嵌入式原理-學(xué)生課件-2014 .第3章thumb2指令系統(tǒng)

第3章Thumb-2指令系統(tǒng)本章主要內(nèi)容:Thumb-2指令系統(tǒng)概述Thumb-2指令集分類統(tǒng)一的匯編語言常用的Thumb-2指令集第3章Thumb-2指令系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)指令集演進(jìn)：22位的ARM指令集。對(duì)應(yīng)處理器狀態(tài)：ARM狀態(tài)16位的Thumb指令集。對(duì)應(yīng)處理器狀態(tài)：Thumb狀態(tài)Thumb-2指令集1.Thumb-2指令系統(tǒng)概述1.Thumb-2指令系統(tǒng)概述?對(duì)于確定的微處理器而言，編寫緊湊的代碼以降低消耗顯得至關(guān)重要。?通常，存儲(chǔ)器的大小是固定的，而產(chǎn)品的 功能特性卻各異，選擇恰當(dāng)?shù)奶幚砥鞑⒕?心調(diào)整指令代碼是明智的。1.Thumb-2指令系統(tǒng)概述對(duì)于ARM體系架構(gòu)的來說：①微處理器有兩種工作狀態(tài)：ARM工作狀態(tài)Thumb工作狀態(tài)②Thumb指令集是添加到ARM的標(biāo)準(zhǔn)RISC指令集之上的獨(dú)立指令集；③Thumb指令集包括了基本的加法、減法、循環(huán)移位以及跳轉(zhuǎn)等大約36條16位指令；④Thumb指令集作為ARM指令集的壓縮方案，簡(jiǎn)潔、有效，應(yīng)用廣泛并得到很好的支持，通過Thumb指令替換ARM指令，可以將某些代碼的規(guī)模減小大約20%到30%。1.Thumb-2指令系統(tǒng)概述對(duì)于ARM體系架構(gòu)的來說（續(xù)）：⑤但是，有限的Thumb指令僅對(duì)基本的算術(shù)和邏輯操作有用：Thumb狀態(tài)下，處理器將僅可使用有限數(shù)量的寄存器，R8-R12的使用受到限制，無法完成諸如處理中斷、長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)、原子存儲(chǔ)器(atomicmemory)操作，或協(xié)處理器操作等等復(fù)雜任務(wù)，也無法像ARM模式那樣進(jìn)行條件執(zhí)行和移位或循環(huán)移位等操作。⑥Thumb代碼和標(biāo)準(zhǔn)ARM代碼不能混雜使用，必須顯式地在兩種工作狀態(tài)間進(jìn)行切換，這迫使程序員必須將所有的16位代碼與32位代碼分開并隔離到獨(dú)立的模1.Thumb-2指令系統(tǒng)概述對(duì)于ARM體系架構(gòu)的來說（續(xù)）：⑦其次，兩種工作狀態(tài)之間來回切換需要消耗時(shí)間，導(dǎo)致代碼運(yùn)行速度降低大約15%，不僅要增加代碼，而且還需要幾十個(gè)前導(dǎo)(preamble)以及后同步指令(postamble)來組織指針并清空CPU的流水線。⑧雖然Thumb指令能夠?qū)崿F(xiàn)較高密度的代碼，緩存使用效率更高，但實(shí)現(xiàn)ARM指令代碼的功能往往需要較多的Thumb指令代碼，相比較而言，ARM指令使用起來更靈活。1.Thumb-2指令系統(tǒng)概述?Thumb-2并不是Thumb的升級(jí)?它是另起爐灶，繼承并集成了傳統(tǒng)的Thumb指 令集和ARM指令集的各自優(yōu)點(diǎn)，可以完全代 替Thumb和原先的ARM指令集?是Thumb指令集和ARM指令集的一個(gè)超集。?Thumb-2指令集體系架構(gòu)，無需處理器進(jìn)行工 作狀態(tài)的顯示切換，就可運(yùn)行16位與32位混合 代碼。?與ARM體系架構(gòu)相比，速度提高大約15%到20%。1.Thumb-2指令系統(tǒng)概述?Cortex-M3處理器使用的指令集是Thumb-2

指令集的子集，它的（指令）工作狀態(tài)只 有一個(gè)，那就是Thumb-2狀態(tài)。?Cortex-M3處理器的兩種工作狀態(tài)：①Thumb-2狀態(tài)②調(diào)試狀態(tài)?按照指令的長(zhǎng)度分類，Thumb-2指令集可分為兩種：（1）16-bit指令集；（2）32-bit指令集。2.Thumb-2指令集分類2.Thumb-2指令集分類?基于Thumb-2指令體系架構(gòu)編寫的代碼在執(zhí)行過程中，處理器不存在ARM工作狀態(tài)和Thumb工作狀態(tài)之間的切換。?那么，處理器必須能夠自動(dòng)識(shí)別當(dāng)前指令長(zhǎng)度，是16-bit還是32-bit，以正確地執(zhí)行Thumb-2指令代碼，它是如何識(shí)別呢？2.Thumb-2指令集分類?指令長(zhǎng)度的確定

