ARM Cortex-M3 Thumb2指令集详解
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更新于2024-10-07
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Cortex-M3处理器是ARM公司设计的一款微控制器核心，它主要针对嵌入式应用，具备高效能和低功耗的特点。其指令集基于Thumb-2技术，这是一种精简指令集(RISC)，旨在提供与传统的ARM指令集相当的功能，但使用更少的代码空间。
Thumb-2指令集是Thumb指令集的增强版，它扩展了16位指令集，引入了32位指令，使得Cortex-M3能够执行更复杂的操作。这种混合指令集提高了代码密度，同时保持了高性能。快速参考卡通常包含关键指令的简短描述和语法，帮助开发者快速查找和理解特定指令的用法。
以下是一些重要的Thumb2指令集关键字和格式：
1. **Rm{,<opsh>}**：指定了一个寄存器Rm，并可能包含一个位操作，如位移操作。例如，`Rm, LSL #5` 表示将Rm的内容左移5位。
2. **<Operand2>**：可以是立即数、寄存器或者寄存器位移，用于各种运算。移位操作仅适用于Operand2。
3. **<reglist>**：由逗号分隔的寄存器列表，用大括号包围，用于寄存器组操作，如`{R0, R1, R2}`。
4. **<PSR>**：处理器状态寄存器，包括CPSR（当前处理器状态寄存器）和SPSR（保存的处理器状态寄存器），存储处理器运行时的状态，如条件标志位。
5. **<reglist-PC>** 和 **<reglist+PC>**：类似于<reglist>，但可以包含或不包含程序计数器（PC）。
6. **C*，V***：在不同的ARM架构版本中，这些标记可能有不同的行为，例如在v4及更早版本中，它们可能导致不可预测的结果，而在v5及以上版本中，它们会保持不变。
7. **<iflags>**：中断标志，如a（中止）、i（中断）、f（快速中断），用于控制中断处理。
8. **<p_mode>**：处理器模式，如用户模式、系统模式等。
9. **<imm8m>**：8位立即数，根据上下文进行不同方式的位移。
10. **<lsb>** 和 **<width>**：用于位字段操作，定义位域的起始位置和宽度。
11. **<prefix>**：对于并行指令，定义指令前缀。
12. **{X}**：用于指示Rs寄存器的16位循环移位。
13. **{IA|IB|DA|DB}**：地址更新前缀，指示数据传输后基址寄存器的更新方式。
14. **{!}**：如果存在，表示在数据传输后立即更新基址寄存器。
15. **{S}**：条件标志更新，如果存在S，则根据指令结果更新条件标志。
16. **<size>**：数据类型，如B（字节）、SB（有符号字节）、H（半字）、SH（有符号半字）。
17. **{T}**：如果存在T，表示指令在用户模式下具有特权。
18. **{R}**：如果存在R，表示结果使用舍入，否则使用截断。
通过这些关键字和格式，开发者可以编写出针对Cortex-M3处理器的高效Thumb2指令，实现数据处理、内存访问、控制流转移等各种功能。理解和掌握这些指令是编写高效Cortex-M3代码的关键。
ARM
®
和 Thumb
®
-2 指令集
快速参考卡
表关键字
Rm {, <opsh>}
请参阅表寄存器，可选择移动常数个位
<Operand2>
请参阅表
灵活的操作数 2。 移位和循环移位只可用于 Operand2。
<reglist>
以逗号隔开的寄存器列表，括在大括号 { 和 } 内。
<fields>
请参阅表
PSR 域。
<reglist-PC>
作为 <reglist>，不能包含 PC。
<PSR>
CPSR（当前处理器状态寄存器）或 SPSR（保存的处理器状态寄存器）
<reglist+PC>
作为 <reglist>，包 含 PC。
C*，V* 在体系结构 v4 及其更早版本中，标记不可预知；在体系结构 v5 及其以后版本中，标记保持不变。
+/-
+ 或 -£ （+ 可省略。）
<Rs|sh>
可为 Rs 或一个直接移位值。 每种移位类型的允许值与 请参阅表 ARM 体系结构版本。
表寄存器，可选择移动常数个位 中的相同。
<iflags>
中断标记。 一个或多个 a、i、f（中止、中断、快速中断）。
x、y B 或 T，B 表示半寄存器 [15:0]，T 表示半寄存器 [31:16]。
<p_mode>
请参阅表处理器模式
<imm8m>
ARM：32 位常数，由 8 位值向右循环移偶数位生成。
SPm
<p_mode> 所指定的处理模式的 SP
Thumb：32 位常数，由 8 位值左移任意位生成，
<lsb>
位域的最低有效位。
格式模式为 0xXYXYXYXY、0x00XY00XY 或 0xXY00XY00。
<width>
位域宽度，<width> + <lsb> 必须小于或等于 32。
<prefix>
请参阅并行指令的前缀
{X}
如果有 X，则 RsX 为 Rs 循环 16 位生成。 否则，RsX 为 Rs。
{IA|IB|DA|DB}
之后增加、之前增加、之后减小、之前减小。
{!}
如果有 !，则在数据传送完毕后更新基址寄存器 （前变址）。
IB 和 DA 不可用于 Thumb 状态下。 如果省略，则缺省时为 IA。
{S}
如果有 S，则更新条件标记。
<size>
B、SB、H 或 SH，含义分别为字节、有符号字节、半字和有符号半字。
{T}
如果有 T，则带有用户模式特权。
SB 和 SH 不可用于 STR 指令。
{R}
如果存在 R，则对结果进行舍入，否则将其截断。
运算 汇编程序 S 更新 操作 注释
加法 加法
ADD{S} Rd, Rn, <Operand2>
NZCV
Rd := Rn + Operand2
N
带进位
ADC{S} Rd, Rn, <Operand2>
NZCV
