【ARM】数据操作指令(上)

00. 目录

01. 数据操作指令概述

​ 数据操作指令是指对存放在寄存器中的数据进行操作的指令。主要包括数据传送指令、算术指令、逻辑指令、比较与测试指令及乘法指令。

​ 如果在数据处理指令前使用 S 前缀,指令的执行结果将会影响 CPSR 中的标志位。数据处理指令如表 3-6 所示。

在这里插入图片描述

02. MOV指令

MOV 指令是最简单的 ARM 指令,执行的结果就是把一个数 N 送到目标寄存器 Rd,其中 N 可以是寄存器,也可以是立即数。

MOV 指令多用于设置初始值或者在寄存器间传送数据。

MOV 指令将移位码(shifter_operand)表示的数据传送到目的寄存器 Rd,并根据操作的结果更新 CPSR 中相应的条件标志位。

2.1 指令的语法格式

MOV{<cond>}{S} <Rd>,<shifter_operand>

2.2 应用示例一

MOV R0, R0 ; R0 = R0… NOP 指令
MOV R0, R0, LSL#3  ; R0 = R0 * 8

2.3 应用示例二

如果 R15 是目的寄存器,将修改程序计数器或标志。这用于被调用的子函数结束后返回到调用代码,方法是把连接寄存器的内容传送到 R15。

MOV PC, R14 ; 退出到调用者,用于普通函数返回,PC 即是 R15
MOVS PC, R14 ; 退出到调用者并恢复标志位,用于异常函数返回

2.4 小结

MOV 指令主要完成以下功能。

① 将数据从一个寄存器传送到另一个寄存器。

② 将一个常数值传送到寄存器中。

③ 实现无算术和逻辑运算的单纯移位操作,操作数乘以 2^n 可以用左移 n 位来实现。

④ 当 PC(R15)用作目的寄存器时,可以实现程序跳转。如“MOV PC,LR”,所以这种跳转可以实现子程序调用及从子程序返回,代替指令“B,BL”。

⑤ 当 PC 作为目标寄存器且指令中 S 位被设置时,指令在执行跳转操作的同时,将当前处理器模式的 SPSR 寄存器的内容复制到 CPSR 中。这种指令“MOVS PC LR”可以实现从某些异常中断中返回。

03. MVN指令

MVN 是反相传送(Move Negative)指令。它将操作数的反码传送到目的寄存器。

MVN 指令多用于向寄存器传送一个负数或生成位掩码。

MVN 指令将 shifter_operand 表示的数据的反码传送到目的寄存器 Rd,并根据操作结果更新 CPSR 中相应的条件标志位。

3.1 指令的语法格式

MNV{<cond>}{S} <Rd>,<shifter_operand>

3.2 应用示例一

MVN 指令和 MOV 指令相同,也可以把一个数 N 送到目标寄存器 Rd,其中 N 可以是立即数,也可以是寄存器。这是逻辑非操作而不是算术操作,这个取反的值加 1 才是它的取负的值。

MVN R0, #4 ; R0 = -5
MVN R0, #0 ; R0 = -1

3.3 小结

① 向寄存器中传送一个负数。

② 生成位掩码(Bit Mask)。

③ 求一个数的反码。

04. AND指令

AND 指令将 shifter_operand 表示的数值与寄存器 Rn 的值按位(bitwise)做逻辑与操作,并将结果保存到目标寄存器 Rd 中,同时根据操作的结果更新 CPSR 寄存器。

4.1 指令的语法格式:

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

4.2 应用示例一

@ 保留 R0 中的 0 位和 1 位,丢弃其余的位。
AND R0, R0, #3

4.3 应用示例二

@ R2 = R1&R3
AND R2, R1, R3

4.4 应用示例三

@ R0 = R0&0x01,取出最低位数据。
ANDS R0,R0,#0x01

05. EOR 指令

EOR(Exclusive OR)指令将寄存器 Rn 中的值和 shifter_operand 的值执行按位“异或”操作,并将执行结果存储到目的寄存器 Rd 中,同时根据指令的执行结果更新 CPSR 中相应的条件标志位。

