ARM指令集是ARM架构处理器的基础,它定义了处理器如何执行各种操作。ARM处理器采用的是RISC(精简指令集计算)设计,具有高效、低功耗的特点。在ARM指令集中,有以下关键概念:
1. **寄存器和处理器模式**:
ARM处理器拥有27个寄存器,其中16个在任何时候都可直接访问。寄存器0-7为通用寄存器,用途广泛;寄存器8-12在FIQ(快速中断)模式时使用其影子寄存器;寄存器13通常用作栈指针,但也可作为通用寄存器;寄存器14用于保存子程序返回地址,即链接寄存器LR;寄存器15是程序计数器PC,不仅存储指令地址,还反映处理器状态。
2. **处理器模式**:
ARM支持多种处理器模式,包括用户模式(User)、服务模式(SVC)、中断模式(IRQ)和快速中断模式(FIQ)。在不同模式下,某些寄存器有对应的影子寄存器,用于保存上下文。
3. **程序状态寄存器和相关指令**:
程序状态寄存器(PSR)记录了处理器当前的执行状态,如条件码、中断禁止位等。有专门的指令可以读取、修改PSR的内容,以改变处理器的行为。
4. **寄存器装载和存储指令**:
这类指令用于数据在寄存器和内存之间的移动,如LDR(Load Register)加载内存中的数据到寄存器,STR(Store Register)将寄存器中的数据存入内存。
5. **算术和逻辑指令**:
包括加法、减法、乘法、除法、逻辑与、逻辑或、逻辑异或等基本运算。
6. **移位操作**:
ARM指令集提供了左移、右移和循环移位等操作,可以在寄存器操作数上进行位级别的移位。
7. **乘法指令**:
ARM处理器通常包含硬件乘法器,可以执行快速的整数乘法和乘加操作。
8. **比较指令**:
用于比较两个数值,设置条件码,供条件执行指令使用。
9. **分支指令**:
如B(Branch)指令用于无条件跳转,BL(Branch and Link)指令用于跳转并保存返回地址。
10. **条件执行**:
ARM指令可以有条件执行,根据程序状态寄存器的条件码来决定是否执行某条指令,提高效率。
11. **软件中断指令**:
SWI(Software Interrupt)用于调用操作系统服务。
12. **ARM过程调用标准(APCS)**:
APCS定义了函数调用和返回的标准约定,包括参数传递、堆栈管理和异常处理。
13. **编写安全的32-bit代码的基本规则**:
包括正确管理寄存器,避免未初始化的变量,确保内存对齐,以及遵循特定的编程规范等。
14. **IEEE浮点指令**:
支持IEEE 754浮点运算标准,包括浮点加、减、乘、除及比较。
15. **汇编器伪指令**:
伪指令是给汇编器使用的指令,它们在汇编过程中会被转换成真正的机器指令。
16. **指令快速查找**:
提供快速查找表,帮助程序员迅速定位和理解特定功能的指令。
17. **ARM指令格式**:
ARM指令通常采用固定长度的32位格式,包括操作码、操作数地址和可能的立即数。
这些知识点构成了ARM指令集的基础,理解和掌握这些内容对于编写高效的ARM架构代码至关重要。无论是嵌入式系统开发、移动设备应用还是高性能计算,理解ARM指令集都是必要的技能。