ARM指令集编码格式解读

说明：

1、本文参考的书籍《ARM Architecture Reference Manual ARMv7-A and ARMv7-R edition》中的Chapter A5: ARM Instruction Set Encoding.

2、本人对本文最终效果中的表格缩进没有对齐的现象表示歉意，因为目前本人解决不了   🙂

3、本文的解读流程如下：

1、Format of the CPSR and SPSRs：因为CPSR中有影响指令执行的条件标志；

2、The major subdivisions of the ARM instruction set：这里细分ARM指令为7个种类；

3、The condition code field：对指令中的条件位域进行了解读；

4、Data-processing and miscellaneous instructions：针对the major subdivisions of the ARM instruction set中的7中ARM指令种类，对第一种“Data-processing and miscellaneous instructions”进行了解读；

5、Data-processing (register)：针对Data-processing and miscellaneous instructions中的14种指令，对第一种“Data-processing (register)”进行了解读；

6、AND (register)：针对Data-processing (register)中的22种指令，对第一种“AND (register)”进行了解读；

4、如您在3中看到的，本文仅仅是对32位的ARM指令的一种简单的理解性解读；

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一、为什么要解读ARM指令编码？

二、Format of the CPSR and SPSRs（CPSR and SPSRs格式）：

三、The major subdivisions of the ARM instruction set（细分ARM指令集）：

四、The condition code field（条件位域）：

五、Data-processing and miscellaneous instructions（数据处理和杂项指令）：

六、Data-processing (register)(数据处理(寄存器))：

七、AND (register)：

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一、为什么要解读ARM指令编码？

以前每次当我看到或者听说汇编指令的时候,我都会觉得很好奇：

1、汇编指令入是如何组成的？

2、mov r2, 0x33： 这条ARM汇编指令是如何保存指令中的mov，r2，0x33各部分？

3、bic r1, r1, r2：这条ARM汇编指令是如何保存指令中的bic，r1，r1，r2各部分？

4、一条ARM汇编指令那么长,怎么可能32位就能包含？而且还包含了判断条件在里面；

虽然很多时候好奇,但是毕竟个人知识水平有限,并没有能够理解这里面的原理,也许今天解读完这章英文文档能够从中得知玄机.

二、Format of the CPSR and SPSRs（CPSR and SPSRs格式）：

1、以下是CPSR and SPSRs的位域格式图：

2、由于本文仅仅需要用Condition flags，所以不对其他位域进行解读：

Condition flags, bits[31:28]

Set on the result of instruction execution(设置的指令执行结果). The flags are:

1、N, bit[31] Negative condition flag            (负数标志)

2、Z, bit[30] Zero condition flag                  (0标志)

3、C, bit[29] Carry condition flag                 (进位标志)

4、V, bit[28] Overflow condition flag            (溢出标志)

The condition flags can be read or written in any mode.( 在任何模式下可以对条件标志读取或写入)

三、The major subdivisions of the ARM instruction set（细分ARM指令集）：

1、ARM 指令流是一连串的字对齐的四字节指令流。每个 ARM 指令是一个单一的 32 位字(4字节)。ARM 指令细分编码格式如下图：

2、以下是对细分ARM指令集的位域分布，以及细分出的指令种类说明：

3、本文后续部分只对Instruction classes(指令分类)中的“数据处理和杂项指令”部分进行解读，其他部分类似，没必要全部解读，毕竟不是为了翻译。

四、The condition code field（条件位域）：

1、每一条可条件执行的条件指令都有4位的条件位域(记住,只有四位) ，条件位域的值在0b0000-0b1110之间，如下是条件位域在32位ARM指令中的位置:

2、以下是对条件位域的值的列表，可条件执行指令执行受CPSR的condition flags中对应的位影响：

3、汇编语言中溢出和进位的不同：

1、对于非符号数来说，不存在溢出的问题，它的进位就相当于符号数中的溢出；

2、而对于符号数来说，不存在进位的问题：

1、两个正数相加(或一个正数减一个负数)得到负数；

2、两个负数相加得到正数，就是溢出了；

3、一个正数和一个负数相加不可能溢出。

五、Data-processing and miscellaneous instructions（数据处理和杂项指令）：

1、数据处理和杂项指令的位域分布图如下：

2、这是对数据处理和杂项指令的位域说明表：

3、本文后续部分只对Instruction or instruction class中的“Data-processing (register)(数据处理(寄存器))”部分进行解读，其他部分类似，没必要全部解读，毕竟不是为了翻译。

六、Data-processing (register)(数据处理(寄存器))：

1、数据处理(寄存器)位域分布如下图所示：

2、这对数据处理(寄存器)位域的说明表，本人就不对内容进行翻译了，如果有困难，可以使用bing，google翻译，不建议使用其他的翻译软件，不解释原因  :）

3、本文后续部分只对Instruction中的“Bitwise AND”部分进行解读，其他部分类似，没必要全部解读，毕竟不是为了翻译。

七、AND (register)：

1、本文只对AND (register)中的Encoding A1 ARMv4*, ARMv5T*, ARMv6*, ARMv7指令进行解读，以下是位域分布图：

2、指令编码位域意义：

1、cond：  是条件码

2、S：       代表该指令是否会影响CPSR的状态标志

3、Rn：     是保存第一个操作数的寄存器

4、Rm：    保存第二个操作数的寄存器

5、Rd：     保存运行结果的寄存器

6、imm5： 保存Rm中的数据要被移多少位

7、type：   移位的类型，向左移还是向右移，以及是否是循环移位等等

3、汇编语法：

1、AND{S}{<c>}{<q>} {<Rd>,} <Rn>, <Rm> {, <shift>}

2、解析:

1、S:        如果有S标志,指令运行结果会更新CPSR状态标志。否则，该CPSR状态标志不会更新;

2、<c>, <q>:  See Standard assembler syntax fields on page A8-287.

3、<Rd>:     目的寄存器;

4、<Rn> :    第一个操作数寄存器;

5、<Rm>:    第二个操作数寄存器;

6、<shift>:   这个数字会对<Rm>寄存器中的值进行移位;

3、AND指令Demo：

1、ADD R0，R2，R3，LSL#1 ； R0 = R2 + (R3 << 1)

2、解析：

1、S：有S标志，说明运算结果会影响CPSR寄存器的状态标志位；

2、<c>：没有条件，说明没有是无条件执行；

3、<Rd>：目的寄存器为R0；

4、<Rn>：第一个操作数寄存器为R2；

5、<Rm>：第二个操作数寄存器为R3;

6、<shift>：对R3进行逻辑左移1位;