5.1 指令语法格式

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

5.2 应用示例一

@ 反转 R0 中的位 0 和 1。
EOR R0, R0, #3

5.3 应用示例二

@ 将 R1 的低 4 位取反
EOR R1,R1,#0x0F

5.4 应用示例三

@ R2 = R1∧R0
EOR R2,R1,R0

5.5 应用示例四

@ 将 R5 和 0x01 进行逻辑异或,结果保存到 R0,并根据执行结果设置标志位。
EORS R0,R5,#0x01

06. SUB指令

SUB(Subtract)指令从寄存器 Rn 中减去 shifter_operand 表示的数值,并将结果保存到目标寄存器 Rd 中,并根据指令的执行结果设置 CPSR 中相应的标志位。

6.1 指令的语法格式

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

6.2 应用示例一

@ R0 = R1 − R2。
SUB R0, R1, R2

6.3 应用示例二

@ R0 = R1 − 256。
SUB R0, R1, #256

6.4 应用示例三

@ R0 = R2− (R3<<1)。
SUB R0, R2, R3,LSL#1

07. RSB 指令

RSB(Reverse Subtract)指令从寄存器 shifter_operand 中减去 Rn 表示的数值,并将结果保存到目标寄存器 Rd 中,并根据指令的执行结果设置 CPSR 中相应的标志位。

7.1 指令的语法格式

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

7.2 应用示例一

@ 下面的指令序列可以求一个 64 位数值的负数。64 位数放在寄存器 R0 与 R1 中,其负
@ 数放在 R2 和 R3 中。其中 R0 与 R2 中放低 32 位值。
RSBS R2,R0,#0
RSC R3,R1,#0

08. ADD 指令

ADD 指令将寄存器 shifter_operand 的值加上 Rn 表示的数值,并将结果保存到目标寄存器 Rd 中,并根据指令的执行结果设置 CPSR 中相应的标志位。

8.1 指令的语法格式

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

8.2 应用示例一

ADD R0, R1, R2  ; R0 = R1 + R2
ADD R0, R1, #256 ; R0 = R1 + 256
ADD R0, R2, R3,LSL#1 ; R0 = R2 + (R3 << 1)

09. ADC 指令

ADC 指令将寄存器 shifter_operand 的值加上 Rn 表示的数值,再加上 CPSR 中的 C 条件标志位的值,将结果保存到目标寄存器 Rd 中,并根据指令的执行结果设置 CPSR 中相应的标志位。

9.1 指令的语法格式

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

9.2 应用示例一

ADC 指令将把两个操作数加起来,并把结果放置到目的寄存器中。它使用一个进位标志位,这样就可以做比 32 位大的加法。下面的例子将加两个 128 位的数。
128 位结果:寄存器 R0、R1、R2 和 R3。

第一个 128 位数:寄存器 R4、R5、R6 和 R7。

第二个 128 位数:寄存器 R8、R9、R10 和 R11。

ADDS R0, R4, R8 ;加低端的字
ADCS R1, R5, R9 ;加下一个字,带进位
ADCS R2, R6, R10 ;加第三个字,带进位
ADCS R3, R7, R11 ;加高端的字,带进位

10. SBC 指令

SBC(Subtract with Carry)指令用于执行操作数大于 32 位时的减法操作。该指令从寄存器 Rn 中减去 shifter_operand 表示的数值,再减去寄存器 CPSR 中 C 条件标志位的反码[NOT(Carry flag)],并将结果保存到目标寄存器 Rd 中,并根据指令的执行结果设置 CPSR中相应的标志位。

10.1 指令的语法格式

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

10.2 应用示例一

@ 下面的程序使用 SBC 实现 64 位减法,(R1,R0)−(R3,R2),结果存放到(R1,R0)。
SUBS R0,R0,R2
SBCS R1,R1,R3

11. 附录

11.1 ARM Architecture Reference Manual

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