PC寄存器指向的半字中，Bits<15:11>決定該半字是16-bit指令，還是屬于32-bit指令的一部分。圖3-1說明了Bits<15:11>確定指令長(zhǎng)度的功能。2.Thumb-2指令集分類不同指令長(zhǎng)度的Bits<15:11>編碼格式?PC寄存器所指向半字的Bits<15:11>的編碼格式?jīng)Q定了

CPU所處理指令的長(zhǎng)度。?Thumb-2指令集空間被劃分為16-bit和32-bit兩個(gè)子集。 其中，x原則上可以為“0”、“1”任意值，但x的取值 不能使得0b111xx=0b11100，以及0bxxxxx=0b111xx或者

0bxxxxx=0b11100。Halfword1Bits<15:11>0b11100

功能16-bit無條件分支Thumb-2指令,在所有Thumb-2體系結(jié)構(gòu)中定義0b111xx0bxxxxx（xx≠00） （xxxxx≠111xx）32-bitThumb-2指令,在Thumb-2中定義16-bitThumb-2指令3.統(tǒng)一的匯編語言?ARM指令集體系架構(gòu)下，ARM指令與Thumb指令分屬不同的程序模塊，由不同的匯編器對(duì)其分別進(jìn)行匯編。?Thumb-2指令集體系架構(gòu)下，16bit指令與

32bit指令可以在同一程序模塊出現(xiàn)，并由同一匯編器對(duì)其進(jìn)行匯編。ASMr8r9r10r11r13(sp)(sp)(lr)r13r12r13(sp)r14r14(lr)r13(sp)r13(sp)r15(pc)spsrspsrcpsrASMr13(sp)r14 spsr(lr)r0r1r2r3r4r5ARMC/C++CompilerC/C++Files

ToolchainflowwithARM7ARM7TDMIC/C++FilesStateChangeeg.ISRentry/exit

r6 r7 r8 r9 r10 r11 r12 r14(lr) r14(lr)r14(lr) spsr spsrUser/SystemUserRegisterFileOptimizedCodewhichoperatesonthevisibleRegisterfileNB:MostcompilersautomaticallyprovidetheAssemblercodestubsshownhere,allowingmajorityofcodeinHighLevel‘C’language Assembler ThumbC/C++ CompilerARMCortex-M3ToolchainFlowUser/SystemUnifiedAssemblerThumb(2)C/C++Compiler(UAL)UnifiedAssemblerLanguage

C/C++ FilesRegisterFile Codewhich operatesonthe visibleRegister fileNoStateChange:AutomatedbyNVICr13(psp) r14(lr) spsr

r10 r11 r12r13(msp)r14(lr)r15(pc) cpsrARMCortex-M3

r0 r1 r2r3r4r5r6r7r8r9

(HandOptimizedCode/PreviouslyWritten32-BitARMAssemblerFiles)

ASMThecombinationofaconditionalinstructionsequenceIT(If/Then)withthesamevisibleregisterfilesetasARM7enabledthecreationofa‘UnifiedAssembler’whichallowsThumb-2tomimic32-bitARMinstructions指令的條件執(zhí)行

大部分Thumb-2指令都是無條件執(zhí)行的，除了以下指令：32位條件跳轉(zhuǎn)指令B，跳轉(zhuǎn)范圍為±1MB16位的IF-THEN指令

16位的比較跳轉(zhuǎn)指令CBZ，跳轉(zhuǎn)范圍為+4~+130B16位的比較跳轉(zhuǎn)指令CBNZ，跳轉(zhuǎn)范圍為+4~+130B指令條件碼表（1）條件碼助記符標(biāo)志含義EQZ＝1相等NEZ＝0不相等CS/HSC＝1無符號(hào)數(shù)大于或等于CC/LOC＝0無符號(hào)數(shù)小于MIN＝1負(fù)數(shù)（minus

）PLN＝0正數(shù)或零VSV＝1上溢出VCV＝0沒有上溢出指令條件碼表（2）條件碼助記符標(biāo)志含義HIC＝1且Z＝0無符號(hào)數(shù)大于LSC＝0或Z＝l無符號(hào)數(shù)小于或等于GEN＝V有符號(hào)數(shù)大于或等于LTN!＝V有符號(hào)數(shù)小于GTZ=0且N=V有符號(hào)數(shù)大于LEZ＝1或N!=V有符號(hào)數(shù)小于或等于AL任何無條件執(zhí)行(指令默認(rèn)條件)NVARMv3之前該指令從不執(zhí)行4.常用的Thumb-2指令集（1）數(shù)據(jù)傳送指令（2）Load/Store指令（3）批量Load/Store指令（4）算術(shù)四則運(yùn)算指令（5）邏輯操作指令（6）移位和循環(huán)指令（7）符號(hào)擴(kuò)展指令（8）字節(jié)調(diào)序指令REV,REVH,REV16,REVSH（9）位域處理指令（10）子程序調(diào)用與無條件轉(zhuǎn)移指令（11）程序狀態(tài)寄存器標(biāo)志位的更新指令（12）隔離(barrier)指令（13）飽和運(yùn)算指令（14）If‐Then指令（15）比較跳轉(zhuǎn)指令（16）SXTB,SXTH,UXTB,UXTH指令（17）TBB,TBH指令4.常用的Thumb-2指令集（1）數(shù)據(jù)傳送指令

