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ARM微处理器的指令系统6

院士
2007-01-04 22:31:00    评分
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3.3.9 协处理器指令
ARM微处理器可支持多达16个协处理器,用于各种协处理操作,在程序执行的过程中,每个协处理器只执行针对自身的协处理指令,忽略ARM处理器和其他协处理器的指令。

ARM的协处理器指令主要用于ARM处理器初始化ARM协处理器的数据处理操作,以及在ARM处理器的寄存器和协处理器的寄存器之间传送数据,和在ARM协处理器的寄存器和存储器之间传送数据。ARM协处理器指令包括以下5条:

— CDP 协处理器数操作指令

— LDC 协处理器数据加载指令

— STC 协处理器数据存储指令

— MCR ARM处理器寄存器到协处理器寄存器的数据传送指令

— MRC 协处理器寄存器到ARM处理器寄存器的数据传送指令

1、CDP指令

CDP指令的格式为:

CDP{条件} 协处理器编码,协处理器操作码1,目的寄存器,源寄存器1,源寄存器2,协处理器操作码2。

CDP指令用于ARM处理器通知ARM协处理器执行特定的操作,若协处理器不能成功完成特定的操作,则产生未定义指令异常。其中协处理器操作码1和协处理器操作码2为协处理器将要执行的操作,目的寄存器和源寄存器均为协处理器的寄存器,指令不涉及ARM处理器的寄存器和存储器。

指令示例:

CDP P3,2,C12,C10,C3,4 ;该指令完成协处理器P3的初始化

2、LDC指令

LDC指令的格式为:

LDC{条件}{L} 协处理器编码,目的寄存器,[源寄存器]

LDC指令用于将源寄存器所指向的存储器中的字数据传送到目的寄存器中,若协处理器不能成功完成传送操作,则产生未定义指令异常。其中,{L}选项表示指令为长读取操作,如用于双精度数据的传输。

指令示例:

LDC P3,C4,[R0] ;将ARM处理器的寄存器R0所指向的存储器中的字数据传送到协处理器P3的寄存器C4中。

3、STC指令

STC指令的格式为:

STC{条件}{L} 协处理器编码,源寄存器,[目的寄存器]

STC指令用于将源寄存器中的字数据传送到目的寄存器所指向的存储器中,若协处理器不能成功完成传送操作,则产生未定义指令异常。其中,{L}选项表示指令为长读取操作,如用于双精度数据的传输。

指令示例:

STC P3,C4,[R0] ;将协处理器P3的寄存器C4中的字数据传送到ARM处理器的寄存器R0所指向的存储器中。

4、MCR指令

MCR指令的格式为:

MCR{条件} 协处理器编码,协处理器操作码1,源寄存器,目的寄存器1,目的寄存器2,协处理器操作码2。

MCR指令用于将ARM处理器寄存器中的数据传送到协处理器寄存器中,若协处理器不能成功完成操作,则产生未定义指令异常。其中协处理器操作码1和协处理器操作码2为协处理器将要执行的操作,源寄存器为ARM处理器的寄存器,目的寄存器1和目的寄存器2均为协处理器的寄存器。

指令示例:

MCR P3,3,R0,C4,C5,6 ;该指令将ARM处理器寄存器R0中的数据传送到协处理器P3的寄存器C4和C5中。

5、MRC指令

MRC指令的格式为:

MRC{条件} 协处理器编码,协处理器操作码1,目的寄存器,源寄存器1,源寄存器2,协处理器操作码2。

MRC指令用于将协处理器寄存器中的数据传送到ARM处理器寄存器中,若协处理器不能成功完成操作,则产生未定义指令异常。其中协处理器操作码1和协处理器操作码2为协处理器将要执行的操作,目的寄存器为ARM处理器的寄存器,源寄存器1和源寄存器2均为协处理器的寄存器。

指令示例:

