ARM 汇编常用指令详解与应用实例
ARM 汇编语言是嵌入式系统开发的基础，以下详细介绍常用指令的功能、语法及应用场景，并结合实例说明。
| 数据传输指令 | MOV Rd, Rn或MOV Rd, #imm |
将寄存器Rn中的数据或立即数imm传送到寄存器Rd中 |
MRS Rd, CPSR或MRS Rd, SPSR |
将程序状态寄存器（CPSR或SPSR）中的数据传送到通用寄存器Rd中 |
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MSR CPSR, Rn或MSR SPSR, Rn |
将通用寄存器Rn中的数据传送到程序状态寄存器（CPSR或SPSR）中 |
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| 存储器访问指令 | LDR Rd, [Rn]或LDR Rd, [Rn, #offset]或LDR Rd, [Rn, Rm] |
从内存中加载数据到寄存器。[Rn]表示以Rn的值为地址的内存单元；[Rn, #offset]表示以Rn的值加上偏移量offset为地址的内存单元；[Rn, Rm]表示以Rn的值加上Rm的值为地址的内存单元 |
STR Rd, [Rn]或STR Rd, [Rn, #offset]或STR Rd, [Rn, Rm] |
将寄存器Rd中的数据存储到内存中。存储地址的计算方式与LDR指令类似 |
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| 堆栈操作指令 | PUSH {R0, R1,..., Rn} |
将寄存器R0、R1、...、Rn中的数据依次压入栈中 |
POP {R0, R1,..., Rn} |
从栈中弹出数据，并分别存储到寄存器Rn、Rn - 1、...、R0中 |
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| 跳转指令 | B label |
无条件跳转到标号label处执行 |
BL label |
跳转到标号label处执行子程序，同时将当前的PC值保存到R14（LR）寄存器中 |
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BX Rn |
跳转到寄存器Rn指定的地址执行，目标地址处的指令既可以是ARM指令，也可以是Thumb指令 |
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BEQ label |
当Z标志位为1（即相等）时，跳转到标号label处执行 |
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BNE label |
当Z标志位为0（即不相等）时，跳转到标号label处执行 |
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BLT label |
当N标志位为1且V标志位为0（即有符号数小于）时，跳转到标号label处执行 |
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BGT label |
当Z标志位为0且N标志位等于V标志位（即有符号数大于）时，跳转到标号label处执行 |
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| 算术运算指令 | ADD Rd, Rn, Operand2 |
将寄存器Rn的值与操作数Operand2相加，结果存储在寄存器Rd中 |
SUB Rd, Rn, Operand2 |
将寄存器Rn的值减去操作数Operand2，结果存储在寄存器Rd中 |
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MUL Rd, Rn, Operand2 |
将寄存器Rn的值与操作数Operand2相乘，结果存储在寄存器Rd中 |
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SDIV Rd, Rn, Operand2 |
将寄存器Rn中的有符号数除以操作数Operand2，结果存储在寄存器Rd中 |
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| 逻辑运算指令 | AND Rd, Rn, Operand2 |
对寄存器Rn的值和操作数Operand2进行按位与操作，结果存储在寄存器Rd中 |
ORR Rd, Rn, Operand2 |
对寄存器Rn的值和操作数Operand2进行按位或操作，结果存储在寄存器Rd中 |
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EOR Rd, Rn, Operand2 |
对寄存器Rn的值和操作数Operand2进行按位异或操作，结果存储在寄存器Rd中 |
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MVN Rd, Rn |
对寄存器Rn的值进行按位取反操作，结果存储在寄存器Rd中 |
1. LDR（Load Register）
功能：从内存加载数据到寄存器。
语法：
LDR Rd, [Rn, #offset] ; Rd = *（Rn + offset），基址+偏移寻址
LDR Rd, label ; Rd = 标签地址处的值，PC相对寻址
实例：
LDR R0, =0x40000000 ; R0加载立即数地址（伪指令）
LDR R1, [R0] ; 从地址0x40000000加载数据到R1
LDR R2, [R0, #4] ; 从地址0x40000004加载数据到R2（偏移4字节）
应用：读取外设寄存器值（如 GPIO 状态）、加载常量数据。
2. LDRB（Load Register Byte）
功能：从内存加载单字节数据到寄存器，高 24 位自动零扩展。
语法：
LDRB Rd, [Rn] ; Rd = *(Rn)（8位），零扩展为32位
实例：
LDR R0, =0x40000000
