ARM Thumb指令集详解

2021年2月10日发(作者：交联剂eh)

ARM Thumb

指令集详解

ARM Thumb

指令集详解

2010-04-27 12

< p>
：

30

来源：

MCU

嵌入式领域

ARM Thumb

指令集

Thumb

指令可以看作是

ARM

指令压缩形式的子集，是针对代码密

度的问题 而提出的，它具有

16

位的代码密度。

Thumb

不是一个完整的体系结构，

不能指望处理只执行

Thumb

指令而不支持

ARM

< p>
指令集。因此，

Thumb

指令只需要支

持通用功能，必要时可以借助于完善的

ARM

指 令集，比如，所有异常自动进入

ARM

状态。在编写

< p>
Thumb

指令时，先要使用伪指令

CODE16

声明，而且在

ARM

指令中要

使用

BX

指令跳转到

T humb

指令，以切换处理器状态。编写

ARM

指令时，则可使用

伪指令

CODE32

声明。

1 Thumb

指令集与

ARM

指令集的区别

Thumb

指令 集没有协处

理器指令，信号量指令以及访问

CPSR

< p>
或

SPSR

的指令，没有乘加指令及

64

位乘法

指令等，且指令的第二操作数受到限制； 除了跳转指令

B

有条件执行功能外，其它

指令均为无条件执行；大多数

Thumb

数据处理指令采用< /p>

2

地址格式。

Thumb

指令集

与

ARM

指令的区别一 般有如下几点：跳转指令程序相对转移，特别是条件跳转与

ARM

代码下的跳转相比，在范围上有更多的限制，转向子程序是无条件的转移。数

据处理指 令数据处理指令是对通用寄存器进行操作，在大多数情况下，操作的结果

须放入其中一个 操作数寄存器中，而不是第

3

个寄存器中。数据处理操作比

ARM

状

态的更少，访问寄存器

< p>
R8~R15

受到一定限制。除

MOV

< p>
和

ADD

指令访问器

R8 ~R15

外，其它数据处理指令总是更新

CPSR

中的

ALU

状态标志。访问寄存器

< br>R8~R15

的

Thumb

数据 处理指令不能更新

CPSR

中的

ALU

状态标志。单寄存器加载和存储指令

在

Thumb

状态下，单寄存器加载和存储指令只能访问寄存器

R 0~R7

。批量寄存器加

载和存储指令

LDM

和

STM

指令可以将任何范围为

R0~R7

的寄存器子集加载或存储。

PUSH

和

POP

指令使用堆栈指令< /p>

R13

作为基址实现满递减堆栈。除

R0 ~R7

外，

PUSH

指令还可以存储链 接寄存器

R14

，并且

POP

指令可以加载程序指令

PC

。

< br>2 Thumb

存

储器访问指令

Thumb

指令集的

LDM

和

SRM

指令可以将任何范围为

R0~R7

的寄存器子

集加载或存储。批量寄存器加载和存储指令只有

< p>
LDMIA

、

STMIA

指令，即每次传送

先加载

/

存储数据， 然后地址加

4

。对堆栈处理只能使用

P USH

指令及

POP

指令。表

A-9

给出

Thumb

存储器访问指令。

表

A-9 Thu mb

存储器访问指令

LDR

和

STR

立即数偏移的

LDR

和

STR

指令。存储器的

地址以一 个寄存器的立即数偏移指明。指令格式如下：

LDR

Rd,[

Rn,#immed_5×4]；加载指定地址上的数据

(

字

)

，放入

Rd< /p>

中

STR

Rd,[Rn,#immed _5×4]；存储数据

(

字

)

到指定地址的存储单元，要存储数据在

Rd

中< /p>

LDRH Rd,[Rn,#immed_5×4]；加载半字数据，放入

Rd

中，即

Rd

低

< p>
16

位有效，高

16

位清零

STRH Rd,[Rn, #immed_5×4]；存储半字数据，要存储的数据在

Rd

，最低

16

位有效

LDRB Rd,[ Rn,#immed_5×4]；加载字节数据，放入

Rd

中， 即

Rd

最低字

节有效，；高

< p>
24

位清零

STRB Rd,[Rn,#imme

d_5×4]；存储字节数据，要存储的数

据在

Rd

，最低字节有效其中：

Rd

加载或存储的寄存器。必须为

R0~R7

。

< br>Rn

基址寄

存器。必须为

R0~ R7

。immed_5×N

偏移量。它是一个无符立即数表达式 ，其取值为

(0~3)×N

立即数偏移的半字和字节加载是无符 号的。数据加载到

Rd

的最低有效半

字 或字节，

Rd

的其余位补

0

< p>
。地址对准一一字传送时，必须保证传送地址为

32

位

对准。半字传送时，必须保证传送地址为

16

位对准立即数偏移的

LDR

和

STR

指令

举例如下：

LDR R0,[R1,#0x4]STR R3,[R4]LDRH R5,[R0,#0x02]STRH

R1,[R0,#0x08]LDRB R3,[R6,#20]STRB R1,[R 0,#31]