Cortex-M3中的數(shù)據(jù)傳送類型包括：

①兩個(gè)寄存器間傳送數(shù)據(jù) ②寄存器與特殊功能寄存器間傳送數(shù)據(jù) ③把一個(gè)立即數(shù)加載到寄存器

指令MOV<Rd>,#<immed_8>MOV<Rd>,<Rn>MOV<Rd>,<Rm>MVN<Rd>,<Rm>

功能描述將8位立即數(shù)傳送到目標(biāo)寄存器將低寄存器值傳送給低目標(biāo)寄存器將高或低寄存器值傳送給高或低目標(biāo)寄存器將寄存器值取反后傳送給目標(biāo)寄存器<Rd>,MOV{S}.W#<modify_constant(immed_12)>MOV{S}.W<Rd>,<Rm>{,<shift>}MOVT.W<Rd>,#<immed_16>MOVW.W<Rd>,#<immed_16>MRS<c><Rd>,<psr>MSR<c><psr>_<fields>,<Rn>將12位立即數(shù)傳送到寄存器中將移位后的寄存器值傳送到寄存器中將16位立即數(shù)傳送到寄存器的高半字[31:16]中將16位立即數(shù)傳送到寄存器的低半字[15:0]中，并將高半字[31:16]清零將狀態(tài)傳送到寄存器中傳送到狀態(tài)寄存器中4.常用的Thumb-2指令集（1）數(shù)據(jù)傳送指令MRS/MSR用于特權(quán)級(jí)別條件下訪問特殊功能寄存器。指令語法如下：MRS<Rn>,<SReg>;加載特殊功能寄存器的值到RnMSR<Sreg>,<Rn>;存儲(chǔ)Rn的值到特殊功能寄存器其中，SReg可以是下表中的一個(gè)。4.常用的Thumb-2指令集（1）數(shù)據(jù)傳送指令

MRS/MSR指令中的Sreg寄存器：

符號(hào)IPSREPSRAPSRIEPSRIAPSREAPSRPSRMSPPSPPRIMASKBASEPRIBASEPRI_MAXFAULTMASKCONTROL

功能當(dāng)前服務(wù)中斷號(hào)寄存器執(zhí)行狀態(tài)寄存器（讀回來的總是0）。它里面含T位，在CM3中T位必須是1。上條指令結(jié)果的標(biāo)志IPSR+EPSRIPSR+APSREPSR+APSRxPSR=APSR+EPSR+IPSR主堆棧指針進(jìn)程堆棧指針常規(guī)異常屏蔽寄存器常規(guī)異常的優(yōu)先級(jí)閾值寄存器等同BASEPRI，但是施加了寫的限制：新的優(yōu)先級(jí)比較比舊的高（更小的數(shù)）fault屏蔽寄存器（同時(shí)還包含了PRIMASK的功能，因?yàn)閒aults的優(yōu)先級(jí)更高）控制寄存器（堆棧選擇，特權(quán)等級(jí)）MOV指令舉例如下：

MOV R1,#0x10 ;R1=0x10

MOV R0,R1 ;R0=R1

MVNR3,R1;R3=~R1

MOV PC,LR ;PC=LR，子程序返回MSR指令舉例如下：

LDRR0,=0x20008000

MSRPSP,R0

BXLR4.常用的Thumb-2指令集（1）數(shù)據(jù)傳送指令4.常用的Thumb-2指令集（2）Load/Store指令

指令LDRBRd,[Rn,#offset]LDRHRd,[Rn,#offset]LDRRd,[Rn,#offset]LDRDRd1,Rd2,[Rn,#offset]STRBRd,[Rn,#offset]STRHRd,[Rn,#offset]STRRd,[Rn,#offset]LDRDRd1,Rd2,[Rn,#offset]

功能描述從地址Rn+offset處讀取一個(gè)字節(jié)到Rd從地址Rn+offset處讀取一個(gè)半字到Rd從地址Rn+offset處讀取一個(gè)字到Rd從地址Rn+offset處讀取一個(gè)雙字(64位整數(shù))到Rd1（低32位）和Rd2（高32位）中。把Rd中的低字節(jié)存儲(chǔ)到地址Rn+offset處把Rd中的低半字存儲(chǔ)到地址Rn+offset處把Rd中的低字存儲(chǔ)到地址Rn+offset處把Rd1（低32位）和Rd2（高32位）表達(dá)的雙字存儲(chǔ)到地址Rn+offset處4.常用的Thumb-2指令集（2）Load/Store指令預(yù)索引(Pre‐indexing)：LDR.WR0,[R1,#20]!;預(yù)索引該指令先把地址R1+20處的值加載到R0，然后，R1=R1+20；這里的“！”就是指在傳送后更新基址寄存器R1的值。即：步驟①：R0←[R1+20]

