目錄

• 指令的執行
• 指令后綴
• 指令集
• • 數據傳送指令
  • • 處理器內數據傳送
  • 存儲器訪問指令
  • • 不同數據大小的存儲器訪問
    • 存儲器訪問方式（地址表達式）（部分省略）
    • • 立即數偏移（前序）
      • 寄存器偏移
      • 多加載和多存儲
      • 壓棧和出棧
  • 算術運算
  • 邏輯運算
  • 移位
  • 數據轉換
  • • 展開
    • 反轉
  • 位域處理
  • 比較和測試
  • 程序流控制
  • • 跳轉
    • 函數調用
    • 條件跳轉
    • 比較并跳轉
    • 條件執行（IT指令）
    • 表格跳轉
  • 飽和運算
  • 異常相關
  • 休眠模式相關
  • 存儲器屏障
  • 其它指令

???????偽指令和指令的區別：只存在于匯編語言中，而不存在于機器語言中。幫助編譯器將匯編語言（或者其它高級語言）轉換成機器語言（偽指令被編譯時被等效的指令替換）。

ARM架構的操作狀態有Thumb狀態和ARM狀態之分（當然還有調試狀態）：

?Thumb狀態ARM狀態

指令集	Thumb指令集	ARM指令集
指令長度	16位（半字指令）	32位
指令執行條件	大多數指令無條件執行	大多數指令有條件執行
優點	低功耗，存儲空間要求低	代碼需要的指令數少，性能高

Cortex-M系列不支持ARM狀態，因此本文內容基于Thumb狀態進行撰寫。

Thumb指令集的操作數和指令地址仍為32位

指令的執行

???????程序要執行的指令都保存在存儲器中（指令轉化為機器碼，也稱操作碼）。當計算機需要執行一條指令時，首先產生這條指令的地址，并根據地址號打開相應的存儲單元并取出指令代碼，最后CPU根據指令代碼的要求以及指令中的操作數去執行相應的操作。

指令后綴

后綴描述

S	更新APSR(應用程序狀態寄存器，如進位、溢出、零和負標志)，例如：ADDS R0，R1;該ADD操作會更新APSR
EQ， NE， CS， CC， MI，PL，VS，VC，HI，LS，GE， LT， GT， LE	條件執行后綴，若滿足相應條件則執行后面的語句，例如：BEQ label;若之前的操作得到相等的狀態（狀態寄存器Z置位），則跳轉至 label，各個條件碼的介紹如條件碼介紹表所示
.N，.W	指定使用的是16位指令( narrow)或32位指令(wide）
.32，.F32	指定32位單精度運算,對于多數工具鏈,32后綴是可選的
.64，.F64	指定64位單精度運算,對于多數工具鏈,64后綴是可選的

可以通過S后綴的指令影響狀態寄存器的標志位，再通過各類條件碼后綴執行相應判斷

條件碼助記符條件碼標志含義

EQ	0000	Z=1	相等
NE	0001	Z=0	不相等
CS/HS	0010	C=1	無符號數大于或等于
CC/LO	0011	C=0	無符號數小于
MI	0100	N=1	負數
PL	0101	N=0	正數
VS	0110	V=1	溢出
VC	0111	V=0	沒有溢出
HI	1000	C=1，Z=0	無符號數大于
LS	1001	C=0或Z=1	無符號數小于或等于
GE	1010	N=V	帶符號數大于或等于
LT	1011	N!=V	帶符號數小于
GT	1100	Z=0，N=V	帶符號數大于
LE	1101	Z=1或N!=V	帶符號數小于或等于

???????條件碼應用舉例：
???????1、比較兩個值大小,C語言代碼如下：

if(a > b) a++; else b++;

???????對應的ARM指令代碼如下：（設R0為a，R1為b）

CMP R0, R1 ;R0與R1比較 ADDHI R0,R0,#1 ;若R0 > R1，則R0 = R0 + 1 ADDLS R1,R1,#1 ;若R0 <= R1，則R1 = R1 + 1

???????2、若兩個條件均成立，則將這兩個數值相加，C語言代碼如下：

if((a != 10)&&(b != 20)) a = a + b;

