跳轉指令之:跳轉指令B及帶連接的跳轉指令BL
跳轉(B)和跳轉連接(BL)指令是改變指令執(zhí)行順序的標準方式。ARM一般按照字地址順序執(zhí)行指令,需要時使用條件執(zhí)行跳過某段指令。只要程序必須偏離順序執(zhí)行,就要使用控制流指令來修改程序計數器。盡管在特定情況下還有其他幾種方式實現這個目的,但轉移和轉移連接指令是標準的方式。
跳轉指令改變程序的執(zhí)行流程或者調用子程序。這種指令使得一個程序可以使用子程序、if-then-else結構以及循環(huán)。執(zhí)行流程的改變迫使程序計數器PC指向一個新的地址,ARMv5架構指令集包含的跳轉指令如表8.1所示。
表8.1 ARMv5架構跳轉指令
助記符
說明
操作
B
跳轉指令
pc←label
BL
帶返回的連接跳轉
pc←label(lr←BL后面的第一條指令)
BX
跳轉并切換狀態(tài)
pc←Rm&0xfffffffe,T←Rm&1
BLX
帶返回的跳轉并切換狀態(tài)
pc←lable,T←1
pc←Rm&0xfffffffe,T←Rm&1
lr←BL后面的第一條指令
另一種實現指令跳轉的方式是通過直接向PC寄存器中寫入目標地址值,實現在4GB地址空間中任意跳轉,這種跳轉指令又被稱為長跳轉。如果在長跳轉指令之前使用“MOVLR”或“MOVPC”等指令,可以保存將來返回的地址值,也就實現了在4GB的地址空間中的子程序調用。
在ARMv5以前的版本中,傳送到PC寄存器中的目標地址值的低兩位bits[1∶0]被忽略,跳轉指令只能在ARM指令集中執(zhí)行,即程序不能從ARM狀態(tài)切換到Thumb狀態(tài)。在非T系列版本5的ARM體系不含Thumb指令,當程序試圖切換到Thumb狀態(tài)時,將產生未定義指令異常中斷。
在ARMv5以后的版本中,有兩種類型的帶連接的跳轉切換指令(BLX),敘述如下。
(1)形式如“BLX<Rm>”,它是一種類似于帶寄存器Rm的BX指令。指令執(zhí)行BX操作,同時將返回地址放到LR寄存器中。這種形式的帶狀態(tài)切換的跳轉連接指令,方便了ARM/Thumb互交的子程序調用。
(2)另一種類型的BLX指令類似于BL指令,指令使程序跳轉到指定地址,并將返回地址保存到LR寄存器中,該指令能夠實現32MB地址空間的跳轉。與BL指令的不同之處在于它返回到Thumb狀態(tài),而不是ARM狀態(tài)。
8.1跳轉指令B及帶連接的跳轉指令BL1.指令編碼格式跳轉指令B使程序跳轉到指定的地址執(zhí)行程序。帶連接的跳轉指令BL將下一條指令的地址拷貝到r14(即返回地址連接寄存器LR)寄存器中,然后跳轉到指定地址運行程序。需要注意的是,這兩條指令和目標地址處的指令都要屬于ARM指令集。兩條指令都可以根據CPSR中的條件標志位的值決定指令是否執(zhí)行。
指令的編碼格式如圖8.1所示。
圖8.1B&BL指令編碼格式
2.指令的語法格式B{L}{<cond>}<target_address>
①<cond>
為指令編碼中的條件域。它指示指令在什么條件下執(zhí)行。當<cond>忽略時,指令為無條件執(zhí)行(cond=AL(Alway))。
②L
L位(bit[24])=1,指令存儲返回地址到LR;L位(bit[24])=0,指令僅實現跳轉,不保存返回指令。
③<target_addrss>
指令跳轉的目標地址。指令通過下面的方法計算目標地址。
·將24位的立即數符號擴展為32位。
·將擴展后的32位立即數左移兩位。
·將得到的值加到PC寄存器中,即得到跳轉的目標地址。
注意
由于以上原因,B和BL指令只能實現±32MB空間的跳轉。
3.指令操作的偽代碼指令操作的偽代碼如下面程序段所示。
IfconditionPassed{cond}then
IfL==1then
LR=addressoftheinstructionafterthebranchinstruftion
PC=PC+(SignExtend(signed_immed_24)<<2)
4.指令的使用BL指令用于實現子程序調用。子程序的返回可以通過將LR寄存器的值復制到PC寄存器來實現。下面三種指令可以實現子程序返回。
·BXr14(如果體系結構支持BX指令)。
·MOVPC,r14。
·當子程序在入口處使用了壓棧指令:
STMFDr13!,{<registers>,r14},
可以使用指令。
LDMFDr13!,{<registers>,PC}
將子程序返回地址放入PC中。
ARM匯編器通過以下步驟計算指令編碼中的signed_immed_24。
(1)將PC寄存器的值作為本跳轉指令的基地址值。
(2)從跳轉的目標地址中減去上面所說的跳轉的基地址,生成字節(jié)偏移量。由于ARM指令是字對齊的,該字節(jié)偏移量為4的倍數。
(3)當上面生成的字節(jié)偏移量超過-33554432~+33554430時,不同的匯編器使用不同的代碼產生策略。
(4)否則,將指令編碼字中的signed_immed_24設置成上述字節(jié)偏移量的bits[25∶2]。
注意
在一些RISC體系結構的處理器中,存在延時跳轉(delayedbranch)模式,即在程序執(zhí)行跳轉指令跳轉到目標地址之前,程序會執(zhí)行跳轉指令之后的指令。但在ARM體系中,沒有這種延時跳轉機制。
5.指令舉例(1)程序跳轉到LABLE標號處。
BLABLE;
ADDr1,r2,#4
ADDr3,r2,#8
SUBr3,r3,r1
LABLE
SUBr1,r2,#8
(2)跳轉到絕對地址0x1234處。
B0x1234
(3)跳轉到子程序func處執(zhí)行,同時將當前PC值保存到LR中。
BLfunc
(4)條件跳轉:當CPSR寄存器中的C條件標志位為1時,程序跳轉到標號LABLE處執(zhí)行。
BCCLABLE
(5)通過跳轉指令建立一個無限循環(huán)。
LOOP
ADDr1,r2,#4
ADDr3,r2,#8
SUBr3,r3,r1
BLOOP
(6)通過使用跳轉使程序體循環(huán)10次。
MOVr0,#10
LOOP
SUBSr0,#1
BNELOOP
(7)條件子程序調用示例。
……
CMPr0,#5;如果r0<5
BLLTSUB1;則調用
BLGESUB2;否則調用SUB2
注意
只有SUB1不改變條件碼,本例才能正確執(zhí)行,因為如果BLLT執(zhí)行了轉移,將返回到BLGE指令。如果條件碼被SUB1子程序改變,則SUB2可能又會被執(zhí)行,從而達不到指令的預期效果。