MRC P3,3,R0,C4,C5,6 ;该指令将协处理器P3的寄存器中的数据传送到ARM处理器寄存器中。

3.3.10 异常产生指令
ARM微处理器所支持的异常指令有如下两条:

— SWI 软件中断指令

— BKPT 断点中断指令

1、SWI指令

SWI指令的格式为:

SWI{条件} 24位的立即数

SWI指令用于产生软件中断,以便用户程序能调用操作系统的系统例程。操作系统在SWI的异常处理程序中提供相应的系统服务,指令中24位的立即数指定用户程序调用系统例程的类型,相关参数通过通用寄存器传递,当指令中24位的立即数被忽略时,用户程序调用系统例程的类型由通用寄存器R0的内容决定,同时,参数通过其他通用寄存器传递。

指令示例:

SWI 0x02 ;该指令调用操作系统编号位02的系统例程。

2、BKPT指令

BKPT指令的格式为:

BKPT 16位的立即数

BKPT指令产生软件断点中断,可用于程序的调试。

3.4 Thumb指令及应用
为兼容数据总线宽度为16位的应用系统,ARM体系结构除了支持执行效率很高的32位ARM指令集以外,同时支持16位的Thumb指令集。Thumb指令集是ARM指令集的一个子集,允许指令编码为16位的长度。与等价的32位代码相比较,Thumb指令集在保留32代码优势的同时,大大的节省了系统的存储空间。

所有的Thumb指令都有对应的ARM指令,而且Thumb的编程模型也对应于ARM的编程模型,在应用程序的编写过程中,只要遵循一定调用的规则,Thumb子程序和ARM子程序就可以互相调用。当处理器在执行ARM程序段时,称ARM处理器处于ARM工作状态,当处理器在执行Thumb程序段时,称ARM处理器处于Thumb工作状态。

与ARM指令集相比较,Thumb指令集中的数据处理指令的操作数仍然是32位,指令地址也为32位,但Thumb指令集为实现16位的指令长度,舍弃了ARM指令集的一些特性,如大多数的Thumb指令是无条件执行的,而几乎所有的ARM指令都是有条件执行的;大多数的Thumb数据处理指令的目的寄存器与其中一个源寄存器相同。

由于Thumb指令的长度为16位,即只用ARM指令一半的位数来实现同样的功能,所以,要实现特定的程序功能,所需的Thumb指令的条数较ARM指令多。在一般的情况下,Thumb指令与ARM指令的时间效率和空间效率关系为:

— Thumb代码所需的存储空间约为ARM代码的60%~70%

— Thumb代码使用的指令数比ARM代码多约30%~40%

— 若使用32位的存储器,ARM代码比Thumb代码快约40%

— 若使用16位的存储器,Thumb代码比ARM代码快约40%~50%

— 与ARM代码相比较,使用Thumb代码,存储器的功耗会降低约30%

显然,ARM指令集和Thumb指令集各有其优点,若对系统的性能有较高要求,应使用32位的存储系统和ARM指令集,若对系统的成本及功耗有较高要求,则应使用16位的存储系统和Thumb指令集。当然,若两者结合使用,充分发挥其各自的优点,会取得更好的效果。

3.5 本章小节
本章系统的介绍了ARM指令集中的基本指令,以及各指令的应用场合及方法,由基本指令还可以派生出一些新的指令,但使用方法与基本指令类似。与常见的如X86体系结构的汇编指令相比较,ARM指令系统无论是从指令集本身,还是从寻址方式上,都相对复杂一些。

Thumb指令集作为ARM指令集的一个子集,其使用方法与ARM指令集类似,在此未作详细的描述,但这并不意味着Thumb指令集不如ARM指令集重要,事实上,他们各自有其自己的应用场合。


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关键词: 微处理器     指令系统     处理器     指令     用于     操作     寄存    

菜鸟
2007-01-19 10:03:00    评分
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菜鸟
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2007-04-29 18:07:00    评分
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kankan


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