???????對應的ARM指令代碼為：

CMP R0,#10 ;比較R0是否為10 CMPNE R1,#20 ;若R0不為10，則比較R1是否為20 ADDNE R0,R0,R1 ;若R0不為10且R1不為20，則執行 R0 = R0+R1

???????3、若兩個條件有一個成立，則將這兩個數值相加，C語言代碼如下：

if((a!=10)||(b!=20)) a=a+b;

???????對應的ARM指令代碼為：

CMP R0,#10 CMPEQ R1,#20 ADDNE R0,R0,R1

指令集

Rx、Ry、Rz為寄存器，#num32為小于0xFFFF FFFF（32位）的立即數（即未溢出），ADDR為[地址表達式]，Fun_lab表示函數標號，num_lab表示變量或常量標號，cond表示條件碼

數據傳送指令

處理器內數據傳送

指令名稱語法指令作用注意

MOV	MOV Rx,Ry/#num32	將源操作數的值賦給目的操作數
MRS	MRS Rx,Rs	同MOV	源操作數應為特殊寄存器
MSR	MSR Rs,Rx	同MOV	目的操作數應為特殊寄存器
MOVW	MOVW Rx,#num16	將源操作數賦給目的操作數的低16位	高位清零
MOVT	MOVT Rx,#num16	將源操作數賦給目的操作數的高16位	低位不變

MOV指令傳遞的立即數應在0~0xFFFF范圍內或可以通過8bit連續有效位通過移位或復制全部奇數或偶數字節能得到

存儲器訪問指令

不同數據大小的存儲器訪問

數據類型讀存儲器指令寫存儲器指令語法

32位	LDR	STR	LDR Rx,ADDR;將地址ADDR上的值賦給Rx STR Rx,ADDR;將Rx的值賦給地址為ADDR的存儲空間
16位有符號	LDRSH	無
16位無符號	LDRH	STRH
8位有符號	LDRSB	無
8位無符號	LDRB	STRB
多個32位	LDM	STM	LDM、STM
雙字（64位）	LDRD	STRD	LDRD/STRD R1,R2,ADDR;從地址ADDR上讀出兩個字并分別賦給兩個寄存器
棧操作（32位）	POP	PUSH	PUSH、POP

LDR R0, =X ;將變量X的地址賦給R0MOV R1,#0xFFFFBFFF ;R1=0xFFFFBFFFSTRH R1,[R0] ;將R1的低16位值賦給X，X=0xBFFFLDR R2,[R0] ;R2=0xBFFFLDRSH R3,[R0] ;R3=0xFFFFBFFFLDRH R4,[R0] ;R4=0xBFFFSTR R1,[R0] ;將R1的值賦給X（相當于C語言通過指針為變量賦值），X=0xFFFFBFFFLDR R2,[R0] ;R2=0xFFFFBFFFLDRSH R3,[R0] ;R3=0xFFFFBFFFLDRH R4,[R0] ;R4=0xBFFF

有符號讀和無符號讀的區別在于，同樣的數據0x83，通過LDRB讀取是0x0000 0083，通過LDRSB指令讀取是0xFFFF FF83，即無符號讀將對應8位數據進行符號位擴展

