ARM處理器CPSR標(biāo)志位和條件符之間的關(guān)系

本文目的是要理清ARM處理器的CPSR狀態(tài)標(biāo)志和ARM指令的條件符之間的關(guān)系。

一、CPSR寄存器

ARM V4的CPSR寄存器（和保存它的SPSR寄存器）中的位分配如下圖1所示。

圖1 程序狀態(tài)寄存器格式

狀態(tài)標(biāo)志位含義：（其它位的含義和本文主題無(wú)關(guān)，此處不多介紹）

N

N=1 表示運(yùn)算的結(jié)果為負(fù)數(shù)；N=0 表示運(yùn)算的結(jié)果為正數(shù)或零；

Z

Z=1 表示運(yùn)算的結(jié)果為零；Z=0表示運(yùn)算的結(jié)果為非零；

C

可以有4種方法設(shè)置C的值：

─ 加法運(yùn)算（包括比較指令CMN）：當(dāng)運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生了進(jìn)位時(shí)（無(wú)符號(hào)數(shù)溢出），C=1，否則C=0。

─ 減法運(yùn)算（包括比較指令CMP）：當(dāng)運(yùn)算時(shí)產(chǎn)生了借位，C=0，否則C=1。

─ 對(duì)于包含移位操作的非加/減運(yùn)算指令，C為移出值的最后一位。

─ 對(duì)于其他的非加/減運(yùn)算指令，C的值通常不改變。

V

可以有2種方法設(shè)置V的值：

─ 對(duì)于加/減法運(yùn)算指令，當(dāng)操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果為二進(jìn)制的補(bǔ)碼表示的帶符號(hào)數(shù)時(shí)，V=1表示符號(hào)位溢出。

─ 對(duì)于其他的非加/減運(yùn)算指令，V的值通常不改變

二、條件符及對(duì)應(yīng)的標(biāo)志位

表1 條件符描述表

三、關(guān)于C、V值更多的解釋

處理器內(nèi)部以補(bǔ)碼表示有符號(hào)數(shù)，8個(gè)二制位能夠表達(dá)的整數(shù)范圍是：+127 ~ -128，16位表達(dá)的范圍是：+32767 ~ -32768。如果運(yùn)算結(jié)果超出了這個(gè)范圍，就是產(chǎn)生了溢出,有溢出，說(shuō)明有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算結(jié)果需要考慮溢出情況。

溢出標(biāo)志V和進(jìn)位標(biāo)志C是兩個(gè)意義不同的標(biāo)志。進(jìn)位標(biāo)志表示無(wú)符號(hào)數(shù)運(yùn)算結(jié)果是否超出范圍；溢出標(biāo)志表示有符號(hào)數(shù)運(yùn)算結(jié)果是否超出范圍。

處理器對(duì)兩個(gè)操作數(shù)進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，按照無(wú)符號(hào)數(shù)求得結(jié)果，并相應(yīng)設(shè)置進(jìn)位標(biāo)志C；同時(shí)，根據(jù)是否超出有符號(hào)數(shù)的范圍設(shè)置溢出標(biāo)志V。

應(yīng)該利用哪個(gè)標(biāo)志，則由程序員來(lái)決定。也就是說(shuō)，如果將參加運(yùn)算的操作數(shù)認(rèn)為是無(wú)符號(hào)數(shù)，就應(yīng)該關(guān)心進(jìn)位；認(rèn)為是有符號(hào)數(shù)，則要注意是否溢出。

判斷運(yùn)算結(jié)果是否溢出有一個(gè)簡(jiǎn)單的規(guī)則：只有當(dāng)兩個(gè)相同符號(hào)數(shù)相加，而運(yùn)算結(jié)果的符號(hào)與原數(shù)據(jù)符號(hào)相反時(shí)，產(chǎn)生溢出；其他情況下，則不會(huì)產(chǎn)生溢出。

代碼舉例1：

LDR r0, =0x7fffffff

LDR r1, =0x70000000;

ADDS r0, r0, r1; //結(jié)果=0xefffffff

對(duì)于無(wú)符號(hào)數(shù)運(yùn)算來(lái)說(shuō)，沒(méi)有進(jìn)位。

對(duì)于有符號(hào)數(shù)運(yùn)算來(lái)說(shuō)，溢出。

此時(shí)C=0 V=1；

代碼舉例2：

LDR r0, =0xffffffff

LDR r1, =0x70000000;

ADDS r0, r0, r1; //結(jié)果=0x6fffffff

對(duì)于無(wú)符號(hào)數(shù)運(yùn)算來(lái)說(shuō)，有進(jìn)位。

對(duì)于有符號(hào)數(shù)運(yùn)算來(lái)說(shuō)，無(wú)溢出。

此時(shí)C=1 V=0；

代碼舉例3：

LDR r0, =0x8fffffff

LDR r1, =0xf0000000 ;

ADDS r0, r0, r1; //結(jié)果=0x7fffffff

此時(shí)C=？ V=？；（思考一下，然后在ARM模擬器中驗(yàn)證下）

代碼舉例4：//思考減法時(shí)，C值的影響

LDR r0, =0x3

LDR r1, =0x2

SUBS r0, r0, r1

對(duì)比：

LDR r0, =0x3

LDR r1, =-2;（-2的補(bǔ)碼0xfffffffe會(huì)送到r1）

ADDS r0, r0, r1

四、CPSR狀態(tài)標(biāo)志和ARM指令的條件符之間的關(guān)系

有了上面的背景知識(shí)以后，接下來(lái)思考表1中CPSR狀態(tài)標(biāo)志和ARM指令的條件符之間的關(guān)系，下面選取其中的一項(xiàng)來(lái)分析。

如：GE：(有符號(hào)數(shù)大于等于)

N=0 V=0：結(jié)果是大于等于0的數(shù)，且無(wú)符合溢出，所以大于等于關(guān)系成立

N=1 V=1：結(jié)果小于0，但有符號(hào)溢出

考慮以下情況：c=a-b

1.a<0, b<0

減法操作時(shí)不可能符號(hào)溢出

2.a>0, b<0

可能出現(xiàn)N=V=1?? 如（8位數(shù)）：100-（-100）=200

顯然a>b

3.a<0, b>0

參照上面提到過(guò)的判斷溢出標(biāo)志的簡(jiǎn)單規(guī)則，可以得出：在此情況下，

減法操作時(shí)如果結(jié)果小于0 (N=1)，則不會(huì)出現(xiàn)符號(hào)溢出

所以（在N=1 V=1前提下a<0,b>0）這種情況不可能出現(xiàn)

4.a>0, b>0

減法操作不可能出現(xiàn)符號(hào)溢出。

其它項(xiàng)的分析過(guò)程類(lèi)似。

五、總結(jié)

盡管以上分析看起來(lái)有點(diǎn)復(fù)雜，但使用時(shí)在大多數(shù)情況下用一個(gè)簡(jiǎn)單的條件測(cè)試指令即可，不需要程序員計(jì)算出條件碼的精確值即可得到需要的結(jié)果。