Rd := Rn + Operand2 + 进位
N
宽
T2
ADD Rd, Rn, #<imm12>
Rd := Rn + imm12，imm12 的范围为 0-4095
T、P
饱和 {加倍}
5E
Q{D}ADD Rd, Rm, Rn Rd := SAT(Rm + Rn)
加倍：Rd := SAT(Rm + SAT(Rn * 2))
Q
寻址 PC 相对的寻址
ADR Rd, <label>
Rd := <label>，有 关 <label> 相对于当前指令的范围，请参阅注释 L
N、L
减法 减法
SUB{S} Rd, Rn, <Operand2>
NZCV
Rd := Rn - Operand2
N
带进位
SBC{S} Rd, Rn, <Operand2>
NZCV
Rd := Rn - Operand2 - NOT（进位）
N
宽
T2
SUB Rd, Rn, #<imm12>
NZCV
Rd := Rn - imm12，imm12 的范围为 0-4095
T、P
反向减法
RSB{S} Rd, Rn, <Operand2>
NZCV
Rd := Operand2 - Rn
N
带进位反向减法
RSC{S} Rd, Rn, <Operand2>
NZCV
Rd := Operand2 - Rn - NOT（进位）
A
饱和 {加倍}
5E
Q{D}SUB Rd, Rm, Rn Rd := SAT(Rm - Rn)
加倍：Rd := SAT(Rm - SAT(Rn * 2))
Q
从异常中返回，无出栈。
SUBS PC, LR, #<imm8>
PC = LR - imm8，CPSR = SPSR（当前模式），imm8 的范围为 0-255。
T
并行
算法
半字方式加法
6
<prefix>ADD16 Rd, Rn, Rm
Rd[31:16] := Rn[31:16] + Rm[31:16]，Rd[15:0] := Rn[15:0] + Rm[15:0]
G
半字方式减法
6
<prefix>SUB16 Rd, Rn, Rm
Rd[31:16] := Rn[31:16] - Rm[31:16]，Rd[15:0] := Rn[15:0] - Rm[15:0]
G
字节方式加法
6
<prefix>ADD8 Rd, Rn, Rm
Rd[31:24] := Rn[31:24] + Rm[31:24]，Rd[23:16] := Rn[23:16] + Rm[23:16]，
Rd[15:8] := Rn[15:8] + Rm[15:8]，Rd[7:0] := Rn[7:0] + Rm[7:0]
G
字节方式减法
6
<prefix>SUB8 Rd, Rn, Rm
Rd[31:24] := Rn[31:24] - Rm[31:24]，Rd[23:16] := Rn[23:16] - Rm[23:16]，
Rd[15:8] := Rn[15:8] - Rm[15:8]，Rd[7:0] := Rn[7:0] - Rm[7:0]
G
交换半字，半字方式加法，半字方式减法
6
<prefix>ASX Rd, Rn, Rm
Rd[31:16] := Rn[31:16] + Rm[15:0]，Rd[15:0] := Rn[15:0] - Rm[31:16]
G
交换半字，半字方减法，半字方式加法
6
<prefix>SAX Rd, Rn, Rm
Rd[31:16] := Rn[31:16] - Rm[15:0]，Rd[15:0] := Rn[15:0] + Rm[31:16]
G
差值的绝对值无符号求和
6
USAD8 Rd, Rm, Rs Rd := Abs(Rm[31:24] - Rs[31:24]) + Abs(Rm[23:16] - Rs[23:16])
+ Abs(Rm[15:8] - Rs[15:8]) + Abs(Rm[7:0] - Rs[7:0])
差值的绝对值无符号求和，再累加
6
USADA8 Rd, Rm, Rs, Rn Rd := Rn + Abs(Rm[31:24] - Rs[31:24]) + Abs(Rm[23:16] - Rs[23:16])
+ Abs(Rm[15:8] - Rs[15:8]) + Abs(Rm[7:0] - Rs[7:0])
饱和 有符号饱和字，右移
6
SSAT Rd, #<sat>, Rm{, ASR <sh>}
Rd := SignedSat((Rm ASR sh), sat)。<sat> 的范围为 1-32，<sh> 的范围为 1-31。
Q、R
有符号饱和字，左移
6
SSAT Rd, #<sat>, Rm{, LSL <sh>}
Rd := SignedSat((Rm LSL sh), sat)。<sat> 的范围为 1-32，<sh> 的范围为 0-31。
Q
有符号饱和两个半字
6
SSAT16 Rd, #<sat>, Rm
Rd[31:16] := SignedSat(Rm[31:16], sat)，
Rd[15:0] := SignedSat(Rm[15:0], sat)。<sat> 的范围为 1-16。
Q
无符号饱和字，右移
6
USAT Rd, #<sat>, Rm{, ASR <sh>}
Rd := UnsignedSat((Rm ASR sh), sat)。<sat > 的范围为 0-31，<sh> 的范围为 1-31。
Q、R
无符号饱和字，左移
6
USAT Rd, #<sat>, Rm{, LSL <sh>}
Rd := UnsignedSat((Rm LSL sh), sat)。<sat > 的范围为 0-31，<sh> 的范围为 0-31。
Q
无符号饱和两个半字
6
USAT16 Rd, #<sat>, Rm
Rd[31:16] := UnsignedSat(Rm[31:16], sat)，
Rd[15:0] := UnsignedSat(Rm[15:0], sat)。<sat> 范围为 0-15。
Q
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