步驟②：R1=R1+20，4.常用的Thumb-2指令集（2）Load/Store指令預(yù)索引(Pre‐indexing)：

指令LDR.WRd,[Rn,#offset]！LDRB.WRd,[Rn,#offset]！LDRH.WRd,[Rn,#offset]！LDRD.WRd1,Rd2,[Rn,#offset]！LDRSB.WRd,[Rn,#offset]！LDRSH.WRd,[Rn,#offset]！STR.WRd,[Rn,#offset]！STRB.WRd,[Rn,#offset]！STRH.WRd,[Rn,#offset]！STRD.WRd1,Rd2,[Rn,#offset]！

功能描述字/字節(jié)/半字/雙字的帶預(yù)索引加載（不做帶符號(hào)擴(kuò)展，沒有用到的高位全清0）字節(jié)/半字的帶預(yù)索引加載，并且在加載后執(zhí)行帶符號(hào)擴(kuò)展成32位整數(shù)字/字節(jié)/半字/雙字的帶預(yù)索引存儲(chǔ)4.常用的Thumb-2指令集（2）Load/Store指令?后索引(Post‐indexing)：STR.WR0,[R1],#-12;后索引?該指令是把R0的值存儲(chǔ)到地址R1處。在

存儲(chǔ)完畢后，R1=R1+(‐12)。?注意，[R1]后面是沒有“！”的。4.常用的Thumb-2指令集（2）Load/Store指令?后索引(Post‐indexing)：

指令LDR.WRd,[Rn],#offsetLDRB.WRd,[Rn],#offsetLDRH.WRd,[Rn],#offsetLDRD.WRd1,Rd2,[Rn],#offsetLDRSB.WRd,[Rn],#offsetLDRSH.WRd,[Rn],#offsetSTR.WRd,[Rn],#offsetSTRB.WRd,[Rn],#offsetSTRH.WRd,[Rn],#offsetSTRD.WRd1,Rd2,[Rn],#offset

功能描述字/字節(jié)/半字/雙字的帶后索引加載（不做帶符號(hào)擴(kuò)展，沒有用到的高位全清0）字節(jié)/半字的帶后索引加載，并且在加載后執(zhí)行帶符號(hào)擴(kuò)展成32位整數(shù)字/字節(jié)/半字/雙字的帶后索引存儲(chǔ)4.常用的Thumb-2指令集（3）批量數(shù)據(jù)Load/Store指令

指令LDMIARd!,{寄存器列表}STMIARd!,{寄存器列表}LDMIA.WRd!,{寄存器列表}LDMDB.WRd!,{寄存器列表}STMIA.WRd!,{寄存器列表}STMDB.WRd!,{寄存器列表}

功能描述從Rd處讀取多個(gè)字。每讀一個(gè)字后Rd自增一次，16位寬度存儲(chǔ)多個(gè)字到Rd處。每存一個(gè)字后Rd自增一次，16位寬度從Rd處讀取多個(gè)字。每讀一個(gè)字后Rd自增一次，32位寬度從Rd處讀取多個(gè)字。每讀一個(gè)字前Rd自減一次，32位寬度存儲(chǔ)多個(gè)字到Rd處。每存一個(gè)字后Rd自增一次，32位寬度存儲(chǔ)多個(gè)字到Rd處。每存一個(gè)字前Rd自減一次，32位寬度4.常用的Thumb-2指令集（3）批量數(shù)據(jù)Load/Store指令Rd后面的“！”表示在每次訪問前(Before)或訪問后(After)，要自增(Increment)或自減（Decrement）基址寄存器Rd的值，增/減單位：1個(gè)字（4字節(jié)）。STMDBSP!,{R0-R3,LR}等效于PUSH{R0-R3,LR}LDMIASP!,{R0-R3,PC}等效于POP{R0-R3,PC}例2：記R8=0x8000，則下面兩條指令：STMIA.WR8!,{r0-R3};R8值變?yōu)?x8010，每存一次增一次，先存儲(chǔ)后自增STMDB.WR8,{R0-R3};R8值的“一個(gè)內(nèi)部復(fù)本”先自減后存儲(chǔ)，但是R8的值不變4.常用的Thumb-2指令集（4）算術(shù)四則運(yùn)算指令

