Introduction to ARM Technology|ARM Instructions

ARM instructions

1. ARM instruction set

1.1 Data processing instructions

Mnemonic	operating	Mnemonic	operating
MOV	data transmission	AND	Logical and
MVN	Data inversion	ORR	Logical OR
ADD	plus	EOR	Logical exclusive OR
ADC	Add with carry	BIC	Bit clear
SUB	Less	CMP	Compare
SBC	Minus with borrow	CMN	Opposite number comparison
RSB	Reverse subtraction	TST	Bit test
RSC	Reverse minus with borrow	TEQ	Test for equality

/*****数据处理指令示例*****/
MOV		R0,	#0xFF		//R0 = 0xFF
MOV		R0,	R0			//R0 = R0...NOP指令
MOV		R0,	R0,	LSL#3	//R0 = R0 << 3
MOV		PC,	R14 		//退出到调用者，用于普通函数返回，PC即R15
MOVS	PC, R14 		//退出到调用者并恢复标志位，用于异常函数返回
MVN		R0, #4			//R0 = ~(4)
MVN		R0, #0			//R0 = ~(0)
ADD		R0, R1, R2		//R0 = R1 + R2
ADD		R0, R1, #0xFF	//R0 = R1 + 0xFF
ADD		R0, R2, R3, LSL#1	//R0 = R2 + (R3 << 1)
ADDS	R0, R4, R8			//加低端的字
ADCS	R1, R5, R9			//加下1个字，带进位
ADCS	R2, R6, R10 		//加第3个字，带进位
ADCS	R3, R7, R11 	 	//加高端的字，带进位
SUB		R0, R1, R2			//R0 = R1 - R2
SUB		R0, R1, #0xFF		//R0 = R1 - 0xFF
SUB		R0, R2, R3, LSL#1	//R0 = R2 - (R3 << 1)
SUBS	R0, R0, R2			//低位相减结果存储在R0，同时更新CPSR中对应的条件标志位
SBCS	R1, R1, R3			//高位相减同时减去低位的借位 R1 = R1 - R3 - (!C)
RSB		R2, R0, #0xFF		//R2 = 0xFF - R0
RSBS	R2, R0, #0			//
RSC		R3, R1, #0			//
AND		R0, R0, #0x03		//R0寄存器的0、1位不变，其他位清零
AND		R2, R1, R3			//R2 = R1 & R3
AND		R0, R0, #0x01		//R0 = R0 & 0x01
ORR		R0, R0, #0x03		//R0寄存器的0、1位设置为1
ORR		R0, R0, #0x0F		//R0寄存器的低4位设置为1
EOR		R0, R0, #0x03		//反转R0中的第0和1位
EOR		R1, R1, #0x0F		//将R1的低4位取反
EOR		R2, R1, R0			//R2 = R1 ^ R0
EORS	R0, R5, #0x01		//将R5和0x01进行逻辑异或，结果保存到R0，并根据执行结果更新标志位
BIC		R0, R0, #0x1011		//清除R0中的位0、1和3，保持其余的不变
BIC		R1, R2, R3			//将R3的反码和R2逻辑与，结果保存到R1中
CMP		R1, #10				//比较R1和立即数10并更新相关的标志位
CMP		R1, R2				//比较R1和R2中的值并设置相关的标志位
CMN		R0, #1				//
TST		R0, #1				//测试R0的最低位是否为0
TEQ		R0, R1				//比较R0和R1是否相等，不影响CPSR中的V位和C位

1.2 Multiplication instruction

Mnemonic	operating	Mnemonic	operating
I HAVE	Multiply (preserve 32-bit result)	UMLAL	Unsigned long multiplication-accumulation
MLA	Multiply (32-bit result)	SMULL	Signed long multiplication
UMULL	Unsigned long multiplication	SMLAL	Signed long multiplication-accumulation

/***** 乘法指令示例*****/
MUL		R1, R2, R3			//R0 = R2 * R3
MULS	R0, R3, R7			//R0 = R3 * R7,并根据运算结果更新CPSR中的N位和Z位
MLA		R1, R2, R3, R0		//R1 = R2*R3 + R0
UMULL	R0, R1, R5, R8		//R0 = R5*R8[31:0];  R1 = R5*R8[63:32]
UMLAL	R0, R1, R5, R8		//R0 = R5*R8[31:0] + R0;  R1 = R5*R8[63:32] + R1
SMULL	R2, R3, R7, R6		//R2 = (R7*R6)[31:0];  R3 = (R7*R6)[63:32]
SMLAL	R2, R3, R7, R6		//R2 = (R7*R6)[31:0] + R2;  R3 = (R7*R6)[63:32] + R3

