微控制器的指令集

数据处理指令：
我们使用数据处理指令来操作寄存器中的数据。

数据处理指令的类型 –

算术指令
逻辑指令
乘法指令
比较说明
移动指令

大多数数据处理指令使用 barre shifter 来预处理其操作数之一的数据。每个操作都会更新 cpsr 中的不同标志（要了解有关“CPSR”的更多信息，请搜索“CPSR in ARM”）。

让我们详细讨论说明。

1.算术说明：
算术指令主要实现 32 位有符号和无符号值的加法和减法。

语法：{}{s} Rd, Rn, N

ADC	add with 32-bit values and carry	Rd=Rn+N+carry
ADD	add two 32-bit values	Rd=Rn+N
RSB	reverse subtract of two 32-bit values	Rd=N-Rn
RSC	reverse subtract with carry of two 32-bit values	Rd=N-Rn-!(Carry flag)
SBC	subtract with carry of two 32-bit values	Rd=Rn-N-!(Carry flag)
SUB	subtract two 322-bit values	Rd=Rn-N

N is the result of the shift operation.

例子 -
1 .这个简单的减法指令从寄存器 r1 中存储的值中减去寄存器 r2 中存储的值。结果存储在寄存器 r0 中

预
r0 = 0x00000000 ;由于这个寄存器是一个保存输出的寄存器，所以在执行之前它是空的
r1 = 0x000000002；寄存器 r1 保存值“2”
r2 = 0x000000001； r2 保存另一个值“1”
SUB r0, r1, r2 ; r0=r1 – r2。这里减去的值 (r0 – r1) 在执行操作后移动到 r0。

邮政
r0 = 0x00000001；这是上述指令的输出移动到 r0 寄存器

2. 此反向减法指令 (RSB) 从常数值 #0 中减去 r1，将结果写入 r0。
反向减法对整数值很有帮助，因此可以不复杂地减去指令。

预
r0 = 0x00000000 ;输出寄存器
r1=0x00000077；要反向减去的值
RSB r0, r1, #0 ; Rd = 0x- - r1

邮政
r0 = -r1 = 0xffffff89 ;生成反向输出并存储在寄存器 r0 中

使用带有算术指令的桶形移位器 –
桶式移位是 ARM 指令集的强大功能之一。
它在对其执行操作之前预处理操作数/寄存器之一。

例子 -

预
r0 = 0x00000000
r1 = 0x00000005
添加 r0, r1, r1, LSL #1

邮政
r0 = 0x0000000f
r1 = 0x00000005

2. 逻辑指令——
逻辑指令对两个源寄存器执行按位逻辑运算。
语法：{} {S} Rd, Rn, N

AND	logical bitwise AND of two 32-bit values	Rd = Rn & N
ORR	logical bitwise OR of two 32-bit values	Rd = Rn \| N
EOR	logical exclusive OR of two 32-bit values	Rd = Rn ^ N
BIC	logical bit clear (AND NOT)	Rd = Rn &~ N

例子 -
1. 此示例显示了寄存器 r1 和 r2 之间的逻辑或运算，r0 保存结果。

预
r0 = 0x00000000
r1 = 0x02040608
r2 = 0x10305070
ORR r0, r1, r2

邮政
r0 = 0x12345678

2. 此示例显示了称为 BIC 的更复杂的逻辑指令，它执行逻辑位清除。

预
r1 = 0b1111
r2 = 0b0101
BIC r0, r1, r2

邮政
r0 = 0b1010

3. 乘法指令 –
乘法指令根据指令将一对寄存器的内容相乘，并将结果与另一个寄存器一起累加。长乘法累加到一对表示 64 位值的寄存器上。最终结果放置在目标寄存器或寄存器对上。

语法 – MLA{}{S} Rd, Rm, Rs, Rn
MUL{}{S} Rd, Rm, Rs

MLA	Multiply and accumulate	Rd = (Rm * Rs) + Rn
MUL	multiply	Rd = Rm * Rs

语法 – {}{S} RdLo, RdHi, Rm, Rs

SMLAL	signed multiply accumulate long	[RdHi, RdLo] = [RdHi, RdLo] + (Rm * Rs)
SMULL	signed multiply long	[RdHi, RdLo] = Rm * Rs
UMLAL	unsigned multiply accumulate long	[RdHi, RdLo] = [RdHi, RdLo] + (Rm * Rs)
UMULL	unsigned multiply long	[RdHi, RdLo] = Rm * Rs

