指令系统3(算数运算指令)

一.加法指令（ADD）：

用于执行 16 位或 32 位的加法运算。

• 指令格式及功能：
  • ADD Rd, Rm：将寄存器Rd和Rm的值相加，结果存回Rd，即Rd = Rd + Rm。
  • ADD Rd, Rn, Rm：把寄存器Rn和Rm的值相加，结果存入Rd，Rd = Rn + Rm 。
  • ADD Rd, #imm：imm为 8 位或 16 位立即数，将Rd的值与立即数相加，Rd = Rd + imm。例如ADD R0, #0x12，执行后R0 = R0 + 0x12 。
  • ADD.W Rd, Rn, Rm：显式指定为 32 位指令，Rd = Rn + Rm 。
• 标志位影响：16 位加法会自动更新 APSR（应用程序状态寄存器）中的标志位；使用W指定 32 位指令时，通过S后缀控制对 APSR 的更新，如ADD.W R0, R1, R2不更新标志位，ADDS.W R0, R1, R2更新标志位。

二.带进位加法指令（ADC）：

进行 16 位或 32 位带进位的加法运算。

• 指令格式及功能：
  • ADC Rd, Rn：将Rd、Rn的值与进位标志C相加，结果存回Rd，即Rd = Rd + Rn + C 。
  • ADC Rd, #imm：imm为 12 位立即数，Rd = Rd + imm + C 。
  • ADC Rd, Rn, Rm：Rd = Rn + Rm + C 。例如ADC.W R0, R1, R2，执行R0 = R1 + R2 + C 。
• 标志位影响：与 ADD 指令类似，ADC.W R0, R1, R2不更新标志位，ADCS.W R0, R1, R2更新标志位。

三.64 位加法举例：

• 计算两个 64 位数的和，假设R0、R1为被加数，R2、R3为加数。
  • 方法一(16位)：

    MOV R0, #1
    LDR R1, =0X80000001
    MOV R2, #2
    LDR R3, =0XFFFF0001
    ADD R1, R3
    ADC R0, R2
    

  • 方法二(32位)：

    MOV R0, #1
    LDR R1, =0X80000001
    MOV R2, #2
    LDR R3, =0XFFFF0001
    ADDS.W R1, R1, R3
    ADC.W R0, R0, R2
    

  • 运行结果：R1 = 0X7FFF0002，R0 = 0X00000003 。

四.减法指令（SUB）：

• 实现 16 位或 32 位的减法运算。
  • 指令格式及功能：
    • SUB Rd, Rn：从Rd中减去Rn的值，结果存回Rd，即Rd = Rd - Rn。
    • SUB Rd, #imm：imm为 8 位或 16 位，Rd = Rd - imm。例如SUB R0, #0xf1，执行后R0 = R0 - 0xf1 。
    • SUB Rd, Rn, Rm：用Rn减去Rm的值，结果存入Rd，Rd = Rn - Rm 。
    • SUB.W Rd, Rn, Rm：32 位减法指令，Rd = Rn - Rm 。
  • 标志位影响：与 ADD 指令类似，SUB.W R0, R1, R2不更新标志位，SUBS.W R0, R1, R2更新标志位。

五.带借位减法指令（SBC）：

• 执行 16 位或 32 位带借位的减法运算。
  • 指令格式及功能：
    • SBC Rd, Rn：Rd = Rd - Rn - (~C)，其中~C表示进位标志C的取反。
    • SBC Rd, #imm：imm为 8 位或 16 位，Rd = Rd - imm - (~C) 。
    • SBC Rd, Rn, Rm：Rd = Rn - Rm - (~C) 。例如SBC.W R0, R1, R2，R0 = R1 - R2 - (~C) 。
  • 标志位影响：与 ADD 指令类似，SBC.W R0, R1, R2不更新标志位，SBCS.W R0, R1, R2更新标志位。

