指令集简述

"处理器只能执行由01组成的二进制序列".这句话相信已经在大家的脑海中回荡了数十年,那到底什么是处理器?所谓的二进制序列到底是什么?

这个问题想必很多朋友都有考虑过,但是始终不得解.甚至是对指令集,汇编也只是模模糊糊的知道有这个东西.在这一切都开始前首先明确一个简单的逻辑知识点:逻辑门电路是最基本的运算单元.逻辑门电路可以实现简单的算术运算,而驱动逻辑门电路的却是所谓的电,在抽象一点就是"正负电信号".而这个里的"正负电信号"就是所谓的二进制序列.

那么至此所谓的"二进制序列"就已经解释清楚了.但是二进制序列的组合方式无穷无尽,这就诞生了所谓的汇编.汇编可以理解为按照二进制序列的功能对其进行命名,这样就可以在英文单词与二进制序列之间搭起一个桥梁.

最基本的加法运算在逻辑门电路中有数不清的实现方式,以此类推同样的功能在不同的厂商手中有不同的实现方式.经过多年发展不同的厂商都发展出了各自特定的实现方式,这就是所谓的指令集.可以认为每个处理器都有自己独特的指令集,一般情况下新的处理器兼容旧处理器的指令集.

在嵌入式领域使用最多的就是 arm以及mips架构的处理器,本章接下去会对这两个汇编指令集做一些比较基本的介绍,方便大家在学习后面的章节时翻回来查阅

寄存器

名称	作用	备注
R0(a1)	通用寄存器	一般用于保存参数
R1(a2)	通用寄存器	一般用于保存参数
R2(a3)	通用寄存器	一般用于保存参数
R3(a4)	通用寄存器	一般用于保存参数
R4(v1)	通用寄存器	一般用于保存局部变量
R5(v2)	通用寄存器	一般用于保存局部变量
R6(v3)	通用寄存器	一般用于保存局部变量
R7(v4)	通用寄存器	一般用于保存局部变量
R8(v5)	通用寄存器	一般用于保存局部变量
R9(SB,V6)	通用寄存器	一般情况下约定:静态基址寄存器(内存寻址的基地址)
R10(SL,V7)	通用寄存器	一般情况下约定:数据栈限制指针(限制栈大小)
R11(FP,V8)	通用寄存器	一般情况下约定:栈底
R12(IP)	通用寄存器	一般情况下约定:内部程序调用暂存寄存器(变参,临时变量...)
R13(SP)	堆栈指针	栈顶
R14(LR)	连接寄存器	保存返回地址
R15(PC)	程序计数器	指向下一条要读取指令的地址
R16(CPSR)	状态寄存器	表示当前处理器的状态
R17(SPSR)	状态保存寄存器	异常处理中,备份 CPSR

数据传输指令

名称	作用	备注
mov r1, #0x1	数据传送	r1 = 0x1
LDR	读取数据	将指定地址上的字数据读入Rd
STR	数据保存	将Rd中的字数据存入指定地址
LDM	批量加载内存中的寄存器
STM	批量保存寄存器到内存中

跳转指令

助记符	说明	操作	条件码位置
B label	分支指令	PC←label	B{cond}
BL label	带链接的分支指令	LR←(返回地址)-，PC←label	BL{cond}
BX Rm	带状态切换的分支指令	PC←Rm，切换处理器状态	BX{cond}
BLX Rm/lable	结合BX BL的功能	结合BX BL	BLX{cond}

乘法指令

mips的运算指令和常规的x86区别不大,这里主要介绍以下乘法指令:

助记符	说明	操作	条件码位置
MUL Rd,Rm,Rs	32位乘法指令	Rd←Rm*Rs (Rd≠Rm)	MUL{cond}{S}
MLA Rd,Rm,Rs,Rn	32位乘加指令	Rd←Rm*Rs+Rn (Rd≠Rm)	MLA{cond}{S}
UMULL RdLo,RdHi,Rm,Rs	64位无符号乘法指令	(RdLo,RdHi) ←Rm*Rs	UMULL{cond}{S}
UMLAL RdLo,RdHi,Rm,Rs	64位无符号乘加指令	(RdLo,RdHi) ←Rm*Rs+(RdLo,RdHi)	UMLAL{cond}{S}
SMULL RdLo,RdHi,Rm,Rs	64位有符号乘法指令	(RdLo,RdHi) ←Rm*Rs	SMULL{cond}{S}
SMLAL RdLo,RdHi,Rm,Rs	64位有符号乘加指令	(RdLo,RdHi) ←Rm*Rs+(RdLo,RdHi)	SMLAL{cond}{S}

比较指令

助记符	说明	操作	条件码位置
CMP Rn, operand2	比较指令	标志N、Z、C、V←Rn-operand2	CMP{cond}
CMN Rn, operand2	负数比较指令	标志N、Z、C、V←Rn+operand2	CMN{cond}
TST Rn, operand2	位测试指令	标志N、Z、C、V←Rn & operand2	TST{cond}
TEQ Rn, operand2	相等测试指令	标志N、Z、C、V←Rn ^ operand2	TEQ{cond}

条件执行

arm所有的指令可以实现条件执行,只要在目标指令后面跟上对应的条件描述就行:

标志	含义
EQ	相等
NEQ	不相等
CS/HS	无符号数大于等于
CC/LO	无符号数小于
MI	负数
PL	正数或0
VS	溢出
VC	没有溢出
HI	无符号数大于
LS	无符号数小于等于
GE	有符号数大于等于
LT	有符号数小于
GT	有符号数大于
LE	有符号数小于等于
AL	无条件执行
NV	永远不执行