LDR等指令的操作數為立即數時，范圍為±4095

LDR不一定是指令，當使用格式為LDR 寄存器,=立即數時為偽操作，作用是將該立即數賦給寄存器，與MOV指令的區別在于，MOV指令賦的立即數有限制

存儲器訪問方式（地址表達式）（部分省略）

立即數偏移（前序）

???????數據傳輸使用的存儲器地址為：寄存器中的數值+立即數常量（偏移地址）

LDRB R0,[R1,#0x3];從地址R1+0x3中讀取一個字節并將其存入R0

加入感嘆號（!）可更新存放地址的寄存器的值（寫回）：
LDRB R0,[R1,#0x3]!;從地址R1+0x3中讀取一個字節并將其存入R0后令R1=R1+0x3

可以使用寄存器R15（PC）作為寄存器，PC寄存器的值為當前指令地址

寄存器偏移

???????類似立即數偏移，但這里的寄存器可以通過移位指令進行移位：

LDR R3,[R0, R2, LSL #2];將存儲器[R0+(R2<<2)]讀入R3 LDR R3,[R0, R2];將存儲器[R0+R2]讀入R3

???????注意：這里進行的是前序偏移，也就是以地址偏移后的值為地址進行取值，下面介紹一下后序尋址：

???????后序尋址是取地址上的值，后進行地址偏移：

LDR R0, [R1], #offset;讀取存儲器[R1],然后R1被賦值為R1+偏移

后序尋址不能使用R14（SP）或R15（PC）。

多加載和多存儲

???????介紹：連續取出一個地址上連續的多個數據

LDM和STM可添加相應后綴以控制地址增長方向及地址變化方式，可添加后綴如下表所示。

可添加后綴作用等效后綴

IB	地址增加后完成操作	FA
IA	完成操作后地址增加	EA
DB	地址減少后完成操作	FD
DA	完成操作后地址減少	ED

注意，在Cortex-M4上似乎只能使用IA和DB后綴，另外兩個可能需要ARM狀態。

指令作用注意事項

LDMIA(/LDMEA)	以目的操作數的值為地址，讀取多個值（數量和源操作數的數量一致）	“IA/EA”后綴表示操作后地址增加
LDMDB	同“LMDIA”	“DB/FD”后綴代表操作后地址減小
STMIA	以目的操作數的值為地址，寫入多個值（數量和源操作數的數量一致）	“IA”后綴表示操作后地址增加
STMDB	同“STMIA”	“DB”后綴代表操作后地址減小

MOV R1,#0xFFFFAFFF STR R1,[R0] MOV R1,#0xFFFFBFFF STR R1,[R0,#4]MOV R1,#0xFFFFCFFF STR R1,[R0,#8]MOV R1,#0xFFFFDFFF STR R1,[R0,#12]LDMIA R0,{R5-R8} ;R5~R8分別是0xFFFFAFFF、B、C、DADD R0,#16LDMDB R0,{R1-R4} ;R1~R4分別是0xFFFFAFFF、B、C、D

???????注意：地址增加/減少最終并不會影響目的操作數的值，即不會“寫回”。

源操作數應為多個寄存器，格式如下：
1.以“{”為開始，“}”為結束。
2.可以使用“-”表示范圍：R2-R5表示R2、R3、R4、R5四個寄存器。
3.通過“,”將各個寄存器隔開。
注意：{R1-R4}、{R1,R2,R3,R4}、{R4,R3,R2,R1}三者等效，順序都是R1 ~ R4

加入感嘆號（!）可更新存放地址的寄存器的值（寫回）：
LDMIA R0!,[R1,R3-R5];從地址R0中讀取4個字并將其分別賦給R1、R3、R4、R5四個寄存器后令R0=R0+4

壓棧和出棧

???????壓棧指令PUSH和出棧指令POP的操作數可以為多個寄存器，格式如：多寄存器格式

PUSH {R4-R6, LR} ;在子程序開始處將R4-R6和LR(鏈接寄存器)中的值入棧 POP {R4-R6, PC} ;從棧中恢復R4-R6和返回地址,返回地址存入PC以返回子程序

算術運算

指令名稱語法指令作用注意

ADD	ADD Rx,Ry/#num32 ADD Rx,Ry,Rz/#num32	Rx=Rx+Ry Rx=Ry+Rz加法運算	源操作數可以為立即數，立即數限制與MOV同：限制
ADDW	ADD Rx,#num12 ADD Rx,Ry,#num12	同ADD	源操作數至少有一個是立即數，且不超過12位。
ADC	同ADD	Rx=Rx+Ry+CF Rx=Ry+Rz+CF，帶進位的加法運算	在ADD的基礎上加上進位標志位的值（0/1）
SUB	同ADD	減法運算	可添加W后綴（SUBW）
SBC	同ADD	帶借位的減法運算	在SUB的基礎上減去借位標志位的值（0/1）
RSB	同ADD	Rx=Ry-Rx Rx=Rz-Ry減法反轉，結果為-SUB
MUL	同ADD	32位乘法
UDIV	同ADD	無符號除法
SDIV	同ADD	有符號除法

注意：許多數據處理指令會有多種形式，形式差別包括操作數數量（2 ~ 3）以及操作數種類（寄存器、立即數、存儲器），以ADD為例：
操作數數目為2：ADD Rx,Ry;Rx=Rx+Ry
操作數數目為3：ADD Rx,Ry,Rz;Rx=Ry+Rz

