arm架构命令看路由信息命令 arm架构的指令集

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mob64ca140caeb2 2023-12-19 20:04:26

文章标签 arm架构命令看路由信息命令 ARM指令指令集寄存器操作数 文章分类 架构后端开发

一．概念：

二．指令集种类

1.算术运算指令

1.1.ADD指令

1.2.ADC指令

1.3.SUB指令

1.4.SBC指令

2.逻辑运算指令

2.1.AND指令

2.2.EOR

3.MOV指令

4.分支指令

5.数据传送指令

5.1.单一数据传送指令

5.2.多数据传送指令

三、ARM指令集有哪些版本和架构？

四、ARM指令集如何执行？

五、ARM指令集与其他指令集有何不同？

六、如何编写适用于ARM架构的代码？

1、了解ARM架构的特点和指令集

2、使用适当的编译器和工具链

3、考虑内存和性能

4、优化代码

七、ARM指令集的性能如何？

八、ARM指令集用于哪些领域和应用程序？

九、ARM指令集是否支持浮点运算和向量计算？

十、ARM指令集的开发和维护由谁负责？

一．概念：

指令集指一个微处理器所有指令的集合。处理器的指令集可以分为CISC（复杂指令集）和RISC（精简指令集），ARM处理器使用RISC。

ARM处理器支持ARM和Thumb两种指令集：ARM指令集工作在32位模式下，指令长度都是32b；Thumb指令集工作在16位模式下，指令长度都是16b。

二．指令集种类

1.算术运算指令

1.1.ADD指令

ADD指令用与普通的加法运算。

格式：ADD{条件} {S} <dest>, <op_1>, <op_2>

//dest是目的寄存器，op_1和op_2是操作数dest=op_1+op_2

ADD指令把两个操作数op_1和op_2相加的结果存放到目的寄存器dest中，操作数op_1和op_2可以是寄存器或者是一个立即数。

例：

ADD     R0， R1，R2           ;  R0=R1+R2

ADD     R0， R1，#256         ;  R0=R1+256

ADD     R0， R1，R3，LSL#1   ;  R0=R1+(R3<<1)

1.2.ADC指令

ADC指令用于带进位的加法运算。

格式：ADC{条件} {S} <dest>, <op_1>, <op_2>

//dest是目的寄存器，op_1和op_2是操作数dest = op_1 + op_2 + carry

ADC指令把两个操作数op_1和op_2相加的结果存放到目的寄存器dest中。ADC指令使用一个进位标志位，可以进行大于32位的加法操作。

例：

；64位数结果：存放在寄存器R0和R1

；两个32位数：存放在寄存器R2和R3

ADCS    R0，R2，R3   ;带进位加，结果保存在R0和R1寄存器

1.3.SUB指令

格式：SUB{条件} {S} <dest>, <op_1>, <op_2>

//dest是目的寄存器，op_1和op_2是操作数dest=op_1-op_2

SUB指令把两个操作数op_1和op_2相减的结果存放到目的寄存器dest中，操作数op_1和op_2可以是寄存器或者是一个立即数。

例：

SUB     R0， R1，R2           ;  R0=R1-R2

SUB     R0， R1，#256         ;  R0=R1-256

SUB     R0， R1，R3，LSL#1   ;  R0=R1-(R3<<1)

1.4.SBC指令

格式：SBC{条件} {S} <dest>, <op_1>, <op_2>

//dest是目的寄存器，op_1和op_2是操作数dest = op_1 - op_2 -! Carry

SBC指令把两个操作数op_1和op_2相减的结果存放到目的寄存器dest中.SBC指令支持借位标志，故可以支持大于32位的减法操作。

2.逻辑运算指令

2.1.AND指令

AND指令求连个操作数的逻辑与的结果

格式：AND{条件} {S} <dest>, <op_1>, <op_2>

//dest是目的寄存器，op_1和op_2是操作数dest=op_1 AND op_2

AND指令在两个操作数op_1和op_2做逻辑与操作，结果存放到目的寄存器dest中，AND指令常用于屏蔽寄存器中的某一位。op_1是寄存器，op_2可以是寄存器或者是一个立即数。

例:

AND    R0， R0，#3      ;R0的第0位和第1位保持不变，其他位清零

2.2.EOR

EOR指令对两个操作数做异或运算。

格式：EOR{条件} {S} <dest>, <op_1>, <op_2>

//dest是目的寄存器，op_1和op_2是操作数dest=op_1 EOR op_2

EOR指令在两个操作数op_1和op_2做逻辑异或操作，结果存放到目的寄存器dest中，常用于设置某个特定反转。EOR指令中，op_1是寄存器，op_2可以是寄存器或者是一个立即数。

