資料介紹
跳轉(B)和跳轉連接(BL)指令是改變指令執行順序的標準方式。ARM一般按照字地址順序執行指令,需要時使用條件執行跳過某段指令。只要程序必須偏離順序執行,就要使用控制流指令來修改程序計數器。盡管在特定情況下還有其他幾種方式實現這個目的,但轉移和轉移連接指令是標準的方式。
跳轉指令改變程序的執行流程或者調用子程序。這種指令使得一個程序可以使用子程序、if-then-else結構以及循環。執行流程的改變迫使程序計數器PC指向一個新的地址,ARMv5架構指令集包含的跳轉指令如表8.1所示。
表8.1 ARMv5架構跳轉指令
助記符說 明操 作
B跳轉指令pc←label
BL帶返回的連接跳轉pc←label(lr←BL后面的第一條指令)
BX跳轉并切換狀態pc←Rm&0xfffffffe, T←Rm&1
BLX帶返回的跳轉并切換狀態pc←lable, T←1
pc←Rm&0xfffffffe, T←Rm&1
lr←BL后面的第一條指令
另一種實現指令跳轉的方式是通過直接向PC寄存器中寫入目標地址值,實現在4GB地址空間中任意跳轉,這種跳轉指令又被稱為長跳轉。如果在長跳轉指令之前使用“MOV LR”或“MOV PC”等指令,可以保存將來返回的地址值,也就實現了在4GB的地址空間中的子程序調用。
在ARMv5以前的版本中,傳送到PC寄存器中的目標地址值的低兩位bits[1∶0]被忽略,跳轉指令只能在ARM指令集中執行,即程序不能從ARM狀態切換到Thumb狀態。在非T系列版本5的ARM體系不含Thumb指令,當程序試圖切換到Thumb狀態時,將產生未定義指令異常中斷。
在ARMv5以后的版本中,有兩種類型的帶連接的跳轉切換指令(BLX),敘述如下。
(1)形式如“BLX 《Rm》”,它是一種類似于帶寄存器Rm的BX指令。指令執行BX操作,同時將返回地址放到LR寄存器中。這種形式的帶狀態切換的跳轉連接指令,方便了ARM/Thumb互交的子程序調用。
(2)另一種類型的BLX指令類似于BL指令,指令使程序跳轉到指定地址,并將返回地址保存到LR寄存器中,該指令能夠實現32MB地址空間的跳轉。與BL指令的不同之處在于它返回到Thumb狀態,而不是ARM狀態。
8.1 跳轉指令B及帶連接的跳轉指令BL
1.指令編碼格式
跳轉指令B使程序跳轉到指定的地址執行程序。帶連接的跳轉指令BL將下一條指令的地址拷貝到r14(即返回地址連接寄存器LR)寄存器中,然后跳轉到指定地址運行程序。需要注意的是,這兩條指令和目標地址處的指令都要屬于ARM指令集。兩條指令都可以根據CPSR中的條件標志位的值決定指令是否執行。
指令的編碼格式如圖8.1所示。
圖8.1 B&BL指令編碼格式
2.指令的語法格式
B{L}{《cond》} 《target_address》
① 《cond》
為指令編碼中的條件域。它指示指令在什么條件下執行。當《cond》忽略時,指令為無條件執行(cond=AL(Alway))。
② L
L位(bit[24])=1,指令存儲返回地址到LR;L位(bit[24])=0,指令僅實現跳轉,不保存返回指令。
③ 《target_addrss》
指令跳轉的目標地址。指令通過下面的方法計算目標地址。
· 將24位的立即數符號擴展為32位。
· 將擴展后的32位立即數左移兩位。
· 將得到的值加到PC寄存器中,即得到跳轉的目標地址。
注意由于以上原因,B和BL指令只能實現±32MB空間的跳轉。
3.指令操作的偽代碼
指令操作的偽代碼如下面程序段所示。
If conditionPassed{cond} then
If L==1 then
LR = address of the instruction after the branch instruftion
PC = PC + (SignExtend(signed_immed_24)《《2)
4.指令的使用
BL指令用于實現子程序調用。子程序的返回可以通過將LR寄存器的值復制到PC寄存器來實現。下面三種指令可以實現子程序返回。
· BX r14(如果體系結構支持BX指令)。
· MOV PC,r14。
· 當子程序在入口處使用了壓棧指令:
