協(xié)處理器及其他指令之：協(xié)處理器指令

9.1協(xié)處理器指令

ARM體系結(jié)構(gòu)允許通過增加協(xié)處理器來(lái)擴(kuò)展指令集。最常用的協(xié)處理器是用于控制片上功能的系統(tǒng)協(xié)處理器。例如控制Cache和存儲(chǔ)管理單元的CP15寄存器。此外，還有用于浮點(diǎn)運(yùn)算的浮點(diǎn)ARM協(xié)處理器，各生產(chǎn)商還可以根據(jù)需要開發(fā)自己的專用協(xié)處理器。

ARM協(xié)處理器具有自己專用的寄存器組，它們的狀態(tài)由控制ARM狀態(tài)的指令的鏡像指令來(lái)控制。

程序的控制流指令由ARM處理器來(lái)處理，所有協(xié)處理器指令只能同數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳送有關(guān)。按照RISC的Load/Store體系原則，數(shù)據(jù)的處理和傳送指令是被清楚分開的，所以它們有不同的指令格式。

ARM處理器支持16個(gè)協(xié)處理器，在程序執(zhí)行過程中，每個(gè)協(xié)處理器忽略ARM和其他協(xié)處理器指令。當(dāng)一個(gè)協(xié)處理器硬件不能執(zhí)行屬于它的協(xié)處理器指令時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)未定義指令異常中斷，在該異常中斷處理過程中，可以通過軟件仿真該硬件操作。如果，一個(gè)系統(tǒng)中不包含向量浮點(diǎn)運(yùn)算器，則可以選擇浮點(diǎn)運(yùn)算軟件包來(lái)支持向量浮點(diǎn)運(yùn)算。

ARM協(xié)處理器可以部分地執(zhí)行一條指令，而后產(chǎn)生中斷。如除法運(yùn)算除數(shù)為0和溢出，這樣可以更好地處理運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生（run-time-generated）的異常。但是，指令的部分執(zhí)行是由協(xié)處理器完成的，此過程對(duì)ARM來(lái)說是透明的。當(dāng)ARM處理器重新獲得執(zhí)行時(shí)，它將從產(chǎn)生異常的指令處開始執(zhí)行。

對(duì)某一個(gè)協(xié)處理器來(lái)說，并不一定用到協(xié)處理器指令中的所有的域。具體協(xié)處理器如何定義和操作完全由協(xié)處理器的制造商自己決定，因此ARM協(xié)處理器指令中的協(xié)處理器寄存器的標(biāo)識(shí)符以及操作助記符也有各種不同的實(shí)現(xiàn)定義。程序員可以通過宏定義這些指令的語(yǔ)法格式。

ARM協(xié)處理器指令分以下3類。

·協(xié)處理器數(shù)據(jù)操作。協(xié)處理器數(shù)據(jù)操作完全是協(xié)處理器內(nèi)部操作，它完成協(xié)處理器寄存器的狀態(tài)改變。如浮點(diǎn)加運(yùn)算，在浮點(diǎn)協(xié)處理器中兩個(gè)寄存器相加，結(jié)果放在第3個(gè)寄存器中。這類指令包括CDP指令。

·協(xié)處理器數(shù)據(jù)傳送指令。這類指令從寄存器讀取數(shù)據(jù)裝入?yún)f(xié)處理器寄存器，或?qū)f(xié)處理器寄存器的數(shù)據(jù)裝入存儲(chǔ)器。因?yàn)閰f(xié)處理器可以支持自己的數(shù)據(jù)類型，所以每個(gè)寄存器傳送的字?jǐn)?shù)與協(xié)處理器有關(guān)。ARM處理器產(chǎn)生存儲(chǔ)器地址，但傳送的字節(jié)由協(xié)處理器控制。這類指令包括LDC和STC指令。

·協(xié)處理器寄存器傳送指令。在某些情況下，需要ARM處理器和協(xié)處理器之間傳送數(shù)據(jù)。如一個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算協(xié)處理器，F(xiàn)IX指令從協(xié)處理器寄存器取得浮點(diǎn)數(shù)據(jù)，將它轉(zhuǎn)換為整數(shù)，并將整數(shù)傳送到ARM寄存器中。經(jīng)常需要用浮點(diǎn)比較產(chǎn)生的結(jié)果來(lái)影響控制流，因此，比較結(jié)果必須傳送到ARM的CPSR中。這類協(xié)處理器寄存器傳送指令包括MCR和MRC。

表9.1列出了所有協(xié)處理器處理指令。

表9.1 協(xié)處理器指令

9.1.1協(xié)處理器數(shù)據(jù)操作指令CDP

1．指令編碼格式

此指令用于控制數(shù)據(jù)在協(xié)處理器寄存器內(nèi)部的操作。通常情況下該指令由協(xié)處理器完成，如果協(xié)處理器不能成功地執(zhí)行該操作，將產(chǎn)生未定義指令異常。

指令的編碼格式如圖9.1所示。

圖9.1CDP指令編碼格式