arm指令集合分类

目录

• 数据处理指令(Data Processing Instructions)
• 数据传输指令
• 分支和跳转指令
• 程序状态(PSR)和状态转移指令
  • 程序状态寄存器(PSR)
• 协处理器指令
  • 协处理器数据操作指令(CDP-Co-processor Data Processing):
  • 协处理器数据传输指令(LDC/STC-Load/Store to Coprocessor)
  • 协处理器寄存器传送指令(MCR/MRC-Move to/Move from Coprocessor)
• 乘法指令
• 单数据流(SIMD)指令
  • 向量寄存器(Q寄存器)
  • 向量加载/存储指令(VLD/VST-Vector Load/Store)
  • 向量运算指令
  • 向量元素选择和操作指令
  • 归纳指令(Vector Reduction)
• 浮点指令
• ARM指令寻址方式
• Thumb指令及应用

 

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数据处理指令(Data Processing Instructions)

• 加法指令(ADD-Add):用于将两个操作数相加,并将结果存储在目标寄存器中。

ADD Rd,Rn,Operand2

• 减法指令(SUB-Subtract):用于从第一个操作数中减去第二个操作数,并将结果存储在目标寄存器中。

SUB Rd,Rn,Operand2

• 逻辑与指令(AND-Logical AND):对两个操作数进行逻辑与操作,并将结果存储在目标寄存器中。

AND Rd,Rn,Operand2

• 逻辑或指令(ORR-Logical OR):对两个操作数进行逻辑或操作,并将结果存储在目标寄存器中。

ORR Rd,Rn,Operand2

• 异或指令(EOR-Exclusive OR):对两个操作数进行异或操作,并将结果存储在目标寄存器中

EOR Rd,Rn,Operand2

• 移位和旋转指:左移 右移 算术右移 循环左移

LSL Rd, Rn, Operand2
LSR Rd, Rn, Operand2
ASR Rd, Rn, Operand2
ROR Rd, Rn, Operand2

• 比较指令(CMP-Compare):执行减法,但不保存结果,仅更新条件码寄存器。

CMP Rn,Operand2

• 测试指令(TST-Test):
  执行逻辑与操作,但不保存结果,仅更新条件码寄存器。

TST Rn,Operand2

• 移动指令(MOV-Move):将源操作数的值直接移动到目标寄存器中。

MOV Rd,Operand2

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数据传输指令

• 加载指令(LDR-Load Register):从存储器中加载数据到寄存器。

LDR Rd,[Rn,Operand2]

Rd是目标寄存器,Rn是基址寄存器,Operand2是可选的偏移量。

• 加载字节指令(LDRB-Load Register Byte):与LDR类似,但是加载一个字节。

LDRB Rd,[Rn,Operand2]

• 加载半字(半字)指令(LDRH-Load Register Hakfword):从存储器中加载半字(16位)到寄存器。

LDRH Rd,[Rn,Operand2]

• 加载多字(LDM-Load Multiple):一次性从存储器中加载多个字到一组寄存器。

LDM Rd!,{Rlist}//Rd是基址寄存器,Rlist是要加载的寄存器列表。

• 存储指令(STR-Store Register):将寄存器中的数据存储到存储器中。

STR Rd,[Rn,Operand2]

• 存储半字(半字)指令(STRH-Store Register Halfword):将寄存器中的半字(16位)存储到 存储器中。

STRH Rd,[Rn,Operand2]

• 存储多字(STM-Store Multiple):一次性将多个寄存器中的数据存储到存储器中。

STM Rd!,{Rlist}//Rd是基址寄存器,Rlist是要存储的寄存器列表

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分支和跳转指令

• 条件分支指令(B系列-Conditional Branch)：这些指令根据条件码(Condition Code)来确定是否执行跳转。条件码通常与上一条指令的执行结果相关联。

B{cond} label

{cond}是条件码,可以是EQ(等于)、NE(不等于)、GT(大于)、LT(小于)等。Label的目标标签,程序将在满足条件时跳转到该标签。

• 无条件分支指令(B-Unconditional Branch):无条件分支指令会无条件地改变程序计数器的值,实现跳转。

B label//label时目标标签,程序将无条件跳转到该标签。

• 子程序调用和返回指令(BL-Branch with Link,BX-Branch and Exchange)
  BL用于调用子程序,并将返回地址存储在链接寄存器(LR)中。

