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關(guān)，此處不多介紹）

N

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

Z

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

C

可以有4種方法設(shè)置C的值：

─ 加法運算（包括比較指令CMN）：當(dāng)運算結(jié)果產(chǎn)生了進(jìn)位時（無符號數(shù)溢出），C=1，否則C=0。

─ 減法運算（包括比較指令CMP）：當(dāng)運算時產(chǎn)生了借位，C=0，否則C=1。

─ 對于包含移位操作的非加/減運算指令，C為移出值的最后一位。

─ 對于其他的非加/減運算指令，C的值通常不改變。

V

可以有2種方法設(shè)置V的值：

─ 對于加/減法運算指令，當(dāng)操作數(shù)和運算結(jié)果為二進(jìn)制的補碼表示的帶符號數(shù)時，V=1表示符號位溢出。

─ 對于其他的非加/減運算指令，V的值通常不改變

二、條件符及對應(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)部以補碼表示有符號數(shù)，8個二制位能夠表達(dá)的整數(shù)范圍是：+127 ~ -128，16位表達(dá)的范圍是：+32767 ~ -32768。如果運算結(jié)果超出了這個范圍，就是產(chǎn)生了溢出,有溢出，說明有符號數(shù)的運算結(jié)果需要考慮溢出情況。

溢出標(biāo)志V和進(jìn)位標(biāo)志C是兩個意義不同的標(biāo)志。進(jìn)位標(biāo)志表示無符號數(shù)運算結(jié)果是否超出范圍；溢出標(biāo)志表示有符號數(shù)運算結(jié)果是否超出范圍。

處理器對兩個操作數(shù)進(jìn)行運算時，按照無符號數(shù)求得結(jié)果，并相應(yīng)設(shè)置進(jìn)位標(biāo)志C；同時，根據(jù)是否超出有符號數(shù)的范圍設(shè)置溢出標(biāo)志V。

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

判斷運算結(jié)果是否溢出有一個簡單的規(guī)則：只有當(dāng)兩個相同符號數(shù)相加，而運算結(jié)果的符號與原數(shù)據(jù)符號相反時，產(chǎn)生溢出；其他情況下，則不會產(chǎn)生溢出。

代碼舉例1：

LDR r0, =0x7fffffff

LDR r1, =0x70000000;

ADDS r0, r0, r1; //結(jié)果=0xefffffff

對于無符號數(shù)運算來說，沒有進(jìn)位。

對于有符號數(shù)運算來說，溢出。

此時C=0 V=1；

代碼舉例2：

LDR r0, =0xffffffff

LDR r1, =0x70000000;

ADDS r0, r0, r1; //結(jié)果=0x6fffffff

對于無符號數(shù)運算來說，有進(jìn)位。

對于有符號數(shù)運算來說，無溢出。

此時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C=？ V=？；（思考一下，然后在ARM模擬器中驗證下）

代碼舉例4：//思考減法時，C值的影響

LDR r0, =0x3

LDR r1, =0x2

SUBS r0, r0, r1

對比：

LDR r0, =0x3

LDR r1, =-2;（-2的補碼0xfffffffe會送到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以后，接下來思考表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來分析。

如：GE：(有符號數(shù)大于等于)

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

N=1 V=1：結(jié)果小于0，但有符號溢出

考慮以下情況：c=a-b

1.a<0, b<0

減法操作時不可能符號溢出

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

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

減法操作時如果結(jié)果小于0 (N=1)，則不會出現(xiàn)符號溢出

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)符號溢出。

其它項的分析過程類似。

五、總結(jié)

盡管以上分析看起來有點復(fù)雜，但使用時在大多數(shù)情況下用一個簡單的條件測試指令即可，不需要程序員計算出條件碼的精確值即可得到需要的結(jié)果。