STMFD r13!,{《registers》,r14},
可以使用指令。
LDMFD r13!,{《registers》,PC}
將子程序返回地址放入PC中。
ARM匯編器通過以下步驟計算指令編碼中的signed_immed_24。
(1)將PC寄存器的值作為本跳轉指令的基地址值。
(2)從跳轉的目標地址中減去上面所說的跳轉的基地址,生成字節偏移量。由于ARM指令是字對齊的,該字節偏移量為4的倍數。
(3)當上面生成的字節偏移量超過-33554432~+33554430時,不同的匯編器使用不同的代碼產生策略。
(4)否則,將指令編碼字中的signed_immed_24設置成上述字節偏移量的bits[25∶2]。
注意在一些RISC體系結構的處理器中,存在延時跳轉(delayed branch)模式,即在程序執行跳轉指令跳轉到目標地址之前,程序會執行跳轉指令之后的指令。但在ARM體系中,沒有這種延時跳轉機制。
5.指令舉例
(1)程序跳轉到LABLE標號處。
B LABLE ;
ADD r1,r2,#4
ADD r3,r2,#8
SUB r3,r3,r1
LABLE
SUB r1,r2,#8
(2)跳轉到絕對地址0x1234處。
B 0x1234
(3)跳轉到子程序func處執行,同時將當前PC值保存到LR中。
BL func
(4)條件跳轉:當CPSR寄存器中的C條件標志位為1時,程序跳轉到標號LABLE處執行。
BCC LABLE
(5)通過跳轉指令建立一個無限循環。
LOOP
ADD r1,r2,#4
ADD r3,r2,#8
SUB r3,r3,r1
B LOOP
(6)通過使用跳轉使程序體循環10次。
MOV r0,#10
LOOP
SUBS r0,#1
BNE LOOP
(7)條件子程序調用示例。
……
CMP r0,#5 ;如果r0《5
BLLT SUB1 ;則調用
BLGE SUB2 ;否則調用SUB2
注意只有SUB1不改變條件碼,本例才能正確執行,因為如果BLLT執行了轉移,將返回到BLGE指令。如果條件碼被SUB1子程序改變,則SUB2可能又會被執行,從而達不到指令的預期效果。
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跳轉指令改變程序的執行流程或者調用子程序。這種指令使得一個程序可以使用子程序、if-then-else結構以及循環。執行流程的改變迫使程序計數器PC指向一個新的地址,ARMv5架構指令集包含的跳轉指令如表8.1所示。
表8.1 ARMv5架構跳轉指令
助記符說 明操 作
B跳轉指令pc←label
BL帶返回的連接跳轉pc←label(lr←BL后面的第一條指令)
BX跳轉并切換狀態pc←Rm&0xfffffffe, T←Rm&1
BLX帶返回的跳轉并切換狀態pc←lable, T←1
pc←Rm&0xfffffffe, T←Rm&1
lr←BL后面的第一條指令
另一種實現指令跳轉的方式是通過直接向PC寄存器中寫入目標地址值,實現在4GB地址空間中任意跳轉,這種跳轉指令又被稱為長跳轉。如果在長跳轉指令之前使用“MOV LR”或“MOV PC”等指令,可以保存將來返回的地址值,也就實現了在4GB的地址空間中的子程序調用。
在ARMv5以前的版本中,傳送到PC寄存器中的目標地址值的低兩位bits[1∶0]被忽略,跳轉指令只能在ARM指令集中執行,即程序不能從ARM狀態切換到Thumb狀態。在非T系列版本5的ARM體系不含Thumb指令,當程序試圖切換到Thumb狀態時,將產生未定義指令異常中斷。
在ARMv5以后的版本中,有兩種類型的帶連接的跳轉切換指令(BLX),敘述如下。
(1)形式如“BLX 《Rm》”,它是一種類似于帶寄存器Rm的BX指令。指令執行BX操作,同時將返回地址放到LR寄存器中。這種形式的帶狀態切換的跳轉連接指令,方便了ARM/Thumb互交的子程序調用。
(2)另一種類型的BLX指令類似于BL指令,指令使程序跳轉到指定地址,并將返回地址保存到LR寄存器中,該指令能夠實現32MB地址空間的跳轉。與BL指令的不同之處在于它返回到Thumb狀態,而不是ARM狀態。
8.1 跳轉指令B及帶連接的跳轉指令BL