例:

EOR    R0， R0，#3      ;R0的第0位和第1位被反转

3.MOV指令

MOV指令在两个操作数之间复制数据。

格式：MOV{条件} {S} <dest>, <op_1>

//dest是目的寄存器，op_1是操作数dest=op_1

MOV指令的作用是把另一个寄存器中，支持操作数的移位操作。

例：

MOV   R0，R0            ;R0 = R0相当于没有操作

MOV   R0，R0，LST#3    ;R0 = R0 * 8 LST寄存器左移3位，相当于乘8

4.分支指令

B指令可以根据设置的条件跳转到指定的代码地址。

格式; B{条件} <地址>

B指令是分支跳转指令。程序中遇到B指令会立即跳转到指定地址，然后继续从新的地址开始运行程序。

5.数据传送指令

数据传送指令用于CPU和存储器之间的数据传送，是ARM处理器唯一能与外部存储器交换数据的一类指令。

5.1.单一数据传送指令

单一数据传送指令用于内向存储。

格式：

LDR{条件} Rd;<地址>

STR{条件} Rd;<地址>

LDR{条件}B Rd;<地址>

STR{条件}B Rd;<地址>

单一数据传送指令STR和LDR可以在内存和寄存器之间装载或者存储一个或多个字节的数据，并提供了；灵活的寻址方式。Rd是要操作的数值，地址可以是基址寄存器Rbase和变址寄存器Rindex指定的地址。在条件后加入标志B代表一次传送1字节数据。

常见寻址方式：

STR   Rd,  [Rbase]             ;存储Rd到Rbase所包含的有效地址

STR   Rd,  [Rbase，Rindex]    ;存储Rd到Rbase+Rindex所合成的有效地址

STR   Rd,  [Rbase，#index]    ;存储Rd到Rbase+index所合成的有效地址，index是立即数

5.2.多数据传送指令

多数据传送指令用于向内存装载和存储多个字节或字的数据。

格式; xxM{条件} {类型} Rn{!}, <寄存器列表>{^}

其中，xx可以是LD(装载），也可以是ST(存储).多数据传送指令用于寄存器和内存之间多个数据的复制。

指令包括：

LDMED    LDMIB   ;装载前增加地址，相当于C语言的++p

LDMFD    LDMIA   ;装载前增加地址，相当于C语言的p++

LDMEA    LDMDB   ;装载前增加地址，相当于C语言的++*p

LDMFA    LDMDA   ;装载前增加地址，相当于C语言的*p++

STMFA    STMIB     ;存储前增加地址

STMEA    STMIA     ；存储后增加地址

STMFD    STMDB    ；存储前增加值

STMED    STMDA    ；存储后增加值

附：

ARM处理器支持的移位操作：

LSL 逻辑左移寄存器的二进制位从右往左移动，空出的位补0

LSR 逻辑右移寄存器的二进制位从左往右移动，空出的位补0

ASR 算术右移移位过程中符号位不变，即如果源操作数是正数，则字的高端空出的位补0否则补1

ROR 循环右移寄存器的低端移出的位填入字的高端空出的位

RRX 带扩展的循环位移操作数右移一位，高端空出的位用原C标志值填充

三、ARM指令集有哪些版本和架构？

ARM指令集有多个版本和架构，其中最常见的包括以下几种：

ARMv6：这是最早的ARM指令集版本，用于早期的ARM处理器和嵌入式系统。
ARMv7：这是目前使用最广泛的ARM指令集版本，被用于大量的智能手机和平板电脑等移动设备上。ARMv7指令集包括多个不同的架构，包括A、R和M。
ARMv8：这是最新的ARM指令集版本，引入了64位架构，提高了处理器性能和能效。ARMv8指令集还包括多个架构，包括A、R和M。

除了上述常见的ARM指令集版本和架构之外，ARM还针对不同的应用领域推出了一些特定的指令集版本，例如ARMv7-M用于嵌入式系统和微控制器，ARMv7-A用于应用领域等。

