3.1 ARM9的指令格式

ARM指令集中的指令均为单字指令，它为指令的流水线执行创造了条件。大部分指令都以寄存器作为其操作数，指令执行速度快，寻址方式灵活多样。但是对于32位的ARM处理器来讲，指令中的立即数却有特殊的限制，必须满足一定的条件。当要向某一寄存器送入任意32位的立即数时，必须使用ARM中定义的“假伪指令”（LDR）来实现。之所以称为“假伪指令”，是因为它与其他伪指令不同，编译器通过文字池将它等效为ARM指令，因此它有机器码。

3.1.1 ARM9微处理器的指令格式与特点

1.ARM指令的特点

● ARM指令都是单字指令，占32位。基本指令只有36条。

● 指令可以有条件执行，也可以无条件执行。ARM指令的一个重要特点是几乎所有的指令都带有一个可选的条件码，可根据当前程序状态寄存器（CPSR）中的条件标志位来决定是否执行该指令。当指令带有条件码并且条件满足时执行该指令，条件不满足时该指令被当作一条空操作（NOP）指令。

● 灵活的寻址方式。计算机的寻址方式是计算机的主要性能特征之一，ARM指令有7种基本寻址方式，5种复合寻址方式。由于ARM指令都占32位，在大多数情况下可以有3个操作数，其中第1个操作数（目的操作数）一般为基本操作数寻址方式，第2个和第3个操作数采用复合寻址方式。ARM指令的重要特点是具有灵活的第2个操作数，既可以是立即数，也可以是逻辑运算数，使得ARM指令可以在读取数值的同时进行算术或移位操作。

● 对协处理器的支持。在很多以ARM为内核的微处理器中，都集成了增强浮点运算功能的协处理器。ARM内核提供了协处理器接口，通过扩展协处理器可以增加许多新的功能。因此，ARM指令中还包含许多条协处理器指令。

● Thumb指令集。ARM中有两种工作状态决定着它有两种指令集：32位的ARM指令集和16位的Thumb指令集。Thumb指令集是重新编码的ARM指令集的子集，通常运行于16位或低于16位的内存数据总线上。使用16位的存储器可以降低成本，同时Thumb指令集的执行速度比ARM 32位指令集要快，而且提高了代码密度。

2.ARM指令的一般编码格式与语法格式

1）ARM指令使用固定的32位字长，典型的ARM指令编码格式如图3-1所示。

2）ARM指令的语法格式如下：

其中，{}中的内容为可选项，<>中的内容为必选项。以下对具体项目内容进行说明。

{label}：标号代表一个地址，可选项。段内标号的地址值在汇编时确定，段外标号的地址在连接时确定。需注意的是，必须使用标号时不可省略。

<opcode>：指令助记符中的操作码，说明指令完成的功能，必选项。

{<cond>}：说明指令执行的条件。可选项，具体可选字符组合见表3-1，均由两个字符标识。如果有，指令必须在满足条件时才执行，不满足条件时指令执行空操作（NOP）指令；如果无，则指令是无条件执行的。

{S}：可选项，决定指令的操作是否对CPSR的条件标志码产生影响。选中助记符S，表示指令的执行对条件码产生影响；否则无影响。

注意 ：有几个特殊的指令不需要助记符S，也会对条件标志码有影响，主要是比较类指令。

<Rd>：必选项，常作为存储指令执行结果的目的寄存器。

<Rn>：必选项，常作为存储指令第1操作数的寄存器。

{,<operand2>}：可有可无，取决于ARM指令。

{；comment}：可选项，指令注释行。以分号开头，说明指令完成的功能等。

3）应用示例：以下是一小段汇编程序。

对第2操作数使用的一些说明 ：它共占12位，可以用来存储立即数，具体的形式参见下文所述；它还可以进行寄存器移位的偏移量操作，这时移位的寄存器Rm编码占4位，移位类型操作码占3位，移位常数占5位。

在ARM指令中为了提高代码的执行效率，可以灵活地使用第2操作数，上面的后两条指令就使用了第2操作数，它们是以立即数的形式出现的。第2操作数也可以实现复合寻址方式。以下较为详细地介绍其操作数形式。

（1）立即数形式

用#immed_8r表示，即数据前使用符号“#”。immed_8r对应一个8位位图的常数，即一个8位的二进制常数向右循环移动偶数位得到的结果。具体的移位由4位二进制数乘以2确定，取值范围是（0~2 ⁴ -1）×2=0~30。由图3-1所示的典型的ARM指令编码格式可以看出，第2操作立即数共占用12位（b11~b0），这里的8位指的是b7~b0，4位指的是b11~b8。

注意 ：在写汇编程序时，只要指令中的立即数通过上述运算可以获得就是正确的，程序员不需要考虑立即数在指令代码中的具体存储，而由ARM汇编编译器确定。还有一点也要特别留心，即最后形成的是一个32位的数据常量。

合法的常数有：0x2FC、0xFF000000、0xF0000001、0x00~0xFF。

非法的常数有：0x1FE、511、0xFFFF、0x10100和xF000010。

常数表达式应用示例如下。

（2）Rm寄存器形式

在这种方式下，第2操作数就是Rm寄存器的内容，具体应用示例如下。

（3）Rm寄存器移位形式

Rm寄存器移位形式需要算术移位或逻辑移位的操作符与常数结合完成，操作完成后，Rm中的内容不变。移位的方法如下。

注意 ：当n不在规定的取值范围时，它们运算的结果为0。

寄存器移位形式应用示例如下。

3.1.2 指令执行的条件码

大多数ARM指令都是有条件执行的，也就是说根据当前程序状态寄存器（CPSR）中的条件标志位来决定是否执行该指令。另外还必须在指令格式中包含条件助记符。

从指令的编码格式中可以得知，条件码cond占32位指令的最高4位，也就是说它可以组合成16种条件码。每种条件码的含义和助记符见表3-1。

注意 ：在ARMv5之前的版本中，ARM指令都是有条件执行的，但从ARMv5版本以后引入了一些无条件执行的指令。

条件执行指令应用示例如下。 caFf9+LVzwWdlxAsWPQRlaUy0TU6H1nYl2zAIR0PtLTE/CW3R7BsgSn30VfOArbv