六.逆向减法指令（RSB）：

• 指令格式及功能：
  • RSB.W Rd, Rn, #imm12：用 12 位立即数imm12减去Rn的值，结果存入Rd，即Rd = imm12 - Rn。例如RSB.W R8, R6, #240，执行后R8 = 240 - R6 。
  • RSB.W Rd, Rn, Rm：用Rm减去Rn的值，结果存入Rd，Rd = Rm - Rn 。

七.64 位减法举例：

• 计算两个 64 位数的差，假设R0、R1为被减数，R2、R3为减数。
  • 方法一(16位)：

    MOV R0, #0
    MOV R1, #1
    MOV R2, #0
    MOV R3, #2
    SUB R1, R3
    SBC R0, R2
    

  • 方法二(32位)：

    MOV R0, #0
    MOV R1, #1
    MOV R2, #0
    MOV R3, #2
    SUBS.W R1, R1, R3
    SBC.W R0, R0, R2
    

  • 运行结果：R1 = 0XFFFFFFFE，R0 = 0XFFFFFFFE 。

八.比较指令（CMP）：

• 比较两个操作数的值，影响 APSR 标志位。
  • 指令格式及功能：
    • CMP Rd, Rn：将Rd与Rn相减，但不存储结果，仅影响 APSR 标志位。
    • CMP Rd, #imm：imm为 8 位或 16 位，将Rd与立即数相减，影响 APSR 标志位。例如CMP R0, R1，用于比较R0和R1的值，影响 APSR 标志位。

九.乘法指令（MUL）：

• 执行乘法运算。
  • 指令格式及功能：

    MOV R1, #3
    MOV R3, #2
    MUL.W R1, R1, R3
    

     

    执行后R1 = 6 。

    • MUL Rd, Rm：将Rd与Rm相乘，结果存回Rd，即Rd = Rd * Rm。
    • MUL.W Rd, Rn, Rm：将Rn与Rm相乘，结果存入Rd，Rd = Rn * Rm 。 例如：

十.带符号的 64 位乘法：

• 指令格式：SMULL RL, RH, Rm, Rn，(RH, RL) = Rm * Rn，将Rm和Rn带符号相乘，结果的低 32 位存于RL，高 32 位存于RH。
• 示例：

  MOV R0, #1
  MOV R1, #-2
  SMULL R2, R3, R0, R1
  

  
  运行结果：R2 = 0XFFFFFFFE，R3 = 0XFFFFFFFE 。

十一.无符号的 64 位乘法：

• 指令格式：UMULL RL, RH, Rm, Rn，(RH, RL) = Rm * Rn，将Rm和Rn无符号相乘，结果的低 32 位存于RL，高 32 位存于RH。
• 示例：

  MOV R0, #1
  MOV R1, #-2
  UMULL R2, R3, R0, R1
  

  
  运行结果：R2 = 0XFFFFFFFE，R3 = 0X00000000 。

十二.乘加指令（MLA）与乘减指令（MLS）：

• 指令格式及功能：
  • MLA Rd, Rm, Rn, Ra：先计算Rm和Rn的乘积，再加上Ra，结果存入Rd，即Rd = Ra + Rm * Rn。
  • MLS Rd, Rm, Rn, Ra：先计算Rm和Rn的乘积，再用Ra减去该乘积，结果存入Rd，Rd = Ra - Rm * Rn 。
• 示例：计算x * y + z 。

  MOV R0, #x
  MOV R1, #y
  MOV R2, #z
  MLA R3, R0, R1, R2
  

十三.除法指令：

• 指令格式及功能：
  • SDIV Rd, Rn, Rm：执行带符号除法，Rd = Rn / Rm 。
  • UDIV Rd, Rn, Rm：执行无符号除法，Rd = Rn / Rm ，余数被丢弃。
• 异常处理：为捕捉被零除的非法操作，可在 NVIC（嵌套向量中断控制器）的配置控制寄存器中置位DIVBZERO位。若出现被零除情况，会引发用法 fault 异常；若无处理措施，除数为零时Rd将被清零。
• 示例：

  MOV R0, #3
  MOV R1, #2
  UDIV R2, R0, R1
  

  
  运行结果：R2 = 0X00000001 。