LDRB R1, [R0] ; 从地址0x40000000加载1字节到R1低8位，高24位补0
应用：读取字符数据、访问 8 位寄存器（如 ADC 采样值）。
3. AND（Logical AND）
功能：寄存器与操作数按位与，结果存入目标寄存器。
语法：
AND Rd, Rn, Rm ; Rd = Rn & Rm
AND Rd, Rn, #immediate ; Rd = Rn & immediate
实例：
AND R0, R0, #0x0F ; 保留R0低4位，高28位清零（屏蔽操作）
AND R1, R2, R3 ; R1 = R2 & R3
应用：位掩码操作（如提取状态标志）、清除特定位。
4. ADD（Addition）
功能：寄存器加法运算。
语法：
ADD Rd, Rn, Rm ; Rd = Rn + Rm
ADD Rd, Rn, #immediate ; Rd = Rn + immediate
实例：
ADD R0, R1, R2 ; R0 = R1 + R2
ADD R3, R3, #1 ; R3自增1（R3++）
应用：算术运算、地址计算（如数组索引）。
5. STR（Store Register）
功能：将寄存器数据存储到内存。
语法：
STR Rd, [Rn, #offset] ; *(Rn + offset) = Rd
STR Rd, label ; *label = Rd
实例：
LDR R0, =0x40000000
MOV R1, #0x12345678
STR R1, [R0] ; 将R1的值存入地址0x40000000
应用：写外设寄存器（如配置 GPIO 输出）、保存变量到内存。
6. DCD（Define Constant Data）
功能：在内存中定义 32 位常量数据（非指令，属于伪指令）。
语法：
label DCD value1, value2, ... ; 在当前地址定义字数据
实例：
DataArea DCD 0x12345678, 0x87654321 ; 定义两个32位常量
DCD 100, 200 ; 定义两个整数
应用：初始化数组、定义查找表（如正弦函数表）。
7. MUL（Multiply）
功能：寄存器乘法运算。
语法：
MUL Rd, Rn, Rm ; Rd = Rn * Rm（32位×32位→32位）
实例：
MOV R0, #5
MOV R1, #10
MUL R2, R0, R1 ; R2 = 5 * 10 = 50
应用：数学计算（如面积、体积）、缩放操作。
8. MSR（Move to Special Register）
功能：将通用寄存器值写入特殊寄存器（如状态寄存器）。
语法：
MSR special_reg, Rn ; special_reg = Rn
实例：
MOV R0, #0x13 ; 设置处理器模式为SVC（10011）
MSR CPSR_c, R0 ; 修改CPSR的低5位（模式位）
应用：系统初始化（如配置特权模式）、异常处理。
9. MOV（Move）
功能：数据传送（寄存器←寄存器 / 立即数）。
语法：
MOV Rd, Rn ; Rd = Rn
MOV Rd, #immediate ; Rd = immediate（立即数需符合编码规则）
实例：
MOV R0, R1 ; R0 = R1
MOV R2, #0xFF ; R2 = 0x000000FF
应用：初始化寄存器、数据传递。
10. STRH（Store Register Halfword）
功能：将寄存器低 16 位存储到内存半字地址（16 位对齐）。
语法：
STRH Rd, [Rn] ; *(Rn) = Rd[15:0]（半字对齐）
实例：
MOV R0, #0x40000000
MOV R1, #0x12345678
STRH R1, [R0] ; 将R1低16位（0x5678）存入地址0x40000000
应用：存储 16 位数据（如音频采样、16 位传感器值）。
综合实例：LED 控制与数据处理
以下代码演示如何使用上述指令实现 LED 控制和数据处理：
AREA Main, CODE, READONLY
ENTRY
; 定义外设基址和常量
LED_BASE DCD 0x40021000 ; GPIO端口基址
DELAY_VAL DCD 0x00FFFFFF ; 延时计数最大值
; 主程序
Main
LDR R0, =LED_BASE ; R0 = GPIO基址
LDR R1, [R0, #0x04] ; 读取GPIO配置寄存器
ORR R1, R1, #0x00000003 ; 配置PA0为输出模式（0b11）
STR R1, [R0, #0x04] ; 写回配置寄存器
Loop
; 点亮LED
LDR R1, [R0, #0x10] ; 读取输出数据寄存器
ORR R1, R1, #0x00000001 ; 设置PA0为高电平
STR R1, [R0, #0x10] ; 写回输出寄存器
; 延时
LDR R2, =DELAY_VAL
LDR R2, [R2]
Delay1
SUBS R2, R2, #1 ; 递减计数
BNE Delay1 ; 非零则继续循环
; 熄灭LED
LDR R1, [R0, #0x10]
BIC R1, R1, #0x00000001 ; 清除PA0位（与0xFFFFFFFF异或）
STR R1, [R0, #0x10]
; 延时
LDR R2, =DELAY_VAL
LDR R2, [R2]
Delay2
SUBS R2, R2, #1
BNE Delay2
B Loop ; 无限循环
END
指令对比与注意事项
| 指令 | 操作类型 | 数据宽度 | 内存访问方式 |
|---|---|---|---|
| LDR | 加载 | 32 位（字） | 字对齐 |
| LDRB | 加载 | 8 位（字节） | 任意地址 |
| STR | 存储 | 32 位（字） | 字对齐 |
| STRH | 存储 | 16 位（半字） | 半字对齐（偶地址） |
- 立即数限制：MOV 指令的立即数需符合 “8 位数值循环右移偶数位” 规则（如 0xFF00 可表示为 0xFF 右移 8 位），否则需用 LDR 伪指令加载。
- 内存对齐：STR/STRH/LDR/LDRH 需遵循对齐规则，否则可能触发硬件异常。
掌握这些指令是 ARM 汇编编程的基础，可实现从简单外设控制到复杂算法的各类功能。