1.3 Jump instruction

Mnemonic	operating	Mnemonic	operating
B	Jump	BL	Connection jump with return
BX	Jump and switch state	BLX	Jump with return and switch state

/***** 跳转指令示例*****/
B		LABLE		//跳转到LABLE标号处
B		0x1234		//跳转到绝对地址0x1234处
BL		func		//跳转到子程序func处执行
BX		R14			//从Thumb状态返回到ARM状态

1.4 Load/Store command

• Single register Load/Store instructions

Mnemonic	operating	Mnemonic	operating
LDR	Load a word of memory into the register	LDRBT	Load a byte into the register in user mode
STR	Save the word in the register to the memory	STRBT	Save the lower 8 bits of the register to the memory in user mode
LDRB	Load a byte into a register	LDRT	Load a word into the register in user mode
STRB	Save the lower 8 bits of the register to the memory	STRT	Save words in memory to register in user mode
LDRH	Load a halfword into a register	LDRSB	Load a signed byte into the register
STRH	Save the lower 16-bit halfword in the register to the memory	LDRSH	Load a signed halfword into a register

/***** 单寄存器的Load/Store指令示例*****/
LDR		R1, [R0, #0x12]			//将R0+0x12地址处的数据读出，保存到R1中
LDR		R1, [R0, R2, LSL#2]		//将R0+(R2<<2)地址处的数据读出，保存到R1中
LDR		Rd, [Rn], #0x04			//Rn地址中的数据传送到Rd，传送完成后Rn=Rn+0x04
STR		R1,	[R0]				//保存变量

• Load/Store instructions with multiple registers

Mnemonic	operating	Mnemonic	operating
LDM	Load multiple registers	STM	Save multiple registers

/*****多寄存器的Load/Store指令示例*****/
LDMIA		R0!, {
    
    R3~R9}			//加载R0指向的地址上的多字数据，保存到R3~R9中，R0值更新
STMIA		R1!, {
    
    R3~R9}			//将R3~R9的数据存储到R1指向的地址上，R1值更新
STMFD		SP!, {
    
    R0~R7, LR}		//现场保存，将R0~R7,LR入栈
LDMFD		SP!, {
    
    R0~R7, PC} ^		//恢复现场，异常处理返回，同时恢复SPSR中的值到CPSR

• Single data exchange instruction

Mnemonic	operating	Mnemonic	operating
SWP	Word exchange	SWPB	Byte swap

/*****单数据交换指令示例*****/
SWP		R1, R1, [R0]		//将R1的内容与R0指向的存储单元内容进行交换
SWPB	R1, R2, [R0]		//将R0指向的存储单元内容读取一字节数据到R1中，在将R2寄存器中的数据存储到R0指向的内存单元中

1.5 Status register transmission command

Mnemonic	operating	Mnemonic	operating
MRS	Send the program status register (PSR) value to the general register	MSR	Send the value of general register to PSR or send an immediate value to PSR

/*****状态寄存器传输指令示例*****/
MRS		R1, CPSR		//将CPSR状态寄存器读出，保存到R1中
MRS		R2, SPSR		//将SPSR状态寄存器读出，保存到R2中
MSR		CPSR_c, 0xD3	//CPSR[7:0] = 0xD3, 切换到管理模式
MSR		CPSR_cxsf, R3	//CPSR = R3

1.6 Co-processing instructions

Mnemonic	operating	Mnemonic	operating
CDP	Coprocessor data manipulation	MRC	Transfer data from coprocessor registers to ARM registers
LDC	Load coprocessor registers	STC	Store coprocessor registers
MCR	Transfer data from ARM register to coprocessor register

1.7 Exception generating instructions

Mnemonic	operating	Mnemonic	operating
SWI	Soft interrupt instruction	BKPT	Breakpoint interrupt instruction

/*****异常产生指令示例*****/
SWI		0			//产生软中断，中断立即数为0
SWI		0x123456	//产生软中断，中断立即数为0x123456

2. ARM instruction addressing mode

2.1 Addressing mode of data processing instruction operand

The basic syntax format of ARM data processing instructions is as follows:

