器移位寻址(1)寄存器移位寻址是ARM指令集特有的寻址方式。 当第2个操作数是寄存器移位方式时，第2个寄存器操作 数在与第1个操作数结合之前，选择进行移位操作。 应用示例：MOV ANDS R0, R2, LSL #3 R1, R1, R2, LSL R3 ; R2的 值 左 移 3位 ， 结 果 放 入 R0, 即 R0=R2 x 8 ; R2的 值 左 移 R3位 ， 然 后 和 R1相 “与 ”操 作 ， 结 果 放 入 R1

可采用的移位操作如下： ■ LSL:逻辑左移(Logical Shift Left),寄存器中字的 低端空出的位补0; ■ LSR:逻辑右移(Logical Shift Right),寄存器中字 的高端空出的位补0; ■ ASR:算术右移(Arithmetic Shift Right),移位过 程中保持符号位不变，若源操作数为正数，则字的高端 空出的位补0,否则补1;

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3.1.3 寄存器移位寻址(2)■ ROR:循环右移(ROtate Right),由字的低端移 出的位填入字的高端空出的位； ■ RRX:带扩展的循环右移(Rotate Right eXtended

by 1 place),操作数右移1位，高端空出的位用原C标 志值填充。 各种移位操作如图3.1所示。 图3.1 移位操作示意图0 (a) LSL移 位 操 作 0 (b) LSR移 位 操 作 (d) ROR移 位 操 作

(c) ASR移 位 操 作

C

(e) RRX移 位 操 作

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3.1.4 寄存器间接寻址寄存器间接寻址指令中的地址码给出的是一个通用 寄存器的编号，所需的操作数保存在寄存器指定地址的 存储单元中，即寄存器为操作数的地址指针。 应用示例：LDR SWP R1, [R2] R1, R1, [R2] ; 将 R2指 向 的 存 储 单 元 的 数 据 读 出 ， 保 存 在 R1中 ； 将 寄 存 器 R1的 值 和 R2指 定 的 存 储 单 元 的 内 容 进 行 交 换

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3.1.5 基址寻址基址寻址就是将基址寄存器的内容与指令中给出的 偏移量相加，形成操作数的有效地址。基址寻址用于访 问基址附近的存储单元，常用于查表、数组操作、功能 部件寄存器访问等。应用示例：LDR STR LDR R2, [R3, #0x0C] R1, [R0, # -4]! R1, [R0, R3, LSL #1] ; 读 取 R3+0x0C地 址 上 的 存 储 单 元 的 内 容 ， 存 入 R2 ; 先 R0=R0-4, 然 后 把 R1的 值 保 存 到 R0指 令 的 存 储 单 元 ； 将 R0+R3 x 2地 址 上 的 存 储 单 元 的 内 容 读 出 ， 存 入 R1

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3.1.6 多寄存器寻址多寄存器寻址是指一次可传送几个寄存器值，允许 一条指令传送16个寄存器的任何子集或所有寄存器。

应用示例：LDMIA STMIA R1!, {R2-R7, R12} R0!, {R2-R7, R12} ; 将 R1指 向 的 单 元 中 的 数 据 读 出 到 R2~R7、 R12中 ； ( R1自 动 加 1) ; 将 R2~R7、 R12的 值 保 存 到 R0指 向 的 存 储 单 元 中 ； ( R0自 动 加 1)

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3.1.7 堆栈寻址(1)在2.5.1小节的“堆栈指针(SP)”中介绍了堆栈的 定义和作用，接下来讲述堆栈在ARM9中的特性。 前面讲过对堆栈操作都是通过堆栈指针(SP)来进 行的，随着堆栈内容的增减，堆栈指针也做相应的移动 。那么有个问题，当写入数据时堆栈指针是如何变化的 呢？ 堆栈指针的移动方向称之为“堆栈的生长方向”, ARM9可以支持2种，如图3.2所示。 ■ 向上生长：在向堆栈写入数据后，堆栈指针的值变 大，也就是向高地址方向生长，称之为递增堆栈； ■ 向下生长：在向堆栈写入数据后，堆栈指针的值变 小，也就是向低地址方向生长，称之为递减堆栈。

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3.1.7 堆栈寻址(2)图3.2 堆栈的生长方向ARM9内 核 R0 R1 0x00 0x01…

指针移 存储器 动方向 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x??

存储器 地址 0x1028 0x1024 0x1020 0x101C 0x1018 0x1014 0x1010 0x100C 0x1008 0x1004 0x1000 栈 顶 ARM9内 核 R0 R1 0x00 0x01…

堆栈数 据区

地址 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x1028 0x1024 0x1020 0x101C 0x1018 0x1014 0x1010 0x100C 0x1008 0x1004 0x1000 栈 底

SP 0

x1024 内部寄存器 堆栈数 据区

SP 0x1024 内部寄存器 栈 底 指针移 动方向

栈 顶

(a) 向 上 生 长

(b) 向 下 生 长

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3.1.7 堆栈寻址(3)除了要考虑堆栈指针的增长方向之外，还要考虑堆 栈指针指向的存储单元是否已经保存有堆栈数据，或者 说在入栈时是否可以直接向堆栈指针指向的存储单元写 入数据。 ARM9支持2种情况，分别为“满堆栈”和“空堆 栈”,如图3.3所示。 ■ 满堆栈：堆栈指针指向最后压入的有效数据项，称 为满堆栈。这种堆栈的入栈操作要先调整指针再写入数 据。 ■ 空堆栈：堆栈指针指向下一个待压入数据的空位臵 ，称为空堆栈。这种堆栈的入栈操作要先写入数据再调 整指针。

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3.1.7 堆栈寻址(4)图3.3 堆栈的满空特性指向的存储 单元为空 存储器 地址 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x?? 0x1028 0x1024 0x1020 0x101C 0x1018 0x1014 0x1010 0x100C 0x1008 0x1004 0x1000 栈 顶 ARM9内 核 R0 R1 0x00 0x01…

存储器 ARM9内 核 R0 R1 0x00 0x01…

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