如果具有兩個源操作數，這不可都為立即數，且立即數不可為第一源操作數。

邏輯運算

指令名稱語法指令作用

AND	AND Rx,Ry/#num AND Rx,Ry,Rz/#num	按位進行與運算
ORR	同AND	按位進行或運算
BIC	同AND	Rx=Rx&(~Ry) Rx=Ry&(~Rz)進行非與操作
ORN	同AND	進行或非操作
EOR	同AND	進行異或操作
MVN	AND Rx,Ry/#num	進行取反操作（位非）

邏輯運算的立即數應是可以通過8bit連續有效位通過移位或復制全部奇數或偶數字節能得到的立即數。

移位

指令名稱語法指令作用注意

ASR	ASR Rx,Ry/#num ASR Rx,Ry,Rz/#num	Rx=Rx<<Ry/#num Rx=Ry<<Rz/#num 算術右移	右移指定位數，并往左側補原符號位
LSL	同ASR	邏輯左移	左移指定位數，并往右側補0
LSR	同ASR	邏輯右移	右移指定位數，并往左側補0
ROR	同ASR	循環右移	右移x位=左移32-x位
RRX	RRX Rx,Ry	將進位標志并在最右側后進行循環移動一位

移位指令使用的立即數范圍為1 ~ 32

對于上述移位指令，更加常用的用法是，在進行數據操作時進行移位：
指令名 Rx,Ry,移位指令名 #num/Rz，如
MOV R0,Ry,LSL #2
注意：RRX作為移位指令名時，不需要立即數或寄存器作為移位位數

圖解：

數據轉換

展開

指令名稱語法指令作用

SXTB	SXTB Rx,Ry	將源操作數[7,0]有符號地展開
SXTH	同SXTB	將源操作數[15,0]有符號地展開
UXTB	同SXTB	將源操作數[7,0]無符號地展開
UXTH	同SXTB	將源操作數[15,0]無符號地展開

舉例：

MOV R0,#0xBB ;R0=0x0000 00BBSXTB R1,R0 ;R1=0xFFFF FFBBSXTH R1,R0 ;R1=0x0000 00BBUXTB R1,R0 ;R1=0x0000 00BBUXTH R1,R0 ;R1=0x0000 00BB

可在源操作數后加入{,ROR #n}進行先移位后展開，n的取值為0、8、16、24，且僅能ROR

反轉

指令名稱語法指令作用

REV	REV Rx,Ry	反轉字中的字節,如圖解所示
REV16	同REV	反轉每個半字中的字節
REVSH	同REV	反轉低半字中的字節并將結果有符號展開

圖解：

???????舉例:

MOV R1,#0x01MOV R0,R1,LSL #24ADD R1,#1ADD R0,R1,LSL #16ADD R1,#1ADD R0,R1,LSL #8ADD R1,#1ADD R0,R1 ;R0=0x0102 0304REV R2,R0 ;R2=0x0403 0201REV16 R3,R0 ;R3=0x0201 0403REVSH R4,R0 ;R4=0x0000 0403

位域處理

指令名稱語法指令作用

BFC	BFC Rx,#num_1,#num_2	將寄存器Rx中num_1到num_1+num_2-1對應的位清零，即將寄存器對應位清零，num_1為清零的最低位，num_2為清零寬度
BFI	BFI Rx,Ry,#num_1,#num_2	寄存器Ry中的0到num_2-1位賦給R1的num_1到num_1+num_2-1對應的位
CLZ	CLZ Rx,Ry	將源操作數中從31位開始連續為0的個數賦給目的操作數，即計算前導零的個數
RBIT	RBIT Rx,Ry	將源操作數按位反轉，即0和31位互換，1和30位互換…
SBFX	SBFX Rx,Ry,#num_1,#num_2	將寄存器Ry中的num_1到num_1+num_2-1對應的位有符號的展開并賦給Rx：舉例
UBFX	同SBFX	同SBFX，但將對應的位無符號展開

LDR R0, =0x5678ABCD UBFX R1,R0,#4,#8;將R0的4~11位無符號展開后賦給R1，即R1=0x0000 00BC SBFX R1,R0,#4,#8;將R0的4~11位有符號展開后賦給R1，即R1=0xFFFF FFBC