BL label

• BX 用于无条件跳转到目标寄存器所指示的地址,通常用于返回子程序。

BX Rn

• 子程序返回指令(BLX-Branch with Link and Exchange):
  BLX同时实现了调用子程序和返回子程序的功能,根据目标地址的位O来决定是跳转到Thumb模式还是ARM模式。

BLX label

• 异常处理指令(SWI-Software Interrupt)
  SWI用于触发软中断,通常用于实现系统调用。

SWI #imm //#imm是一个立即数,用于指定软中断号。

• 异常返回指令(BKPT-Breakpoint):用于触发断点异常,通常用于调试

BKPT #imm

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程序状态(PSR)和状态转移指令

程序状态寄存器(Program Status Register 简称PSR)是ARM体系结构中的一个寄存器,用于存储当前程序的状态信息,包括条件码(condition flags)、中断使能等。状态转移指令用于改变程序的执行状态,例如触发异常处理、改变中断状态等。

程序状态寄存器(PSR)

ARM架构中的程序状态寄存器(PSR)通常包含以下几个字段

• 条件码(Condition Flags)
  用于存储上一条指令的执行结果,例如是否为零,是否溢出等。常见的条件码有零等于(Z)、负数(N)、溢出(V)、进位(C)等。

• 模式字段(Mode Bits)
  表示当前处理器所处的模式,如用户模式、系统模式、中断模式等。不同模式下,处理器的权限和寄存器的可见性有所不同。

• 中断禁用位(Interrupt Disable Bit)
  用于控制中断是否被禁用。如果该位为1,表示中断被禁用,如果为0,则中断被允许。、

• 执行状态(Execution State):
  在ARMv7-A架构中,该位用于指示处理器的执行状态,例如ARM状态或Thumb状态。

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协处理器指令

如:浮点运算、图形处理、向量运算等。ARM体系结构中的协处理器指令提供了一种标准的接口,允许主处理器与协处理器之间进行数据传递和协同操作。

协处理器数据操作指令(CDP-Co-processor Data Processing):

用于向协处理器发送数据和控制信息,让协处理器执行某种数据处理操作

CDP{cond} coproc,op1,CRd,CRn,CRm,op2

{cond}是条件码 coproc是协处理器编号 op1 CRd CRn CRm op2是操作数和寄存器字段。

协处理器数据传输指令(LDC/STC-Load/Store to Coprocessor)

用于从存储器中加载数据到协处理器寄存器,或将协处理器寄存器的数据存储到中。

LDC/STC{cond} coproc，CRd,[Rn,#offset]

{cond}是条件码 coproc是协处理器编号,CRd是目标寄存器 Rn是基地址寄存器 #offset是可选的偏移量。

协处理器寄存器传送指令(MCR/MRC-Move to/Move from Coprocessor)

用于在协处理器寄存器和ARM寄存器之间传递数据。

MCR/MRC{cond} coproc,op1,Rd,CRn,CRm,op2

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乘法指令

• MUL指令(Multiply)
  该指令用于执行两个寄存器中的数值相乘,并将结果存储在指定的目标寄存器中。

MUL Rd,Rm,Rs

Rd是目标寄存器,存放乘法结果;Rm和Rs是源寄存器,包含要相乘的两个数

MUL R0,R1,R2;将R1和R2中的值相乘,结果存储在R0中

• MLA指令(Multiply with Accumulate)
  该指令执行两个寄存器中的数值相乘,然后将结果与第三个寄存器的值相加,最终将结果存储在指定的目标寄存器中。

MLA Rd,Rm,Rs,Rn

Rd是目标寄存器,存放相乘加相加的结果;Rm和Rs是源寄存器,包含要相乘的两个数;Rn是源寄存器,包含要相加的值。

MLA R3,R4,R5,R6;//将R4和R5中的值相乘,然后加上R6中的值,结果存储在R3中

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单数据流(SIMD)指令

单数据流(Single Instruction Multiple Data,SIMD)指令是一种并行计算的指令,允许同时对多个数据进行相同的操作。在ARM体系结构中,SIMD指令集被称为NEON技术。NEON提供了一组用于向量操作的指令,可以在同一时间内处理多个数据元素。

向量寄存器(Q寄存器)

NEON引入了一组向量寄存器,每个向量寄存器可以容纳多个数据元素。通常,NEON指令分为128位(16字节)和64位(8字节)的向量,可以容纳多个32位或16位数据元素。

