ARM处理器CPSR标志位和条件符之间的关系
2013-05-19 17:21
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作者:刘洪涛,华清远见嵌入式学院讲师。
本文目的是要理清ARM处理器的CPSR状态标志和ARM指令的条件符之间的关系。
一、CPSR寄存器
ARM V4的CPSR寄存器(和保存它的SPSR寄存器)中的位分配如下图1所示。
![](http://www.embedu.org/Column/images/Column182-1.jpg)
图1 程序状态寄存器格式
状态标志位含义:(其它位的含义和本文主题无关,此处不多介绍)
N
N=1 表示运算的结果为负数;N=0 表示运算的结果为正数或零;
Z
Z=1 表示运算的结果为零;Z=0表示运算的结果为非零;
C
可以有4种方法设置C的值:
─ 加法运算(包括比较指令CMN):当运算结果产生了进位时(无符号数溢出),C=1,否则C=0。
─ 减法运算(包括比较指令CMP):当运算时产生了借位,C=0,否则C=1。
─ 对于包含移位操作的非加/减运算指令,C为移出值的最后一位。
─ 对于其他的非加/减运算指令,C的值通常不改变。
V
可以有2种方法设置V的值:
─ 对于加/减法运算指令,当操作数和运算结果为二进制的补码表示的带符号数时,V=1表示符号位溢出。
─ 对于其他的非加/减运算指令,V的值通常不改变
二、条件符及对应的标志位
表1 条件符描述表
![](http://www.embedu.org/Column/images/Column182-2.jpg)
三、关于C、V值更多的解释
处理器内部以补码表示有符号数,8个二制位能够表达的整数范围是:+127 ~ -128,16位表达的范围是:+32767 ~ -32768。如果运算结果超出了这个范围,就是产生了溢出,有溢出,说明有符号数的运算结果需要考虑溢出情况。
溢出标志V和进位标志C是两个意义不同的标志。进位标志表示无符号数运算结果是否超出范围;溢出标志表示有符号数运算结果是否超出范围。
处理器对两个操作数进行运算时,按照无符号数求得结果,并相应设置进位标志C;同时,根据是否超出有符号数的范围设置溢出标志V。
应该利用哪个标志,则由程序员来决定。也就是说,如果将参加运算的操作数认为是无符号数,就应该关心进位;认为是有符号数,则要注意是否溢出。
判断运算结果是否溢出有一个简单的规则:只有当两个相同符号数相加,而运算结果的符号与原数据符号相反时,产生溢出;其他情况下,则不会产生溢出。
代码举例1:
LDR r0, =0x7fffffff
LDR r1, =0x70000000;
ADDS r0, r0, r1; //结果=0xefffffff
对于无符号数运算来说,没有进位。
对于有符号数运算来说,溢出。
此时C=0 V=1;
代码举例2:
LDR r0, =0xffffffff
LDR r1, =0x70000000;
ADDS r0, r0, r1; //结果=0x6fffffff
对于无符号数运算来说,有进位。
对于有符号数运算来说,无溢出。
此时C=1 V=0;
代码举例3:
LDR r0, =0x8fffffff
LDR r1, =0xf0000000 ;
ADDS r0, r0, r1; //结果=0x7fffffff
此时C=? V=?;(思考一下,然后在ARM模拟器中验证下)
代码举例4://思考减法时,C值的影响
LDR r0, =0x3
LDR r1, =0x2
SUBS r0, r0, r1
对比:
LDR r0, =0x3
LDR r1, =-2;(-2的补码0xfffffffe会送到r1)
ADDS r0, r0, r1
四、CPSR状态标志和ARM指令的条件符之间的关系
有了上面的背景知识以后,接下来思考表1中CPSR状态标志和ARM指令的条件符之间的关系,下面选取其中的一项来分析。
如:GE:(有符号数大于等于)
N=0 V=0:结果是大于等于0的数,且无符合溢出,所以大于等于关系成立
N=1 V=1:结果小于0,但有符号溢出
考虑以下情况:c=a-b
1.a<0, b<0
减法操作时不可能符号溢出
2.a>0, b<0
可能出现N=V=1?? 如(8位数):100-(-100)=200
显然a>b
3.a<0, b>0
参照上面提到过的判断溢出标志的简单规则,可以得出:在此情况下,
减法操作时如果结果小于0 (N=1),则不会出现符号溢出
所以(在N=1 V=1前提下a<0,b>0)这种情况不可能出现
4.a>0, b>0
减法操作不可能出现符号溢出。
其它项的分析过程类似。
