ARM Cortex-M3与Thumb-2指令集详解

"Cortex-M3处理器使用的是ARM和Thumb-2指令集的快速参考卡，主要涉及了指令格式、寄存器操作、移位、处理器模式等关键元素。" Cortex-M3是ARM公司设计的一种微控制器核心，它基于ARMv7-M架构，主要特点是高效能、低功耗。该处理器支持两种指令集：ARM指令集和Thumb-2指令集。Thumb-2是ARM的16位扩展，提供了与传统32位ARM指令集相当的性能，但代码密度更高，适合资源有限的嵌入式系统。 1. **ARM和Thumb-2指令集**： - ARM指令集通常为32位，提供广泛的指令和功能，适用于高性能计算。 - Thumb-2指令集结合了16位和32位指令，提高了代码密度，减少了内存需求，同时保持了高效的执行速度。 2. **指令格式**： - 指令通常包括操作码、操作数和可能的附加信息，如寄存器、立即数或位移量。 - `<Rm{,<opsh>}` 表示操作数Rm可以加上一个位移值（opsh），这在访问内存或进行算术运算时常见。 - `<Operand2>` 可以是寄存器、立即数或位移，用于各种操作，如加法、减法、逻辑运算等。 - `<reglist>` 是一系列以逗号分隔的寄存器，用于指令如LDM（加载多个寄存器）和STM（存储多个寄存器）。 3. **寄存器操作**： - 寄存器是处理器内部的数据存储单元，Cortex-M3有16个通用寄存器（R0-R15），其中R13通常用作堆栈指针，R14用作链接寄存器，R15是程序计数器（PC）。 - 寄存器列表可以包含或不包含PC，这取决于指令是否允许PC的使用。 - `<PSR>` 包括CPSR和SPSR，分别代表当前处理器状态寄存器和保存的处理器状态寄存器，用于保存处理器的条件标志和其他状态信息。 4. **移位和循环移位**： - 移位操作用于将数据的位向左或向右移动，可以用于算术运算或数据处理。 - `<Rs|sh>` 表示可以使用寄存器Rs或直接的移位值进行移位操作。 - ARM体系结构的不同版本可能对移位操作有不同的限制和处理方式。 5. **处理器模式和中断**： - Cortex-M3支持多种处理器模式，例如中断服务模式、系统模式等，这些模式影响了PSR中的标志和可访问的寄存器。 - `<iflags>` 标记中断处理方式，如a（中止）、i（中断）、f（快速中断）。 - `<p_mode>` 指定处理器运行的模式。 6. **常数和位域操作**： - `<imm8m>` 和 `<imm8>` 分别表示在ARM和Thumb模式下生成的32位常数。 - `<lsb>` 和 `<width>` 定义了位域操作，用于按位操作或提取数据。 7. **前缀和大小修饰符**： - `<prefix>` 用于并行指令的前缀，如LDRB和STRB的预加载或后加载操作。 - `{S}`、`{T}`、`{R}`、`{IA|IB|DA|DB}`、`{!}` 等修饰符指示特定操作的行为，如更新条件标志、用户模式特权、结果的舍入或截断、以及基址寄存器的更新时机。 Cortex-M3的ARM和Thumb-2指令集提供了丰富的指令来实现各种计算任务，包括数据处理、控制流程、内存访问等。了解这些指令集的细节对于编写高效的Cortex-M3嵌入式程序至关重要。