第三章ARM嵌入式微处理器指令集概览课件.ppt

嵌入式微处理器系统及应用 第三章 ARM嵌入式微处理器指令集概览 主要内容 1 ARM指令集概述 2 ARM V4T架构指令体系 3 ARM v5TE 架构指令体系 4 ARM v6 架构指令体系新特性 5 Thumb指令集 3.1.1 ARM指令集 ARM指令集主要包括6大类指令： 数据处理指令：如ADD、SUB、AND等 加载－存储（Load-Store）指令：如LDR等 分支指令：如B、BL等 状态寄存器访问指令：如MRS、MSR等 协处理器指令：如LDC、STC等 异常处理指令：如SWI等 3.1.1 ARM指令集 ARM指令集的特点 所有ARM指令都是32位定长的 加载－存储（Load-Store）架构 提供功能强大的一次加载和存储（Load-Store）多个寄存器的指令 CPU内核硬件中提供了桶型（barrel）移位器，移位操作可以内嵌在其他指令中 所有的ARM指令都是可以条件执行的 3.1.1 ARM指令集 示例 3.1.2 THUMB指令集 Thumb指令集是16位的指令集，它对C代码的密度进行了优化，平均达到约ARM代码大小的65%。为了尽量降低指令编码长度，Thumb指令集具体采用了如下约束： 不能使用条件执行，而对于标志则一直都是根据指令结果进行设置的 源寄存器和目标寄存器是相同的 只使用低端寄存器，即不使用寄存器R8-R12 对指令中出现的常量有大小的限制 不能在指令中使用内嵌的桶型移位器(inline barrel shifter) 3.1.3 THUMB-2指令集 Thumb-2 指令集主要是对Thumb指令集架构的扩展，其设计目标是以Thumb的指令密度达到ARM的性能。它具有如下特性 增加了32位的指令，因而实现了几乎ARM指令集架构的所有功能 完整保留了16位的Thumb指令集 编译器可以自动地选择16位和32位指令的混合 具有ARM态的行为，包括可以直接处理异常、访问协处理器以及完成v5TE的高级数据处理功能 通过If-Then (IT) 指令，1-4条紧邻的指令可以条件执行 3.1.4 JAZELLE Jazelle技术使得ARM核可以执行8位的Java字节码，约95%的JAVA字节码可以由硬件执行，从而使效率显著提高。 3.1.5 为什么需要学习汇编指令 嵌入式系统的初始化代码需要用汇编指令来编写。初始化代码通常包括处理器的初始化、内存初始化等，其中涉及一些比较特殊的操作，比如设置处理器在不同工作模式下的堆栈指针，需要使用特殊的访问处理器状态寄存器的指令，强制处理器切换到不同模式下进行操作； 一些中断例程尤其是作为一种异常被响应的第一级中断派发程序需要用汇编指令来编写，以提高效率； 在软件的调试过程中，熟悉汇编指令更有助于查找疑难问题； 某些指令本身就是不能直接由编译器产生的，而需要人工编写。 3.1.5 为什么需要学习汇编指令 可以直接控制在C语言编程时不能有效使用的3个优化工具： 指令调整 调整一段代码中的指令序列，以避免处理器的暂停等待。ARM指令执行是在指令流水线中进行的，所以一条指令执行的时间会受其相邻指令的影响，在“附录1指令流水线”中描述了相关问题。 寄存器分配 决定如何分配变量给ARM寄存器或者堆栈，以获得最好的性能。目标是要使访问存储器的次数降到最少。有关寄存器的分配见本书第2.3.3.4小节的内容。 条件执行 可以使用ARM条件代码和条件指令的全部功能。 主要内容 1 ARM指令集概述 2 ARM V4T架构指令体系 3 ARM v5TE 架构指令体系 4 ARM v6 架构指令体系新特性 5 Thumb指令集 3.2.1条件执行和标志位 通过在指令后加上合适的条件标志位，ARM指令可以条件执行 通过减少前向的分支数目，增强了指令的代码密度和指令性能 CMP r0, r1 ADDGT r2, r2, #1 ADDLE r3, r3, #1 默认情况下,数据处理指令不会影响条件标志位，但是，可在指令后加“s”(或其它条件位)后缀，以实现标志位的置位。 loop ADD r2, r2, r3 SUBS r1, r1, #0x01 BNE loop 条件执行的例子 指令条件码 可能的指令条件码如下所示 注意： AL 是默认的，不需要被特别指出。 3.2.2数据处理指令 由以下指令组成 : 算术运算: ADD ADC SUB SBC RSB RSC 逻辑运算: AND ORR EOR BIC 比较运算: CMP CMN TST TEQ 数据传送: MOV MVN 这些指令仅对存放于寄存器的数据操作，对