五、总结
尽管以上分析看起来有点复杂,但使用时在大多数情况下用一个简单的条件测试指令即可,不需要程序员计算出条件码的精确值即可得到需要的结果。
本文目的是要理清ARM处理器的CPSR状态标志和ARM指令的条件符之间的关系。
一、CPSR寄存器
ARM V4的CPSR寄存器(和保存它的SPSR寄存器)中的位分配如下图1所示。
![](http://www.embedu.org/Column/images/Column182-1.jpg)
图1 程序状态寄存器格式
状态标志位含义:(其它位的含义和本文主题无关,此处不多介绍)
N
N=1 表示运算的结果为负数;N=0 表示运算的结果为正数或零;
Z
Z=1 表示运算的结果为零;Z=0表示运算的结果为非零;
C
可以有4种方法设置C的值:
─ 加法运算(包括比较指令CMN):当运算结果产生了进位时(无符号数溢出),C=1,否则C=0。
─ 减法运算(包括比较指令CMP):当运算时产生了借位,C=0,否则C=1。
─ 对于包含移位操作的非加/减运算指令,C为移出值的最后一位。
─ 对于其他的非加/减运算指令,C的值通常不改变。
V
可以有2种方法设置V的值:
─ 对于加/减法运算指令,当操作数和运算结果为二进制的补码表示的带符号数时,V=1表示符号位溢出。
─ 对于其他的非加/减运算指令,V的值通常不改变
二、条件符及对应的标志位
表1 条件符描述表
![](http://www.embedu.org/Column/images/Column182-2.jpg)
三、关于C、V值更多的解释
处理器内部以补码表示有符号数,8个二制位能够表达的整数范围是:+127 ~ -128,16位表达的范围是:+32767 ~ -32768。如果运算结果超出了这个范围,就是产生了溢出,有溢出,说明有符号数的运算结果需要考虑溢出情况。
溢出标志V和进位标志C是两个意义不同的标志。进位标志表示无符号数运算结果是否超出范围;溢出标志表示有符号数运算结果是否超出范围。
处理器对两个操作数进行运算时,按照无符号数求得结果,并相应设置进位标志C;同时,根据是否超出有符号数的范围设置溢出标志V。
应该利用哪个标志,则由程序员来决定。也就是说,如果将参加运算的操作数认为是无符号数,就应该关心进位;认为是有符号数,则要注意是否溢出。
判断运算结果是否溢出有一个简单的规则:只有当两个相同符号数相加,而运算结果的符号与原数据符号相反时,产生溢出;其他情况下,则不会产生溢出。
代码举例1:
LDR r0, =0x7fffffff
LDR r1, =0x70000000;
ADDS r0, r0, r1; //结果=0xefffffff
对于无符号数运算来说,没有进位。
对于有符号数运算来说,溢出。
此时C=0 V=1;
代码举例2:
LDR r0, =0xffffffff
LDR r1, =0x70000000;
ADDS r0, r0, r1; //结果=0x6fffffff
对于无符号数运算来说,有进位。
对于有符号数运算来说,无溢出。
此时C=1 V=0;
代码举例3:
LDR r0, =0x8fffffff
LDR r1, =0xf0000000 ;
ADDS r0, r0, r1; //结果=0x7fffffff
此时C=? V=?;(思考一下,然后在ARM模拟器中验证下)
代码举例4://思考减法时,C值的影响
LDR r0, =0x3
LDR r1, =0x2
SUBS r0, r0, r1
对比:
LDR r0, =0x3
LDR r1, =-2;(-2的补码0xfffffffe会送到r1)
ADDS r0, r0, r1
四、CPSR状态标志和ARM指令的条件符之间的关系
有了上面的背景知识以后,接下来思考表1中CPSR状态标志和ARM指令的条件符之间的关系,下面选取其中的一项来分析。
如:GE:(有符号数大于等于)
N=0 V=0:结果是大于等于0的数,且无符合溢出,所以大于等于关系成立
N=1 V=1:结果小于0,但有符号溢出
考虑以下情况:c=a-b
1.a<0, b<0
减法操作时不可能符号溢出
2.a>0, b<0
可能出现N=V=1?? 如(8位数):100-(-100)=200
显然a>b
3.a<0, b>0
参照上面提到过的判断溢出标志的简单规则,可以得出:在此情况下,
减法操作时如果结果小于0 (N=1),则不会出现符号溢出
所以(在N=1 V=1前提下a<0,b>0)这种情况不可能出现
4.a>0, b>0
减法操作不可能出现符号溢出。
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