寄存器偏移的

LDR

和< /p>

STR

指

令。存储器的地址用一个寄存器 的基于寄存器偏移来指明。指令格式如下：

LDR

Rd,[R n,Rm]

；加载一个字数据

STR Rd,[Rn,Rm]

；存储一个字数据

LDRH

< p>
Rd,[Rn,Rm]

；加载一个无符半字数据

S TRH Rd,[Rn,Rm]

；存储一个无符半字数据

LDRB Rd,[Rn,Rm]

；加载一个无符字节数据

STRB Rd ,[Rn,Rm]

；存储一个无符字节

数据

LDRSH Rd,[Rn,Rm]

；加载一个有符半字数据

LDRSB R d,[Rn,Rm]

；存储一个有

符半字数据其中：

< p>
Rd

加载或存储的寄存器。必须为

R0~R7 Rn

基址寄存器。必须为

R0~R7 Rm

内含偏移量的寄存器。必须为

R0~R7

。寄存器偏移的半 字和字节加载可以

是有符号或无符号的，数据加载到

Rd

的其余位拷贝符号位。地址对准

-

字传送时，

必须保证传送地址为

32

位对准。半字 传送时，必须保证传送地址为

16

位对准。寄

< br>存器偏移的

LDR

和

STR

指令举例如下：

LDR R3,[R1,R0]STR R1,[R0,R2]LDRH

R6,[R0,R1]STRH R0,[R4,R5]LDRB R2,[R5,R1]STRB R1,[R3,R2]LDRSH

R7,[R6,R3]LDRSB R5,[R7,R2]PC

或

SP

相对偏移的

LDR

和

STR

指令。用

PC

或

SP

寄

存器中的 值的立即数偏移来指明存储器的地址。指令格式如下：

LDR

Rd,[PC,#immed_8×4]LDR Rd,label LDR Rd,[SP,#immed_8×4]STR

Rd,[SP,#immed_8×4 ]其中：

Rd

加载或存储的寄存器。必须为

R0~R7

。immed_8×4]

偏移量。它是一个无符 立即数表达式，其取值为(0~255)×4。

label

程序 相对偏移

表达式。

label

必须在当 前指令之后

IK

字节范围内。地址对准

-

地址必须是

4

的整

< br>数倍。

PC

或

SP

相对偏移的

LDR

和

STR

指令举例如下：

LDR R0,[PC,#0x08]

；读取

PC+0x08

地址上的字数据，保存到

R0

中

LDR R7,LOCALDA T

；读取

LOCALDAT

地址上

的字数据，保存到

R7

中

< br>LDR R3,[SP,#1020]

；读取

SP+10 20

地址上的字数据，保

存到

R3

中

STR R2,[SP]

；存储

R2

寄存器的数据到

SP

指向的存储单元

(

偏移量为

0)PU SH

和

POP

寄存器入栈及出栈指令。 实现低寄存器和可选的

LR

寄存器入栈寄存

器和可选的

PC

寄存器出栈操作，堆栈地址由

SP

寄存设置，堆栈是满递减堆栈。指

令格式如下：

PUSH{reglist[,LR]}POP{reglist[,PC]}

其中：

reglist

入栈

/

出栈低

寄存器列表，即

R0~R 7

。

LR

入栈时的可选寄存器。

PC

出栈时的可选寄存器。寄存

器入栈及出栈 指令举例如下：

PUSH{R0-R7,LR}

；将低寄存器< /p>

R0~R7

全部入栈，

LR

也入栈

POP{R0-R7,PC}

；将堆栈中的数 据弹出到低寄存器

R0~R7

及

PC< /p>

中

LDMIA

和

STMIA

批量加载

/

存储指令可以实 现在一组寄存器和一块连续的内存单元之间传输

数据。

Thum b

指令集批量加载

/

存储指令为

LDMIA

和

STMIA

，

LDMIA

为加载多个寄存

器；

STM

为存储多个寄存器，允许一条指令传送

< br>8

个低寄存器的任何子集。指令格

式如下：

LDMIA Rn

！

,reglist STMIA Rn

！

,reglist

其中：

Rn

加载

/

存储的起 始地

址寄存器。

< br>Rn

必须为

R0~R7

。

Reglist

加载

/

存储的寄存器列表。寄存器必须为

R0~R7

。

LDMIA/STMIA

的主要用途是数据复制，参数传送等，进行数据传送 时，每

次传送后地址加

4

。若

Rn

在寄存器列表中，对于

LDMIA

指令，

Rn

的最终值是加载

的值，而不是增加后的地址；对于

STMIA

指令，在

Rn

是寄存器列表中的最低数字

的寄存器， 则

Rn

存储的值为

Rn

在初值，其它情况不可预知。批量加载

/

存储指令

举例如下：

LDMIA R0,{R2-R7}

；加载

R0

指向的地址上的多字数据，保存到

R2~R7

中，；

R0

的值 更新。

STMIA R1

！

,{R2- R7}

；将

R2~R7

的数据存储到< /p>

R1

指向的地址

上，

R1

值更新。

3 Thumb

数据 处理指令大多数

Thumb

处理指令采用

2

地址格式，数

据处理操作比

ARM

状态的更少，访问寄存器

R8~R15

受到一定限制。表

A-10

给出

Thu mb

数据处理指令。

表

A-10 Thumb

数据处理指令

(1)