VN.168;//表示一个128位的向量寄存器,可以容纳16个字节数据

向量加载/存储指令(VLD/VST-Vector Load/Store)

用于从内存加载向量数据,或将向量数据存储到内存中。

VLD1.32 {D0-D3},[R0];//从内存地址R0加载四个32位元素到寄存器D0-D3中
VST1.32 {D4-D7},[R1];//将寄存器D4-D7中的四个32位元素存储到内存地址R1中

向量运算指令

NEON提供了一系列的算术和逻辑运算指令,可同时对向量寄存器中的多个数据元素执行相同的操作。

VADD.F32 Q1,Q2,Q3;//两个32位浮点数向量相加,结果存储在Q1中
VMLA.F32 Q4,Q5,Q6;//两个32位浮点数量相乘并累加到另一个向量,结果存储在Q4中

向量元素选择和操作指令

允许对向量寄存器中的单个元素进行选择、交换和其他操作。

VMOV.F32 S7,S8[1];//将Q8中的第二个32位浮点点复制到S7寄存器
VSWP.32 Q9,Q10;//交换两个32位整数向量的元素

归纳指令(Vector Reduction)

用于对向量寄存器中的元素进行归约操作,例如求和、最小值、最大值等。

VADDV.F32 S11,Q12;//对Q12中的32位浮点数元素进行求和,结果存储在S11中

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浮点指令

浮点数加法、减法、乘法、除法等浮点指令集可以通过硬件浮点单元来实现，提高对浮点运算的 效率

• 浮点寄存器
  ARM体系结构中包含一组浮点寄存器,通常以S和D开头表示单精度浮点数和双精度浮点数

S0,S1,...,S31;//单精度浮点寄存器,每个寄存器可以容纳一个32位浮点数
D0,D1,...,D15;//双精度浮点寄存器,每个寄存器可以容纳一个63位浮点数

• 浮点加载/存储指令
  用于将浮点数加载到浮点寄存器中,或将浮点寄存器中的值存储到内存中。

VMOV S0,#2.5;//将立即数2.5加载到单精度浮点寄存器S0中
VMOV D1,#3.14;//将立即数3.14加载到双精度浮点寄存器D1中
VSTR S0,[R1];//将单精度浮点寄存器S0中的值存储到内存地址R1中

• 浮点加法指令(VADD-Vector Add):

VADD.F32 S2,S3,S4;//将S3和S4中的单精度浮点数相加,结果存储在S2中

• 浮点乘法指令(VMUL-Vector Multiply)

VMUL.F64 D5,D6,D7;//将D6和D7中的双精度浮点数相乘,结果存储在D5中

• 浮点除法指令(VDIV-Vector Divide)

VDIV.F32 S8,S9,S10;//将S9除以S10,结果存储在S8中

• 浮点比较指令(VCMP-Vector Compare)

VCMP.F64 D11,D12;//比较D11和D12中的双精度浮点数

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ARM指令寻址方式

ARM指令集支持多种寻址方式,其中包括直接寻址、寄存器间接寻址、立即数寻址、寄存器相对寻址等。

• 直接寻址(Immediate Addressing)
  直接将一个常数或立即数作为操作数

MOV R0,#10;//将值10直接存放到寄存器R0中

• 寄存器间接寻址(Register Indirect Addressing)

LDR R1,[R0];//从R0指向的地址加载数据到R1中

• 寄存器相对寻址(Register-relative Addressing)

LDR R2,[R1,#4];//从(R1+4)的地址加载数据到R2中

• 基地址加偏移寻址(Base Register Addressing with Offset)

LDR R3,[R4,#-8];//从(R4-8)的地址加载数据到R3中

• 相对寻址(PC-relative Addressing)

LDR R5,[PC,#12];//从(PC+12)的地址加载数据到R5中

• 多寄存器加载/存储(LDM/STM-Load/StoreMultiple)
  一次性加载或存储一组寄存器的值,通常用于函数调用中

LDMIA R6,{R7,R8,R9};//从地址R6开始加载连续的3个寄存器的值

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Thumb指令及应用

Thumb指令集是ARM体系结构中的一种指令集,皆在提高代码密度,降低存储器需求,同时保持对性能的合理权衡。Thumb指令集的指令长度为16位,相较于ARM指令集的32位,能够显著减小程序的体积。Thumb指令被广泛应用于嵌入式系统、移动设备和其他资源受限的环境中