处理器实现处理执行乘法指令所需的周期数。

示例 1——

此示例表示将寄存器 r1 和 r2 相乘并将结果放入寄存器 r0 的简单乘法指令。
寄存器 r1 等于值 2，r2 等于 2，然后替换为 r0。

预
r0 = 0x00000000 ;寄存器保持输出
r1 = 0x00000002；保存操作数 1 值的寄存器
r2 = 0x00000002；保存操作数 2 值的寄存器
MUL r0, r1, r2 ; r0 = r1 * r2

邮政
r0 = 0x00000004；乘法运算的输出
r1 = 0x00000002
r2 = 0x00000002；操作数

示例 2——

预
r0 = 0x00000000
r1 = 0x00000000
r2 = 0xf0000002
r3 = 0x00000002
UMULL r0, r1, r2, r3 ; [r1, r0] = r2 * r3

邮政
r0 = 0xe0000004； = RdLo
r1 = 0x00000001； = RdHi

4. 比较说明——
这些指令用于比较或测试具有 32 位值的寄存器。它们根据结果更新 cpsr 标志位，但不影响其他寄存器。设置位后，该信息可用于通过条件执行来更改程序流程。

语法 – {} Rn, N

CMN	compare negated	flags set as a result of Rn + N
CMP	compare	flags set as a result of Rn – N
TEQ	test for quality of two 32 – bit values	flags set as a result of Rn ^ N
TST	test bits of a 32-bit value	flags set as a result of Rn & N

N is the result of the shifter operation.

例子 -

预
cpsr = nzcvqift_USER
r0 = 4 ;要比较的寄存器
r9 = 4 ;要比较的寄存器
CMP r0, r9

邮政
cpsr = nzcvqift_USER 比较后生成的输出

5. 移动指令 –
移动是最简单的 ARM 指令。它将 N 复制到目标寄存器 Rd 中，其中 N 是寄存器或立即数。该指令对于设置初始值和在寄存器之间传输数据很有用。

语法 - {}{S} Rd, N

MOV	Move a 32-bit value into a register	Rd = N
MVN	move the NOT of the 32-bit value into a register	Rd = ~N

例子 -
预
r5 = 5 ;寄存器值
r7 = 8 ;寄存器值
MOV r7, r5 ;让 r7 = r5

邮政
r5 = 5 ;将 r5 数据移入 r7 后寄存器中的数据
r7 = 5 ;移动操作后的输出

桶形移位器 –
它是一种可变数量的单词移位装置。它是用于在对 ALU 操作进行操作之前预处理操作数/寄存器之一的逻辑设备之一。它是 ARM 的最佳特性之一。

桶式移位器

Mnemonics	Description	Shift	Result	Shift amount
LSL	logical shift left	xLSLy	x<	#0-31 or Rs
LSR	logical shift right	xLSRy	(unsigned) x>>y	#1-32 or Rs
ASR	arithmetic right shift	xASRy	(signed) x>>y	#1-32 or Rs
ROR	rotate right	xRORy	((unsigned) x>>y) \| (x<<(32 – y)	#1-31 or Rs
RRX	rotate right extended	xRRX	(c flag << 31) \| ((unsigned) x>>1)	none

x represents the register being shifted and y represent the shift amount

N shift operations	Syntax
Immediate	#immediate
Register	Rm
Logical shift left by immediate	Rm, LSL #shift_imm
Logical shift left by register	Rm, LSL Rs
Logical shift right by immediate	Rm, LSR #shift_imm
Logical shift right by register	Rm, LSR Rs
Arithmetic shift right by immediate	Rm, ASR #shift_imm
Arithmetic shift right by register	Rm, ASR Rs
Rotate right by immediate	Rm, ROR #shift_imm
Rotate right by register	Rm, ROR Rs
rotate right with extend	Rm, RRX

示例——

此 MOVS 指令示例将寄存器 r1 左移一位。
这将寄存器 r1 乘以值 2 ¹

预
cpsr = nzcvqiFt_USER
r0 = 0x00000000
r1 = 0x80000004
MOVS r0, r1, LSL #1

邮政
cpsr = nzCvqiFt_USER
r0 = 0x00000008
r1 = 0x80000004

C 标志在 CPSR 中更新，因为 S 后缀存在于指令助记符中。