2019年11月15日 | AVR的指令与汇编器系统及宏指令

AVR单片机指令系统是RISC结构的精简指令集,CISC结构存在指令系统不等长，指令数多，CPU利用效率低，执行速度慢等缺陷。

ATmega16共有131条指令，按功能可分为五大类，它们是：

A.算术和逻辑运算指令（28 条）； 
B.比较和跳转指令（36 条）； 
C.数据传送指令（35 条）； 
D.位操作和位测试指令（28 条）； 
E.MCU控制指令（4 条）。

AVR一条指令的长度大多数为16位，还有少部分为32位。

AVR的指令的一般格式为：

操作码用于指示CPU执行何种操作，是加法还是减法，是数据传送还是数据移位。

一条指令可以只有操作码，或第一操作数。

AVR的汇编语句的格式：

(1) [标号:] 伪指令 [操作数] [;注释] 
(2) [标号:] 指令    [操作数] [;注释]

1.AVR指令的寻址方式和寻址空间

指令的一个重要组成部分是操作数。指令给出参与运算数据的方式称为寻址方式。CPU执行指令时，首先要根据地址获取参加操作的操作数，然后才能对操作数进行操作，操作的结果还要根据地址保存在相应的储存器或寄存器中。

下面介绍部分AVR的部分指令及寻址方式：

(1)单寄存器寻址 例：INC Rd ;操作：Rd←Rd+1

INC R5 ;将寄存器R5内容加1回放。

(2)双寄存器寻址 例：ADD Rd, Rr ;操作：Rd←Rd+Rr

ADD R0, R1 ;将R0和R1寄存器内容相加，结果回放R0。

(3)I/O寄存器直接寻址 例：IN Rd, P ;操作：Rd←P。

IN R5, $3E ;读 I/O 空间地址为$3E寄存器(SPH)的内容，放入寄存器R5。

(4)数据存储器空间直接寻址 例：LDS Rd, K ;操作：Rd←(K)

LDS R18, $100 ;读地址为$100的SRAM中内容，传送到R18中。

(5)数据存储器空间的寄存器间接寻址 例：LD Rd, Y ;操作：Rd←(Y)，把以Y为指针的SRAM的内容送Rd。

LD R16, Y ;设Y=$0567，即把SRAM地址为$0567的内容传送到R16中。

(6)程序存储器空间取常量寻址

例：LPM            ;操作：R0←(Z)，即把以Z为指针的程序存储器的内容送R0。 
若 Z=$0100，即把地址为$0080的程序存储器的低字节内容送R0。 
若 Z=$0101，即把地址为$0080的程序存储器的高字节内容送R0。 
例：LPM R16, Z ;操作：R16←(Z)，即把以Z为指针的程序存储器的内容送R16。 
若 Z=$0100，即把地址为$0080 的程序存储器的低字节内容送R16。 
若 Z=$0101，即把地址为$0080 的程序存储器的高字节内容送R16。

(7)程序存储器空间写数据寻址

例：SPM ;操作：(Z)←R1:R0，把 R1:R0 内容写入以 Z 为指针的程序存储器单元。

(8)程序存储器空间直接寻址

例：JMP $0100   ;操作：PC←$0100。程序计数器 PC 的值设置为$0100，接下来执行程序存储器$0100 单元的指令代码。 
例：CALL $0100 ;操作：STACK←PC+2; SP← SP-2; PC←$0100。先将程序计数器 PC 的当前值加 2 后压进堆栈（CALL 指令为 2 个字长），堆栈指针计数器 SP 内容减 2，然后 PC 的值为$0100，接下来执行程序存储器$0100 单元的指令代码。

(9)程序存储器空间相对寻址

例：RJMP $0100    ;操作：PC←PC+1+$0100。若当前指令地址为$0200（PC=$0200），即把$0301 送程序计数器 PC，接下来执行程序存储器$0301 单元的指令代码。 
例：RCALL $0100  ;操作：STACK←PC+1；SP←SP-2；PC←PC+1+$0100。若当前指令地址为$0200（PC=$0200），先将程序计数器 PC 的当前值加 1 后压进堆栈，堆栈指针计数器SP 内容减 2，然后 PC 的值为$0301，接下来执行程序存储器$0301 单元的指令代码。

(10)数据存储器空间堆栈寄存器 SP 间接寻址

例：PUSH R0 ;操作：STACK←R0；SP←SP-1。若当前 SP=$10FF，先把寄存器 R0 的内容送到 SRAM 的$10FF 单元，再将 SP 内容减 1，即 SP=$10FE。 
例：POP R1   ;操作：SP←SP+1；R1←STACK。若当前 SP=$10FE，先将 SP 内容加 1，再把 SRAM 的$10FF 单元内容送到寄存器 R1，此时 SP=$10FF。 
此外，在 CPU 响应中断和执行 CALL 一类的子程序调用指令（SP = SP-2），以及执行中断返回 IRET 和子程序返回 RET 一类的子程序返回指令中（SP = SP+2），都隐含着使用堆栈寄存器 SP 间接寻址的方式。

2.AVR汇编器伪指令

在汇编语言程序中可以使用一些伪指令。伪指令不属于 CPU 指令集，编译时并不产生实际的目标机器操作代码，只是用于在汇编程序中对地址、寄存器、数据、常量等进行定义说明，以及对编译过程进行某种控制等。AVR 的指令系统不包括伪指令，伪指令通常由汇编编译系统给出。

伪指令一般以 . 开头，如：

.DSEG ;RAM 数据段(SRAM) var1: .BYTE 1 ;保留 1 个字节的存储单元，用 var1 标识 table: .BYTE tab_size;保留 tab_size 个字节的存储空间 .CSEG ;代码段开始(Flash) 　　ldi r30, low(var1) ;将保留存储单元 var1 起始地址的低 8 位装入 Z 　　ldi r31, high(var1) ;将保留存储单元 var1 起始地址的高 8 位装入 Z 　　ld r1, Z ;将保留存储单元的内容读到寄存器 R1