指令A(yù)DDRd,Rn,Rm;Rd=Rn+RmADDRd,Rm;Rd+=RmADDRd,#imm;Rd+=immADCRd,Rn,Rm;Rd=Rn+Rm+CADCRd,Rm;Rd+=Rm+CADCRd,#imm;Rd+=imm+CADDWRd,#imm12;Rd+=imm12SUBRd,Rn;Rd-=RnSUBRd,Rn,#imm3;Rd=Rn-imm3SUBRd,#imm8;Rd-=imm8SUBRd,Rn,Rm;Rd=Rm-RmSBCRd,Rm;Rd-=Rm+CSBC.WRd,Rn,#imm12;Rd=Rn-imm12-CSBC.WRd,Rn,Rm;Rd=Rn-Rm-CRSB.WRd,Rn,#imm12;Rd=imm12-RnRSB.WRd,Rn,Rm;Rd=Rm-RnMULRd,Rm;Rd*=RmMUL.WRd,Rn,Rm;Rd=Rn*RmMLARd,Rm,Rn,Ra;Rd=Ra+Rm*RnMLSRd,Rm,Rn,Ra;Rd=Ra-Rm*RnUDIVRd,Rn,Rm;Rd=Rn/Rm（無符號(hào)除法）SDIVRd,Rn,Rm;Rd=Rn/Rm（帶符號(hào)除法）SMULLRL,RH,Rm,Rn;[RH:RL]=Rm*RnSMLALRL,RH,Rm,Rn;[RH:RL]+=Rm*RnUMULLRL,RH,Rm,Rn;[RH:RL]=Rm*RnSMLALRL,RH,Rm,Rn;[RH:RL]+=Rm*Rn

功能描述常規(guī)加法imm的范圍是im8（16位指令）或im12（32位指令）帶進(jìn)位的加法imm的范圍是im8（16位指令）或im12（32位指令）帶12位立即數(shù)的常規(guī)加法常規(guī)減法帶借位的減法反向減法常規(guī)乘法乘加與乘減硬件支持的除法，余數(shù)被丟棄帶符號(hào)的64位乘法無符號(hào)的64位乘法4.常用的Thumb-2指令集（4）算術(shù)四則運(yùn)算指令例3：以加法為例說明16bit、32bit的算術(shù)四則運(yùn)算指令：ADDR0,R1ADDR0,#0x12ADD.WR0,R1,R2;R0+=R1;R0+=12;R0=R1+R2雖然助記符都是ADD，但是二進(jìn)制機(jī)器碼是不同的。當(dāng)使用16位加法時(shí)，會(huì)自動(dòng)更新APSR中的標(biāo)志位。然而，在使用了“.W”顯式指定了32位指令后，就可以通過“S”

后綴控制對(duì)APSR的更新：ADD.WR0,R1,R2ADDS.WR0,R1,R2;不更新標(biāo)志位;更新標(biāo)志位4.常用的Thumb-2指令集（4）算術(shù)四則運(yùn)算指令UDIVRd,Rn,Rm;Rd=Rn/Rm（無符號(hào)除法）

SDIVRd,Rn,Rm;Rd=Rn/Rm（帶符號(hào)除法）例如：LDRr0,=300MOVR1,#7UDIV.WR2,R0,R1則R2=300/7=44為了捕捉被零除的非法操作，可以在NVIC的配置控制寄存器中置位DIVBZERO位。如果出現(xiàn)了被零除的情況，將會(huì)引發(fā)一個(gè)用法fault異常。果沒有任何措施，Rd將在除數(shù)為零時(shí)被清零4.常用的Thumb-2指令集（5）邏輯操作指令指令功能描述ANDRd,RnAND.WRd,Rn,#imm12AND.WRd,Rm,RnORRRd,RnORR.WRd,Rn,#imm12ORR.WRd,Rm,RnBICRd,RnBIC.WRd,Rn,#imm12BIC.WRd,Rm,RnORN.WRd,Rn,#imm12ORN.WRd,Rm,RnEORRd,RnEOR.WRd,Rn,#imm12EOR.WRd,Rm,Rn

;Rd&=Rn ;Rd=Rn&imm12 ;Rd=Rm&Rn ;Rd|=Rn ;Rd=Rn|imm12 ;Rd=Rm|Rn ;Rd&=~Rn ;Rd=Rn&~imm12;Rd=Rm&~Rn ;Rd=Rn|~imm12 ;Rd=Rm|~Rn ;Rd^=Rn ;Rd=Rn^imm12 ;Rd=Rm^Rn按位與按位或位清零按位或反碼（按位）異或，異或總是按位的4.常用的Thumb-2指令集（6）移位和循環(huán)指令指令功能描述LSLRd,Rn,#imm5LSLRd,RnLSL.WRd,Rm,RnLSRRd,Rn,#imm5LSRRd,RnLSR.WRd,Rm,RnASRRd,Rn,#imm5ASRRd,RnASR.WRd,Rm,RnRORRd,RnROR.WRd,Rm,RnRRX.WRd,RnRRXS.WRd,Rn;Rd=Rn<<imm5;Rd<<=Rn ;Rd=Rm<<Rn ;Rd=Rn>>imm5 ;Rd>>=Rn ;Rd=Rm>>Rn ;Rd=Rn·>>imm5 ;Rd·>>=Rn ;Rd=Rm·>>Rn ;Rd>>=Rn ;Rd=Rm>>Rn ;Rd=(Rn>>1)+(C<<31) ;tmpBit=Rn&1 ;Rd=(Rn>>1)+(C<<31) ;C=tmpBit邏輯左移邏輯右移算術(shù)右移循環(huán)右移帶進(jìn)位的右移一格亦可寫作RRX{S}Rd。此時(shí)，Rd也要擔(dān)當(dāng)Rn的角色——譯注如果在移位和循環(huán)指令上加上“S”后綴，這些指令會(huì)更新進(jìn)位位C。如果是16位Thumb-2指令，則總是更新C的。4.常用的Thumb-2指令集（7）符號(hào)擴(kuò)展指令?二進(jìn)制補(bǔ)碼表示法中，最高位是符號(hào)位。?把一個(gè)8位或16位負(fù)數(shù)擴(kuò)展成32位時(shí)：

