嵌入式：ARM转移指令（分支指令）

ARM有2种方法可实现程序的转移：

• 一种是利用传送指令直接向PC寄存器R15中写入转移的目标地址，通过改变PC的值实现程序的转移；
• 另一种就是利用转移指令。

ARM的转移指令可以从当前指令向前或向后的32MB的地址空间跳转，根据完成的功能它可以分为以下4种 ：

• B 转移指令
• BL 带链接的转移指令
• BX 带状态切换的转移指令
• BLX 带链接和状态切换的转移指令

转移和转移链接指令（B，BL）

转移指令B在程序中完成简单的跳转指令，可以跳转到指令中指定的目的地址。BL指令完全象转移指令一样地执行转移，同时把转移后面紧接的一条指令的地址保存到链接寄存器LR（r14），这样可以实现子程序的返回。

二进制编码

跳转目标地址的计算方法：先对指令中定义的有符号的24位转移量用符号扩展为32位，并将该32位左移2位形成字的偏移，然后将它加到程序计数器PC中（相加前程序计数器的内容为转移指令地址加8字节）。一般情况下汇编器将会计算正确的偏移。

转移范围为±32MB。

L标志为1时，为转移连接指令。

汇编格式

B{L}{<cond>}  <target address>

L指定转移与连接属性，如果不包括L，便产生没有连接的转移。<cond>是条件执行的助记符扩展，缺省为AL，即无条件转移。<target address>一般是汇编代码中的标号，是转移到的目标地址。

举例：

（1）无条件转移

B  LABEL  ;无条件跳转
         ……
LABEL  ……

（2）执行10次循环

MOV  R0,#10    ;初始化循环计数器
LOOP  ……
    SUBS  R0,R0,#1      ;计数器减1，设置条件码
    BNE  LOOP      ;如果计数器R0≠0，重复循环

（3）调用子程序

…  …
      BL  SUB          ;转移连接到子程序SUB
      ……                 ;返回到这里
 SUB  … …             ;子程序入口
      MOV  PC,R14  ;返回

注意：在子程序返回之前，不应再调用下一级嵌套子程序。

汇编语言子程序调用及返回

在ARM汇编语言中，子程序调用是通过BL指令来完成的。BL指令的语法格式如下：

BL   subname

其中，subname是被调用的子程序的名称。BL指令完成两个操作：将子程序的返回地址放在LR寄存器（r14）中，同时将PC寄存器值设置成目标子程序的第一条指令地址。

在返回调用子程序时，转移链接指令保存到LR寄存器（r14）中的值需要拷贝回程序寄存器PC（r15）。

（4）子程序的嵌套调用

为了实现子程序的嵌套调用，应该在调用嵌套子程序之前，先将R14内容压栈保存。如：

BL  SUB1          ;转移连接到子程序SUB1
         ……                 ;返回到这里
 SUB1  … …             ;子程序1入口
        STMFD  SP!,{R14}
        BL  SUB2
        LTMFD SP!,{R14}
        … …
        MOV  PC,R14  ;返回
SUB2  ……  子程序入口2

（5）条件子程序调用

……
    CMP R0,#5     ;如果R0<5
    BLLT  SUB1   ;然后调用SUB1
    BLGE  SUB2  ;否则调用SUB2
    ……

注意：只有SUB1不改变条件，这里才能正常运行。

当转移指令转移到32MB地址空间之外时，将产生不可预测的结果。

转移交换和转移链接交换（BX，BLX）

这些指令用于支持Thumb（16位）指令集的ARM芯片，程序可以通过这些指令完成处理器从ARM状态到Thumb状态的切换。类似的Thumb指令可以使处理器切换回32位ARM指令。

在第一种格式中，寄存器Rm的值是转移目标，Rm的第0位拷贝到CPSR中的T位，进而决定是切换到Thumb状态还是ARM状态。[31：1]位移入PC。

如果Rm[0]是1，则切换到Thumb状态，并在Rm中的地址处开始执行，但需将最低位清0，使之半字对齐。

如果Rm[0]是0，则切换到ARM状态，并在Rm中的地址处开始执行，但需将Rm[1]清0，使之半字对齐 。

ARM的状态寄存器CPSR中的状态控制位T-bit（位[5]）决定了当前处理器的运行状态，因此，可以通过MSR和MRS指令来直接修改CPSR的状态位，也能够改变处理器运行状态
但由于ARM采用多级流水线的结构，这样做会造成流水线上预取指令的执行错误，而如果用BX指令，则不会出现这样的问题

下面是一段直接进行状态切换的例程。

；从ARM状态开始
       CODE32    ;表明以下是ARM指令
       ADR R0, Into_Thumb+1; 得到目标地址，末位置1，
                                                  ; 表示转移到Thumb
       BX R0     ;转向Thumb
       ……         ;执行其它代码
       CODE16    ;表明以下是Thumb指令  
Into_Thumb :  ;Thumb代码
       ADR   R5, Back_to_ARM ;得到目标地址，末位缺省为0，
                                                 ; 转移到ARM 
        BX     R5  ;转向ARM
        ……           ;执行其它代码
        CODE32  ;表明以下是ARM指令
Back_to_ARM:      ;ARM代码段起始地址

参考文献：

孟祥莲．嵌入式系统原理及应用教程（第2版）[M]．北京：清华大学出版社，2017.