注意，這里的LDR是LDR偽指令，與LDR指令不同，=表示將后面的值賦給寄存器R0
這里LDR偽指令和MOV指令的區別是，MOV指令并不能傳遞所有的32位立即數，具體限制：MOV立即數限制。

比較和測試

指令名稱語法指令作用

CMP	CMP Rx,Ry/#num	計算Rx-Ry/#num，并更新APSR寄存器
CMN	同CMP	計算Rx+Ry/#num，并更新APSR寄存器
TST	同CMP	計算Rx&Ry/#num（按位與），并更新APSR寄存器的N和Z位
TEQ	同CMP	計算Rx⊕Ry/#num（按位異或），并更新APSR寄存器的N和Z位

這4個指令使用的立即數同樣有限制，同MOV：具體限制：MOV立即數限制。

上述計算的結果不會保存，如CMP指令，不會把Rx-Ry的差值賦給Rx

程序流控制

跳轉

???????引起跳轉操作的指令：
???????- 跳轉指令
???????- 更新R15（PC）的數據處理指令（MOV、ADD等）
???????- 寫入PC的讀存儲器指令（LDR、LDM、POP等）

指令名稱語法指令作用

B	B label	跳轉到標號對應的地址，屬于相對跳轉（會計算標號和當前PC的差），跳轉范圍為±2KB（可添加.W后綴使用32位版本的指令）
BX	BX Rx	跳轉到存放于寄存器Rx中的地址值，并基于Rx第0位設置處理器執行狀態（Cortex-M只支持Thumb狀態，因此第0位必須為1）

函數調用

指令名稱語法指令作用

BL	BL label	跳轉到標號位置并將返回地址保存到鏈接寄存器R14（LR）中
BLX	BLX Rx	跳轉到存放于寄存器Rx中的地址值并將返回地址保存到LR中，以及更新EPSR中的T位為Rx的最低位

程序計數器R15（PC）為跳轉目標地址（即將標號/地址賦給PC）
返回地址即BL/BLX指令后的指令的地址
由于Cortex-M只支持Thumb狀態，因此使用BLX指令時，Rx的第0位必須為1

函數調用和標號跳轉的區別在于，函數調用需要將返回地址保存，這也是BL和BLX與B和BX的區別

條件跳轉

???????通過指令改變標志寄存器后根據條件碼運行程序。

???????指令格式：B(cond) label/B(cond).W label

B(cond)表示指令B和條件碼cond相連，中間無空格

???????各個條件碼如條件碼助記符所示。

???????舉例：

CMP R0,#2 ;比較R0和1的值，并根據結果修改應用程序狀態寄存器APSR BEQ LOOP ;注意，BEQ是B和EQ結合，但APSR的Z位置位，即符合條件碼EQ，則跳轉到LOOP對應的位置

可用于if語句之類的分支選項

比較并跳轉

指令名稱語法指令作用

CBZ	CBZ Rx label	當Rx為0時跳轉到標號對應的位置
CBNZ	同CBZ	當Rx不為0時跳轉到標號對應的位置

標號的相對偏移量應該在0x00 ~ 0x7E內

可用于循環中的條件判斷

指令不影響APSR的值

條件執行（IT指令）

???????指定下面語句執行的條件

???????語法：

IT(T/E)(T/E)(T/E) cond;(T/E)數量為0~3，決定下面指令的數量 ins_1(cond) ;若數量為0，則下面不需要寫，ins_1表示指令，這里的cond和上一行的cond相同 ins_2(cond/~cond) ;若數量為1，則需要寫到這一句（當然下面的不用寫），當第一個(T/E)為T時，這里的cond和第一行的cond相同，為E時相反 ins_3(cond/~cond) ; ins_4(cond/~cond) ;

???????舉例：

ITETT NE ADDNE R0, R0, R1 ADDEQ R0, R0, R3 ADDNE R2, R4, #1 MOVNE R5, R3

表格跳轉

指令名稱語法指令作用

TBB	TBB語法及示例	進行字節跳轉（偏移），偏移范圍為0 ~ 512（2*2^8）字節
TBH	TBH語法及示例	進行字節跳轉（偏移），偏移范圍為0 ~ 128k（2*2^16）字節