1.指令編碼格式
跳轉指令B使程序跳轉到指定的地址執行程序。帶連接的跳轉指令BL將下一條指令的地址拷貝到r14(即返回地址連接寄存器LR)寄存器中,然后跳轉到指定地址運行程序。需要注意的是,這兩條指令和目標地址處的指令都要屬于ARM指令集。兩條指令都可以根據CPSR中的條件標志位的值決定指令是否執行。
指令的編碼格式如圖8.1所示。
圖8.1 B&BL指令編碼格式
2.指令的語法格式
B{L}{《cond》} 《target_address》
① 《cond》
為指令編碼中的條件域。它指示指令在什么條件下執行。當《cond》忽略時,指令為無條件執行(cond=AL(Alway))。
② L
L位(bit[24])=1,指令存儲返回地址到LR;L位(bit[24])=0,指令僅實現跳轉,不保存返回指令。
③ 《target_addrss》
指令跳轉的目標地址。指令通過下面的方法計算目標地址。
· 將24位的立即數符號擴展為32位。
· 將擴展后的32位立即數左移兩位。
· 將得到的值加到PC寄存器中,即得到跳轉的目標地址。
注意由于以上原因,B和BL指令只能實現±32MB空間的跳轉。
3.指令操作的偽代碼
指令操作的偽代碼如下面程序段所示。
If conditionPassed{cond} then
If L==1 then
LR = address of the instruction after the branch instruftion
PC = PC + (SignExtend(signed_immed_24)《《2)
4.指令的使用
BL指令用于實現子程序調用。子程序的返回可以通過將LR寄存器的值復制到PC寄存器來實現。下面三種指令可以實現子程序返回。
· BX r14(如果體系結構支持BX指令)。
· MOV PC,r14。
· 當子程序在入口處使用了壓棧指令:
STMFD r13!,{《registers》,r14},
可以使用指令。
LDMFD r13!,{《registers》,PC}
將子程序返回地址放入PC中。
ARM匯編器通過以下步驟計算指令編碼中的signed_immed_24。
(1)將PC寄存器的值作為本跳轉指令的基地址值。
(2)從跳轉的目標地址中減去上面所說的跳轉的基地址,生成字節偏移量。由于ARM指令是字對齊的,該字節偏移量為4的倍數。
(3)當上面生成的字節偏移量超過-33554432~+33554430時,不同的匯編器使用不同的代碼產生策略。
(4)否則,將指令編碼字中的signed_immed_24設置成上述字節偏移量的bits[25∶2]。
注意在一些RISC體系結構的處理器中,存在延時跳轉(delayed branch)模式,即在程序執行跳轉指令跳轉到目標地址之前,程序會執行跳轉指令之后的指令。但在ARM體系中,沒有這種延時跳轉機制。
5.指令舉例
(1)程序跳轉到LABLE標號處。
B LABLE ;
ADD r1,r2,#4
ADD r3,r2,#8
SUB r3,r3,r1
LABLE
SUB r1,r2,#8
(2)跳轉到絕對地址0x1234處。
B 0x1234
(3)跳轉到子程序func處執行,同時將當前PC值保存到LR中。
BL func
(4)條件跳轉:當CPSR寄存器中的C條件標志位為1時,程序跳轉到標號LABLE處執行。
BCC LABLE
(5)通過跳轉指令建立一個無限循環。
LOOP
ADD r1,r2,#4
ADD r3,r2,#8
SUB r3,r3,r1
B LOOP
(6)通過使用跳轉使程序體循環10次。
MOV r0,#10
LOOP
SUBS r0,#1
BNE LOOP
(7)條件子程序調用示例。
……
CMP r0,#5 ;如果r0《5
BLLT SUB1 ;則調用
BLGE SUB2 ;否則調用SUB2
注意只有SUB1不改變條件碼,本例才能正確執行,因為如果BLLT執行了轉移,將返回到BLGE指令。如果條件碼被SUB1子程序改變,則SUB2可能又會被執行,從而達不到指令的預期效果。
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