①對(duì)于負(fù)數(shù)，必須把所有高位全填1，其數(shù)值不變； ②至于正數(shù)或無符號(hào)數(shù)，則只需簡(jiǎn)單地把高位清0。

指令SXTBRd,Rm ;Rd=Rm的帶符號(hào)擴(kuò)展SXTHRd,Rm ;Rd=Rm的帶符號(hào)擴(kuò)展

功能描述把帶符號(hào)字節(jié)整數(shù)擴(kuò)展到32位把帶符號(hào)半字整數(shù)擴(kuò)展到32位4.常用的Thumb-2指令集（8）字節(jié)調(diào)序指令

指令REV.WRd,RnREV16.WRd,RnREVSH.WRd,Rn

功能描述在字中調(diào)整字節(jié)序在高低半字中調(diào)整字節(jié)序在低半字中調(diào)整字節(jié)序，并做帶符號(hào)擴(kuò)展4.常用的Thumb-2指令集（8）字節(jié)調(diào)序指令例4：記R0=0x12345678，在執(zhí)行下列指令后：

REVR1,R0 REVHR2,R0 REV16R3,R0則R1=0x78563412，R2=0x12347856，R3=0x34127856。

字節(jié)調(diào)序指令可專門服務(wù)于小端模式和大端模式的轉(zhuǎn)換，最常用于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序中（網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序是大端，主機(jī)字節(jié)序常是小端）。REVSH在REVH的基礎(chǔ)上，還把轉(zhuǎn)換后的半字做帶符號(hào)擴(kuò)展。例5：記R0=0x33448899,則

REVSHR1,R0執(zhí)行后，R1=0xFFFF9988。4.常用的Thumb-2指令集（9）位域處理指令

指令

BFC.WRd,#<lsb>,#<width> BFI.WRd,Rn,#<lsb>,#<width> CLZ.WRd,Rn RBIT.WRd,Rn SBFX.WRd,Rn,#<lsb>,#<width> UBFX.WRd,Rn,#<lsb>,#<width>例6：（1）BFC（位域清零）指令

LDRR0,=0x1234FFFF BFCR0,#4,#10執(zhí)行完后，R0=0x1234C00F

功能描述位域清零將一個(gè)寄存器的位域插入另一個(gè)寄存器中計(jì)算前導(dǎo)0的數(shù)目按位旋轉(zhuǎn)180度拷貝位域，并帶符號(hào)擴(kuò)展到32位拷貝位域，并無符號(hào)擴(kuò)展到32位4.常用的Thumb-2指令集（2）BFI（位域插入指令）

LDRR0,=0x12345678 LDRR1,=0xAABBCCDD BFI.WR1,R0,#8,#16則執(zhí)行后，R1=0xAA5678DD（3）RBIT指令，記R1=0xB4E10C23（二進(jìn)制數(shù)值為1011,0100,1110,0001,0000,1100,0010,0011），指令

RBIT.WR0,R1二進(jìn)制數(shù)值為執(zhí)行后，則R0=0xC430872D（1100,0100,0011,0000,1000,0111,0010,1101）。（4）UBFX/SBFX

LDRR0,=0x5678ABCD UBFX.WR1,R0,#12,#16；R0=0x0000678A。類似地，SBFX也抽取任意的位域，但是以帶符號(hào)的方式進(jìn)行擴(kuò)展。

LDRR0,=0x5678ABCD SBFX.WR1,R0,#8,#4；R0=0xFFFFFFFB4.常用的Thumb-2指令集（10）子程序調(diào)用與無條件轉(zhuǎn)移指令

①B，BL，BLX，BX ②MOV、LDR指令實(shí)現(xiàn)程序轉(zhuǎn)移?主要指令格式有：BLabelBXregBLLabel;轉(zhuǎn)移到Label處對(duì)應(yīng)的地址;轉(zhuǎn)移到由寄存器reg給出的地址;轉(zhuǎn)移到Label處對(duì)應(yīng)的地址，并且把轉(zhuǎn)移前的下條指令地址保存到LR