四、ARM指令集如何执行？

ARM指令集的执行过程可以简单地描述为以下三个步骤：

取指阶段（Instruction Fetch）：CPU从内存中读取下一条要执行的指令，并将其存储在指令寄存器中。
执行阶段（Instruction Execute）：根据指令的类型和操作数，CPU执行该指令。例如，如果指令是ADD R1, R2, R3，CPU会将寄存器R2和R3的值相加，并将结果存储在R1中。
存储阶段（Memory Access/Writing）：在一些指令需要访问内存时，CPU会根据指令中的地址，将数据从内存中读取或写入内存中。这些指令通常包括加载（load）和存储（store）指令。

以上三个步骤将循环执行，直到程序结束。ARM指令集的执行过程高度优化和流水线处理，可以实现高效的程序执行速度和性能。

五、ARM指令集与其他指令集有何不同？

ARM指令集与其他指令集（如x86）有以下几个不同点：

RISC架构：ARM指令集属于RISC（Reduced Instruction Set Computing）架构，相比x86等CISC（Complex Instruction Set Computing）架构，指令数量更少，指令长度也更短，执行效率更高。
使用寄存器：ARM指令集使用寄存器来传递参数和保存变量，而x86等指令集则使用堆栈。
条件执行：ARM指令集支持条件执行，可以根据条件决定是否执行某个指令，这可以使代码更加紧凑高效。
编译器优化：由于ARM指令集的简单性和规范性，编译器可以更好地优化代码，提高执行效率。
不同版本：ARM指令集有多个版本，适用于不同的场景和设备，如ARMv6适用于低功耗嵌入式设备，而ARMv8适用于服务器和高性能计算机等场景。

六、如何编写适用于ARM架构的代码？

编写适用于ARM架构的代码需要考虑以下几个方面：

1、了解ARM架构的特点和指令集

ARM架构采用精简指令集（RISC）的设计理念，其指令集主要包括数据处理指令、加载/存储指令、分支/跳转指令等。开发者需要了解ARM架构的特点和指令集，以便编写出高效且优化的代码。

2、使用适当的编译器和工具链

针对ARM架构进行编程需要使用适当的编译器和工具链。其中，ARM的工具链包括编译器、调试器、链接器、库文件等，对于ARM架构的编程可以使用GCC/G++、LLVM/Clang等编译器工具链。

3、考虑内存和性能

ARM处理器在内存和性能方面与传统的桌面计算机不同，ARM处理器使用的内存技术和技巧也与桌面计算机有所不同。因此，编写适用于ARM架构的代码时需要考虑内存和性能的限制，以避免出现性能瓶颈和内存不足的问题。

4、优化代码

为了提高ARM架构上程序的性能，需要对代码进行优化。优化的方式包括利用寄存器、循环展开、代码重排、缓存优化、指令级并行等，这些方法都可以有效地提高程序的执行效率。

综上所述，编写适用于ARM架构的代码需要对ARM架构有深入的了解，使用适当的编译器和工具链，考虑内存和性能等问题，并对代码进行优化。

七、ARM指令集的性能如何？

ARM指令集的性能非常优秀。由于ARM指令集的设计目标是在低功耗、高性能和小尺寸之间取得平衡，因此它非常适合嵌入式系统和移动设备。ARM处理器通常拥有低功耗、高效率和优秀的节能性能，这使得它们非常适合用于智能手机、平板电脑、汽车控制系统和其他嵌入式设备。此外，ARM指令集具有高度的可靠性和可扩展性，使得它们非常适合处理器高并发的工作负载。最新的ARM处理器还包括许多高级特性，如虚拟化、硬件加速和多核支持，这些特性使得它们能够应对更广泛的应用场景。因此，ARM指令集的性能是非常强大和有竞争力的。

八、ARM指令集用于哪些领域和应用程序？

ARM指令集广泛应用于嵌入式系统和移动设备，包括智能手机、平板电脑、数字电视、网络路由器等领域。此外，由于其低功耗、高性能和可靠性，ARM指令集也被用于许多其他应用程序，例如军事、航空航天、汽车、医疗和工业控制等。它还被广泛用于微控制器和微处理器中，包括网络设备、传感器、嵌入式软件等各种应用。总之，ARM指令集已经成为现代数字设备中最受欢迎的处理器架构之一。

九、ARM指令集是否支持浮点运算和向量计算？

是的，ARM指令集支持浮点运算和向量计算。ARM指令集中有专门用于浮点运算和向量计算的指令集，如VFP（向量浮点处理器）指令集和NEON指令集。VFP指令集提供了对浮点数和高精度浮点数的支持，而NEON指令集则提供了对SIMD（单指令多数据）向量计算的支持，可用于加速图像、音频、视频等应用程序的处理。