<opcode> {<cond>} {S} <Rd>, <Rn>, <shifter_operand>

• 立即数寻址：指令中的第二操作数<shifter_operand>是立即数

/*****立即数寻址示例*****/
//下面是一些应用立即数的指令
MOV		R0, #0			 //送0到R0
ADD		R3, R3, #1		 //R3的值加1
CMP		R7, #1000		 //R7的值和1000比较
BIC		R9, R8, #0xff00	 //将R8中8~15位清零，结果保存在R9中

• 寄存器寻址：指令中的第二操作数<shifter_operand>是寄存器中的值

/*****寄存器寻址示例*****/
MOV		R2, R0			//R0的值送R2
ADD		R4, R3, R2		//R2加R3，结果送R4
CMP		R7, R8			//比较R7和R8的值

• 寄存器移位寻址：指令中的第二操作数<shifter_operand>是由寄存器中的值移位得到

/*****寄存器移位寻址示例*****/
//下面是使用移位操作的例子
ADD		R2, R0, R1, LSR#5
MOV		R1, R0, LSL#1
RSB		R9, R5, R5, LSL#1

2.2 字及无符号字节的Load/Store指令的寻址方式

• 寄存器间接寻址：将地址放在一个通用寄存器中，即所需要的操作数保存在寄存器指定地址的存储单元中，即寄存器中的值为操作数的地址指针。寄存器间接寻址字及无符号字节的Load/Store指令语法格式如下示：

LDR|STR {<cond>} {B} {T} <Rd>, [Rm]

/*****寄存器间接寻址示例*****/
LDR		R1, [R2]	//将R2中的数值作为地址，取出此地址中的数据保存在R1中
STR		R1, [R2]	//将R2中的数值作为地址，取出R1中的值存入R2所指向的地址

• 基址变址寻址：是将基地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。基址变址寻址的Load/Store指令语法格式如下示

LDR|STR {<cond>} {B} {T} <Rd>, [Rm, ±<addressing_mode>]

/*****基址变址寻址示例*****/
LDR		R1, [R0, #0x0f]		//将R0中的数值加0x0f作为地址，取出此地址的数值保存在R1中
STR		R1, [R0, #-2]		//将R0中的数值减2作为地址，把R1中的内容保存到此地址位置
STR		R1, [R0, +R2]		//将R0的值加上R2的值作为地址，把R1的内容保存在该地址中

2.3 批量Load/Store指令的寻址方式

• 多寄存器/块拷贝寻址：将一片连续内存单元的数据加载到通用寄存器组中或将一组通用寄存器的数据存储到连续的内存单元中。该类的指令语法格式如下示：

LDM|STM {<cond>} <addressing_mode> <Rn> { ! }, < registers/>< ^/>

/*****多寄存器/块拷贝寻址示例*****/
STMIA	R0!, {
    
    R1-R7}	//将R1~R7的数据保存到R0所指向的存储器中，R0的值之后增加，增长方向为向上增长，类似于C语言中的i++
STMIB	RO!, {
    
    R1-R7}	//R0的值先增加，后将R1~R7的数据保存到R0所指向的存储器中，增长方向为向上增长，类似于C语言中的++i
STMDA	R0!, {
    
    R1-R7}	//将R1~R7的数据保存到R0所指向的存储器中，R0的值之后减少，增长方向为向下增长，类似于C语言中的i--
STMDB	RO!, {
    
    R1-R7}	//R0的值先减少，后将R1~R7的数据保存到R0所指向的存储器中，增长方向为向下增长，类似于C语言中的--i

• 堆栈操作寻址方式：对于堆栈的操作，数据写入内存和从内存中读出要使用不同的寻址模式，因为进栈操作和出栈操作要在不同的方向上调整堆栈操作

根据不同的寻址方式，堆栈可分为：Full栈、Empty栈、递减栈、递增栈
根据堆栈的不同种类，寻址方式可分为：满递减FD、空递减ED、满递增FA、空递增EA

2.4 相对寻址

相对寻址是基址寻址的一种变通，由程序计数器PC提供基准地址，指令中的地址码字段作为偏移量，两者相加后得到的地址即为操作数的有效地址。有 B 和 BL 指令

/*****相对寻址示例*****/
BL	FUN1	//调用到FUN1子程序
B	LOOP	//条件跳转到LOOP标号处