BLXreg;轉(zhuǎn)移到由寄存器reg給出的地址，根據(jù)REG的LSB切換處理器狀態(tài)，并且把轉(zhuǎn)移前的下條指令地址保存到LR。MOVPC,R0LDRPC,[R0]POP{…,PC}

;轉(zhuǎn)移地址由R0給出;轉(zhuǎn)移地址存儲(chǔ)在R0所指向的存儲(chǔ)器中;把返回地址以彈出堆棧的風(fēng)格送給PC，;從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移LDMIASP!,{…,PC};POP的另一種等效寫法4.常用的Thumb-2指令集（11）程序狀態(tài)寄存器標(biāo)志位的更新指令①16位算術(shù)運(yùn)算指令②32位帶S后綴的算術(shù)邏輯指令③比較指令（如，CMP/CMN）和測(cè)試指令（如TST/TEQ）④直接寫PSR/APSR(MSR指令)4.常用的Thumb-2指令集（11）程序狀態(tài)寄存器標(biāo)志位的更新指令1)算術(shù)運(yùn)算指令大多數(shù)16位算術(shù)運(yùn)算指令會(huì)自動(dòng)更新標(biāo)志位（不是所有，例如ADD.NRd,Rn,Rm是16位指令，但不會(huì)更新標(biāo)志位），32位指令都可以通過使用S后綴來控制。如：ADDS.WR0,R1,R2;使用32位T2指令，更新標(biāo)志位

ADD.WR0,R1,R2;使用32位T2指令，不更新標(biāo)志ADDR0,R1;使用16位T2指令，更新標(biāo)志位對(duì)于32位指令而言，若沒有寫后綴，匯編器一定會(huì)生產(chǎn)部不更新標(biāo)志位的機(jī)器指令，但16位的Thumb指令，則可能會(huì)更新標(biāo)志位，也可能不更新標(biāo)志位。為了代碼能在不同匯編器下有相同的行為，當(dāng)需要更新標(biāo)志位以作為條件執(zhí)行指令的判斷依據(jù)時(shí)，一定不能忘記加上后綴S。4.常用的Thumb-2指令集（11）程序狀態(tài)寄存器標(biāo)志位的更新指令2)比較和測(cè)試指令CMP指令

CMP指令在內(nèi)部做兩個(gè)數(shù)的減法，并依據(jù)計(jì)算結(jié)果來設(shè)置標(biāo)志位，但不把結(jié)果寫回寄存器如：CMPR0,R1CMPR0,#0x12CMN指令

CMN指令在內(nèi)部做兩個(gè)數(shù)的加法，并依據(jù)計(jì)算結(jié)果來設(shè)置標(biāo)志位，但不把結(jié)果寫回寄存器如：CMNR0,R1CMNR0,#0x124.常用的Thumb-2指令集（11）程序狀態(tài)寄存器標(biāo)志位的更新指令2)比較和測(cè)試指令TST指令

TST指令在內(nèi)部做兩個(gè)數(shù)的AND運(yùn)算，并依據(jù)計(jì)算結(jié)果來設(shè)置標(biāo)志位，但不把結(jié)果寫回寄存器如：TSTR0,R1;計(jì)算R0&R1，并根據(jù)結(jié)果更新標(biāo)志位TSTR0,#0x12TEQ指令

TEQ指令在內(nèi)部做兩個(gè)數(shù)的EOR運(yùn)算，并依據(jù)計(jì)算結(jié)果來設(shè)置標(biāo)志位，但不把結(jié)果寫回寄存器如：TEQR0,R1;計(jì)算R0&R1，并根據(jù)結(jié)果更新標(biāo)志位TEQR0,#0x124.常用的Thumb-2指令集（12）隔離(barrier)指令

針對(duì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的存儲(chǔ)器系統(tǒng)流水線作業(yè)和寫緩 沖，Cortex-M3引進(jìn)了隔離指令，以避免系統(tǒng)可能發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象（racecondition）。指令DMBDSBISB

功能描述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器隔離。DMB指令保證：僅當(dāng)所有在它前面的存儲(chǔ)器訪問都執(zhí)行完畢后，才提交(commit)在它后面的存儲(chǔ)器訪問動(dòng)作。數(shù)據(jù)同步隔離。比DMB嚴(yán)格：僅當(dāng)所有在它前面的存儲(chǔ)器訪問都執(zhí)行完畢后，才執(zhí)行它在后面的指令。指令同步隔離。最嚴(yán)格：它會(huì)清洗流水線，以保證所有它前面的指令都執(zhí)行完畢之后，才執(zhí)行它后面的指令。4.常用的Thumb-2指令集（13）飽和運(yùn)算指令?Cortex-M3中的飽和運(yùn)算指令分為兩種：一種是帶符號(hào)飽和運(yùn)算；另一種是無符號(hào)飽和運(yùn)算。多用于信號(hào)處理，如信號(hào)放大?飽和運(yùn)算的結(jié)果可以用于更新應(yīng)用程序狀態(tài)寄存器APSR

