ARM处理器的分支指令与寻址方式解析

"本资源是北航嵌入式系统课程的第4章——ARM指令集讲解，主要关注ARM分支指令的编码格式。" ARM处理器在设计上遵循精简指令集计算机（RISC）原则，拥有高效但代码密度较低的32位ARM指令集和代码密度较高、性能接近ARM的16位Thumb指令集。所有ARM指令都支持有条件执行，而Thumb指令集中只有极少数指令具备此功能。ARM和Thumb程序之间可以无缝切换，切换开销极小。 在ARM指令集中，分支指令是程序控制流的关键部分。其中，B/BL指令用于无条件或有条件地跳转到其他位置执行。B指令的编码包含一个24位的有符号立即数作为偏移量，用于计算新的PC（程序计数器）值，L位为0表示无返回的分支。BL指令则用于调用子程序，L位为1，其也会保存当前PC值到LR（链接寄存器），以便于子程序返回。 另一方面，BX指令用于根据Rm寄存器中的值改变程序执行路径，常用于在ARM和Thumb状态之间切换。这个指令没有条件执行的选项，它直接将Rm寄存器的内容加载到PC，从而转移到新的地址执行。 ARM7TDMI-S处理器支持字节、半字和字三种数据类型，所有字必须对齐在4个字节边界，半字对齐在2个字节边界。其指令长度为32位（在ARM状态）或16位（在Thumb状态）。ARM指令集的设计保证了向后兼容性，即使新版本添加指令，也不会影响旧版本的执行。 寻址方式是ARM指令处理操作数的关键。ARM处理器提供了9种基本寻址方式，包括： 1. 寄存器寻址：直接使用寄存器中的值作为操作数。 2. 立即寻址：指令直接包含操作数。 3. 寄存器移位寻址：操作数是经过移位的寄存器值。 4. 寄存器间接寻址：通过寄存器的值来查找操作数的地址。 5. 基址寻址：使用基址寄存器加上偏移量来定位操作数。 6. 多寄存器寻址：一次性操作多个连续的寄存器。 7. 堆栈寻址：利用堆栈操作来获取或存储操作数。 8. 块拷贝寻址：用于快速复制内存块。 9. 相对寻址：根据指令地址和立即数计算出操作数地址。 这些寻址方式提供了灵活性，使开发者能够有效地处理不同类型的计算任务和数据布局。例如，MOVR1, R2指令就是使用寄存器寻址，将R2的值复制到R1中；而SUBR0, R1, #5则是立即寻址，从R1中减去5并存储结果到R0。