数据传送指令

MOV

< p>
数据传送指令。将

8

位立即数或

< br>寄存器

(operand2)

传送到目标寄存器

(Rd)

。指令格式如下：

MOV Rd,#expr MOV

Rd,Rm

其中：

Rd

目标寄存器。

MOV Rd#expr

< p>
时，必须在

R0~R7

之间。

exper 8

位立

即数，即

0~ 255

。

Rm

源寄存器，为

< p>
R0~R15

。条件码标志：

MOV Rd,#e xpr

指令会更

新

N

< br>和

Z

标志，对标志

C

< p>
和

V

无影响。而

MOV, Rd,Rm

指令，若

Rd

或

< p>
Rm

是高寄存器

(R8~R15)

，则标志不受影响，若

Rd

或

Rm

都是低寄存器

(R0~R7)

，则 会更新

N

和

Z

，且清除标志

C

和

V

< br>。

MOV

指令举例如下：

MOV R1,#0x10

；

R1=0x10 MOV R0,R8

；

R0=R8 MOV PC,LR

；

PC=LR

，子程序返回

M VN

数据非传送指令。将寄存器

Rm

按 位取

反后传送到目标寄存器

(Rd)

。 指令格式如下：

MVN Rd,Rm

其中：

Rd

目标寄存器。必

须在

R0~R 7

之间。

Rm

源寄存器。必须在

R0~R7

之间。条件码标志：指令会更新

N

和

Z

标志，对标志

C

和

V

无影响。

< br>MVN

指令举例如下：

MVN R1,R2

；将

R2

取反结果

存到

R1 NEG

数据取负指令。将寄存器

Rm

乘以

-1

后传送到目标寄存器

(Rd)

。指令

格式如下：

NEG Rd,Rm

其中：

Rd

目 标寄存器，必须在

R0~R7

之间。

R m

源寄存器。

必须在

R0~R7

之间。条件码标志：指令会更新

N

、

Z

、

C

、

V

和标志。

NEG

指令举例

如下：

NEG R1,R0

；

R1=-R0(2)

算术逻辑运算指令

ADD< /p>

加法运算指令。将两个数据相

加，结果保存到

Rd

寄存器。低寄存器的

ADD

指 令的指令格式如下：

ADD Rd,Rn,Rm

ADD Rd,Rn,#expr3 ADD Rd,#expr8

其中：

Rd

目标寄存器，必须在

R0~R7

之间。

Rn

第一个操作数寄存器。必须在

R0~R7

之间。

Rm

第二个操作数 寄存器。必须在

R0~R7

之间。

ex pr3 3

位立即数，即

0~7

。

expr8 8

位立即数，即

0~255< /p>

。条件码标志：指

令会更新

N

< p>
、

Z

、

C

和

V

标志。高或低寄存器的

A DD

指令的指令格式如下：

ADD

R d,Rm

其中：

Rd

目标寄存器，也是 第一个操数寄存器。

Rm

第二个操作数寄存器条

件码标志：若

Rd

或

Rm

都是低寄存器

(R0~R7)

，指令会更新

N

、

Z

、

C

和

V

标志。其< /p>

它情况不影响条件码标志。

PC

或

SP

相对偏移的

ADD

指令指令格式如下：

ADD

Rd,Rp,#expr

其中：

Rd

目标寄存器，必须在

R0~R7

之间。

Rp PC

或

SP

，第一个操作

数寄存器。

expr

立即数，在

0~1020

范围内。条件码标志：不影响条件码标志。

SP

操作的

ADD

指令的指令格式如下：

A DD SP,#expr ADD SP,SP,#expr

其中：

SP

目标

寄存器，也是第一个操作数寄存器。

expr

立即数，在

-508~+508

< p>
之间的

4

的整数倍

的数。 条件码标志：不影响条件码标志。

ADD

指令举例如下：

ADD R1,R1,R0

；

R1=R1+R0 ADD R1,R1,#7

；

R1=R1+7 ADD R3,#200

；

R3=R3+200 ADD R3,R8

；

R3=R3+R8 ADD R1,SP,#1000

；

R1=SP+1000 ADD SP,SP,#-500

；

SP=SP-500 SUB

减法