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alu.md

File metadata and controls

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ALU

📜 命令のフォーマット

I=0

このとき、2個目のオペランドにはレジスタを指定します

bit 内容
31-28 条件
27-26 ALU命令では必ず0
25 0 (I - 2個目のオペランドにレジスタ)
24-21 オペコード（後述） (0x0-0xf)
20 S - Set Condition Codes (0=No, 1=Yes) (Must be 1 for opcode 8-B)
19-16 Rn - 第一オペランドのレジスタ番号 (R0..R15) MOV/MVNのときは必ず0になる
15-12 Rd - 演算結果を格納するレジスタ番号 (R0..R15) CMP/CMN/TST/TEQ{P}のときは必ず0(または15)になる
11-7 後述
6-5 シフトの種類 (0=LSL, 1=LSR, 2=ASR, 3=ROR)
4 R - シフト量を示すのにレジスタを使うか即値を使うか (0=即値, 1=レジスタ)
3-0 Rm - 2個目のオペランドとなるレジスタの番号

11-7bitは

  • Rが0のとき: シフト量を表す即値(1-31, 0は後述)
  • Rが1のとき: bit11-8はシフト量が入っているレジスタ、 bit7は必ず0になります

アセンブリの例

シフト量がレジスタ:
  and r1, r2, r3, lsl r4  ; r1 = r2 & (r3 << r4)

シフト量が即値:
  and r1, r2, r3, lsl #2  ; r1 = r2 & (r3 << 0x2)

I=1

このとき、2個目のオペランドには即値を指定する

bit 内容
31-28 条件
27-26 ALU命令では必ず0
25 1 (I - 2個目のオペランドに即値)
24-21 オペコード（後述） (0x0-0xf)
20 S - Set Condition Codes (0=No, 1=Yes) (Must be 1 for opcode 8-B)
19-16 Rn - 第一オペランドのレジスタ番号 (R0..R15) MOV/MVNのときは必ず0になる
15-12 Rd - 演算結果を格納するレジスタ番号 (R0..R15) CMP/CMN/TST/TEQ{P}のときは必ず0(または15)になる
11-8 Is - nnをRORシフトする量(0-30)
7-0 nn - 2個目のオペランドとなる8bitの即値

アセンブリの例

バイナリが 03 13 02 E2 のとき:
  and r1, r2, #0xc000000 ; r1 = r2 & ROR(r3, 3)

オペコード(24-21bit)

値 フォーマット 処理内容
0x00 AND{cond}{S} Rd,Rn,Op2 Rd = Rn AND Op2
0x01 EOR{cond}{S} Rd,Rn,Op2 Rd = Rn XOR Op2
0x02 SUB{cond}{S} Rd,Rn,Op2 Rd = Rn-Op2
0x03 RSB{cond}{S} Rd,Rn,Op2 Rd = Op2-Rn
0x04 ADD{cond}{S} Rd,Rn,Op2 Rd = Rn+Op2
0x05 ADC{cond}{S} Rd,Rn,Op2 Rd = Rn+Op2+Cy
0x06 SBC{cond}{S} Rd,Rn,Op2 Rd = Rn-Op2+Cy-1
0x07 RSC{cond}{S} Rd,Rn,Op2 Rd = Op2-Rn+Cy-1
0x08 TST{cond}{P} Rn,Op2 Void = Rn AND Op2
0x09 TEQ{cond}{P} Rn,Op2 Void = Rn XOR Op2
0x0a CMP{cond}{P} Rn,Op2 Void = Rn-Op2
0x0b CMN{cond}{P} Rn,Op2 Void = Rn+Op2
0x0c ORR{cond}{S} Rd,Rn,Op2 Rd = Rn OR Op2
0x0d MOV{cond}{S} Rd,Op2 Rd = Op2
0x0e BIC{cond}{S} Rd,Rn,Op2 Rd = Rn AND NOT Op2
0x0f MVN{cond}{S} Rd,Op2 Rd = NOT Op2

🔴 2個目のオペランド(Op2)

25bitや11-0bitを見るとわかるように2個目のオペランドは基本的に、レジスタ値、シフトされたレジスタ値、またはシフトされた即値 となります。

また、レジスタ値のシフト量は、レジスタ値の場合と即値の場合があります。

  • レジスタ値: Op2はRmと表記されます、アセンブラではRm,LSL#0と表されます。
  • シフトされたレジスタ値: Rm,SSS#Is または Rm,SSS Rsと表されます (SSS=LSL/LSR/ASR/ROR)
  • 即値: #000NN000hのように表します。(このとき #0NNh,ROR#0ssh), for example: "#000NN000h", assembler should automatically convert into "#0NNh,ROR#0ssh" as far as possible (ie. as far as a section of not more than 8bits of the immediate is non-zero).

🔴 シフト量が0のとき

2個目のオペランドがレジスタで、シフト量を即値で表す場合、シフト量が0のときは特殊な処理になります。

 LSL#0: シフトは行われません。 つまり、Op2=Rmとなりキャリーの値は不変です。
 LSR#0: LSR#32として解釈されます。つまり、Op2が0になったとき、キャリーはRmの31bitが入ります。
 ASR#0: ASR#32として解釈されます。つまり、Op2とキャリーはRmの31bitが入ります。
 ROR#0: ROR#1 と同様に RRX#1 (RCR) と解釈されますが、Op2の31bitは古いキャリーの値になります。

Using R15 (PC)

R15をターゲットレジスタ(Rd)として使用する場合は、以下のCPSRの説明と実行時間の説明に注意してください。

R15をオペランド(Rm or Rn)として使う場合、R15の値は次のようになります。

I=0,R=1 のとき:
  R15 => PC+12

それ以外のとき:
  R15 => PC+8

🚩 フラグの変更

S=1, Rd≠R15, 論理命令 のとき:

該当するのは、AND,EOR,TST,TEQ,ORR,MOV,BIC,MVN

  • V = 不変
  • C = シフト処理の場合のみ、キャリー (LSL#0 や Rs=0x00 の場合は不変)
  • Z = 演算結果がゼロ
  • N = 演算結果がマイナス(bit31が1)

S=1, Rd≠R15, 算術命令 のとき:

該当するのは、SUB,RSB,ADD,ADC,SBC,RSC,CMP,CMN

  • V = 演算結果がオーバーフローしたか
  • C = 演算結果のキャリー
  • Z = 演算結果がゼロ
  • N = 演算結果がマイナス(bit31が1)

S=1, with unused Rd bits=1111b, オペコードが CMPP/CMNP/TSTP/TEQP のとき:

  • In user mode only N,Z,C,V bits of R15 can be changed.
  • In other modes additionally I,F,M1,M0 can be changed.
  • The PC bits in R15 are left unchanged in all modes.

S=1, Rd=R15 のとき:

ユーザーモード以外からユーザーモードに復帰する用途などで用いる

  • CPSR = SPSR_${current_mode}
  • PC = 処理結果

例:

  MOVS PC,R14  ; SWIからの復帰 (PC=R14_svc, CPSR=SPSR_svc)

S=0 のとき

フラグは全部不変

🔎 補足

実行時間

実行時間: (1+p)S+rI+pN

  • r: 1 (I==0 && R==1 つまりシフト量にレジスタの値を使う場合) or 0(それ以外)
  • p: 1 (Rd==R15) or 0(それ以外)

NOP

ARMステートではMOV R0, R0をNOP命令として扱う