中Q標(biāo)志。Q標(biāo)志在寫入后可以通過寫APSR清0。?Rn存儲(chǔ)“放大后的信號(hào)（32位帶符號(hào)整數(shù)）”；Rd存儲(chǔ)飽和運(yùn)算的結(jié)果；#imm5用于指定飽和邊界——該由多少位的帶符號(hào)整數(shù)來表達(dá)允許的范圍，取值范圍是1-32。

指令名SSAT.WRd,#imm5,Rn,{,shift}USAT.WRd,#imm5,Rn,{,shift}

功能描述以帶符號(hào)數(shù)的邊界進(jìn)行飽和運(yùn)算（交流）以無符號(hào)數(shù)的邊界進(jìn)行飽和運(yùn)算（帶紋波的直流）4.常用的Thumb-2指令集（14）If-Then（IT）指令?If-Then(IT)指令圍起一個(gè)塊，里面最多有4條指令，它里面的指令可以 條件執(zhí)行。?IT已經(jīng)帶了一個(gè)“T”，因此還可以最多再帶3個(gè)“T”或者“E”。并且對(duì)T

和E的順序沒有要求。?其中T對(duì)應(yīng)條件成立時(shí)執(zhí)行的語句，E對(duì)應(yīng)條件不成立時(shí)執(zhí)行的語句。?在If-Then塊中的指令必須加上條件后綴，且T對(duì)應(yīng)的指令必須使用和IT

指令中相同的條件，E對(duì)應(yīng)的指令必須使用和IT指令中相反的條件。?IT的使用形式總結(jié)如下：IT<cond>IT<x><cond>IT<x><y><cond>IT<x><y><z><cond>;圍起1條指令的If-Then塊

;圍起2條指令的If-Then塊;圍起3條指令的If-Then塊;圍起4條指令的If-Then塊?其中<x>,<y>,<z>的取值可以是“T”或者“E”。而<cond>為條件。4.常用的Thumb-2指令集（14）If-Then（IT）指令例7：IT指令優(yōu)化C代碼的例子如下面?zhèn)未a所示：

if(R0==R1) { R3=R4+R5; R3=R3/2; } else { R3=R6+R7; R3=R3/2; }可以寫作：CMPR0,R1ITTEEEQ;比較R0和R1;如果R0==R1,Then-Then-Else-ElseADDEQR3,R4,R5ASREQR3,R3,#1

;相等時(shí)加法;相等時(shí)算術(shù)右移ADDNER3,R6,R7;不等時(shí)加法ASRNER3,R3,#1;不等時(shí)算術(shù)右移4.常用的Thumb-2指令集（15）比較條件跳轉(zhuǎn)指令CBZ和CBNZ比較并條件跳轉(zhuǎn)指令專為循環(huán)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化而設(shè)，它只能做前向跳轉(zhuǎn)。語法格式為：CBZ<Rn>,<label>CBNZ<Rn>,<label>它們的跳轉(zhuǎn)范圍較窄，只有0‐126。典型范圍如下所示：while(R0!=0){Function1();}變成LoopCBZR0,LoopExitBLFunction1BLoopLoopExit:與其它的比較指令不同，CBZ/CBNZ不會(huì)更新標(biāo)志位。4.常用的Thumb-2指令集（16）SXTB,SXTH,UXTB,UXTH指令這4個(gè)指令是為優(yōu)化C的強(qiáng)制數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換而設(shè)的，把數(shù)據(jù)寬度轉(zhuǎn)換成處理器喜歡的32位長(zhǎng)度（處理器字長(zhǎng)是多少，就喜歡多長(zhǎng)的整數(shù)，其操作效率和存儲(chǔ)效率都最高）。它們的語法如下：SXTBRd,RnSXTHRd,RnSXTBRd,RnUXTHRd,Rn對(duì)于SXTB/SXTH，數(shù)據(jù)帶符號(hào)位擴(kuò)展成32位整數(shù)。對(duì)于UXTB/UXTH，高位清零。例如，記R0=0x55aa8765,則SXTBR1,R0;R1=0x00000065SXTHR1,R0;R1=0xffff8765UXTBR1,R0;R1=0x00000065UXTHR1,R0;R1=0x000087654.常用的Thumb-2指令集（17）TBB,TBH指令TBB（查表跳轉(zhuǎn)字節(jié)范圍的偏移量）指令和TBH（查表跳轉(zhuǎn)半字范圍的偏移量）指令，分別用于從一個(gè)字節(jié)數(shù)組表中查找轉(zhuǎn)移地址，和從半字?jǐn)?shù)組表中查找轉(zhuǎn)移地址。因?yàn)镃M3的指令至少是按半字對(duì)齊的，表中的數(shù)值都是在左移一位后才作為前向跳轉(zhuǎn)的偏移量的。又因?yàn)镻C的值為當(dāng)前地址+4，