ARM處理器CPSR標誌位和條件符之間的關係

本文目的是要理清ARM處理器的CPSR狀態標誌和ARM指令的條件符之間的關係。

1、CPSR寄存器

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

圖1 程序狀態寄存器格式

狀態標誌位含義：（其它位的含義和本文主題無關，此處很少介紹）

N
        N=1 表示運算的結果爲負數；N=0 表示運算的結果爲正數或零；
        Z
        Z=1 表示運算的結果爲零；Z=0表示運算的結果爲非零；
        C
            能夠有4種方法設置C的值：
        ─ 加法運算（包括比較指令CMN）：當運算結果產生了進位時（無符號數溢出），C=1，不然C=0。
        ─ 減法運算（包括比較指令CMP）：當運算時產生了借位，C=0，不然C=1。
        ─ 對於包含移位操做的非加/減運算指令，C爲移出值的最後一位。
        ─ 對於其餘的非加/減運算指令，C的值一般不改變。
        V
            能夠有2種方法設置V的值：
        ─ 對於加/減法運算指令，當操做數和運算結果爲二進制的補碼錶示的帶符號數時，V=1表示符號位溢出。
        ─ 對於其餘的非加/減運算指令，V的值一般不改變

2、條件符及對應的標誌位

表1 條件符描述表
        

3、關於C、V值更多的解釋

處理器內部以補碼錶示有符號數，8個二制位可以表達的整數範圍是：+127 ~ -128，16位表達的範圍是：+32767 ~ -32768。若是運算結果超出了這個範圍，就是產生了溢出,有溢出，說明有符號數的運算結果須要考慮溢出狀況。

溢出標誌V和進位標誌C是兩個意義不一樣的標誌。進位標誌表示無符號數運算結果是否超出範圍；溢出標誌表示有符號數運算結果是否超出範圍。

處理器對兩個操做數進行運算時，按照無符號數求得結果，並相應設置進位標誌C；同時，根據是否超出有符號數的範圍設置溢出標誌V。

應該利用哪一個標誌，則由程序員來決定。也就是說，若是將參加運算的操做數認爲是無符號數，就應該關心進位；認爲是有符號數，則要注意是否溢出。

判斷運算結果是否溢出有一個簡單的規則：只有當兩個相同符號數相加，而運算結果的符號與原數據符號相反時，產生溢出；其餘狀況下，則不會產生溢出。

代碼舉例1：

LDR     r0, =0x7fffffff
        LDR     r1, =0x70000000;
        ADDS    r0, r0, r1; //結果=0xefffffff
        對於無符號數運算來講，沒有進位。
        對於有符號數運算來講，溢出。
        此時C=0 V=1；

代碼舉例2：
        LDR     r0, =0xffffffff
        LDR     r1, =0x70000000;
        ADDS    r0, r0, r1; //結果=0x6fffffff
        對於無符號數運算來講，有進位。
        對於有符號數運算來講，無溢出。
        此時C=1 V=0；

代碼舉例3：
        LDR     r0, =0x8fffffff
        LDR     r1, =0xf0000000 ;
        ADDS    r0, r0, r1; //結果=0x7fffffff
        此時C=？ V=？；（思考一下，而後在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

4、CPSR狀態標誌和ARM指令的條件符之間的關係

有了上面的背景知識之後，接下來思考表1中CPSR狀態標誌和ARM指令的條件符之間的關係，下面選取其中的一項來分析。
        如：GE：(有符號數大於等於)
        N=0 V=0：結果是大於等於0的數，且無符合溢出，因此大於等於關係成立
        N=1 V=1：結果小於0，但有符號溢出
                            考慮如下狀況：c=a-b
                            1.a<0, b<0          
                            減法操做時不可能符號溢出     
                            2.a>0, b<0         
                            可能出現N=V=1?? 如（8位數）：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誌的簡單規則，能夠得出：在此狀況下，
                            減法操做時若是結果小於0 (N=1)，則不會出現符號溢出
                            因此（在N=1 V=1前提下a<0,b>0）這種狀況不可能出現
                            4.a>0, b>0
                            減法操做不可能出現符號溢出。

其它項的分析過程相似。

5、總結

儘管以上分析看起來有點複雜，但使用時在大多數狀況下用一個簡單的條件測試指令便可，不須要程序員計算出條件碼的精確值便可獲得須要的結果。（做者：劉洪濤，華清遠見嵌入式學院講師。）