LDR R0, =1 ;偏移量TBB [PC, R0] ;TBB語法，其中PC可以替換為其它寄存器，一般用PC實現跳轉，R0為偏移量，該語句執行后，（由于處理器特性），PC=PC+4，即指向下面的語句（這里是標號Table_start） Table_start ;跳轉表起始，指向該標號后，PC=PC+R0（偏移量），即跳轉到下面的DCB語句進行賦值DCB ((Dest0-Table_start)/2);數據為8位因此使用DCB，作用：為PC賦值，進而跳轉到對應的標號。DCB ((Dest1-Table_start)/2);由于R0=1，PC會執行到此語句，之后PC=Table_start+2*((Dest1-Table_start)/2)=Dest1，進而跳轉到對應的編號DCB ((Dest2-Table_start)/2)DCB ((Dest3-Table_start)/2) Dest0LDR R1, =0B Table_end Dest1 ;即跳轉到這里執行LDR R1, =1B Table_end ;執行后跳出 Dest2LDR R1, =2B Table_end Dest3LDR R1, =3 Table_end

LDR R0, =3 ;偏移量TBH [PC, R0, LSL #1] ;同TBB，“LSL #1”不可更換 Table_startDCI ((Dest0-Table_start)/2);數據為16位因此使用DCIDCI ((Dest1-Table_start)/2)DCI ((Dest2-Table_start)/2)DCI ((Dest3-Table_start)/2) Dest0LDR R1, =0;B Table_end Dest1LDR R1, =1B Table_end Dest2 LDR R1, =2B Table_end Dest3LDR R1, =3 Table_end

上述的TBB和TBH實際上實現的是表格跳轉，使用PC時可以實現分支選擇，即c語言中的switch語句

飽和運算

指令名稱語法指令作用

SSAT	SSAT Rx,#num,Ry	將Ry局限到-2 ^(num-1)-1 ~ 2 ^(num-1)并將該值賦給Rx
USAT	USAT Rx,#num,Ry	將Ry局限到0 ~ 2 ^(num-1)并將該值賦給Rx

注意，num為位數限制，因此1 <= num <= 32

Ry后可加位移運算，但僅局限于ASR與LSL

???????示例：

LDR R0,=0x00020000SSAT R1,#16,R0 ;R1=0x00007FFFSSAT R1,#17,R0 ;R1=0x00020000USAT R1,#16,R0 ;R1=0x00008000USAT R1,#17,R0 ;R1=0x00020000LDR R0,=0xFFF20000SSAT R1,#16,R0 ;R1=0xFFFF8000USAT R1,#16,R0 ;R1=0x00000000

異常相關

指令名稱語法指令作用

SVC	SVC num	觸發SVC中斷，可用于執行狀態的切換。num為優先級，范圍為0x00 ~ 0xFF，并且該立即數前面可不加"#"
CPS	CPSIE/CPSID I/F	"IE"后綴用于使能中斷，"ID"后綴用于禁止中斷

休眠模式相關

指令名稱語法指令作用

WFI(Wait for interrupt)	WFI	進入休眠（中斷可喚醒）
WFE(Wait for event)	WFE	進入休眠，等待事件（中斷、復位、外部輸入等）發生后喚醒
SEV	SEV	發送事件

存儲器屏障

指令名稱語法指令作用

DMB	DMB	數據存儲器屏障。確保在執行新的存儲器訪問前所有的存儲器訪問都已經完成
DSB	DSB	數據同步屏障。確保在下一條指令執行前所有的存儲器訪問都已經完成
ISB	ISB	指令同步屏障。清空流水線，確保在執行新的指令前，之前所有的指令都已完成

???????應用場景：

其它指令

指令名稱語法指令作用

NOP	NOP	空語句，無任何功能，可用于指令對齊或延時
BKPT	BKPT num	num立即數，且此時其前面可不加"#"，大小為0x00 ~ 0xFF。該指令的作用是實現軟件斷點，特殊的num值會使處理器執行某些動作

本文基于keil5，芯片STM32F429IGx撰寫，參考書籍：《ARM Cortex-M3與Cortex-M4權威指南》

總結

以上是生活随笔為你收集整理的汇编语言笔记-ARM架构指令集的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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