AVR汇编（五）：算术和逻辑指令

算术运算指令

AVR中对于算术运算提供了加法、减法和乘法指令，没有除法指令。

`ADD`

ADD 指令用于执行加法操作，相关的变体指令有：一般加法 ADD 、带进位加法 ADC 、16位立即数加法 ADIW 。

例如：

LDI R16, 0x01    ; R16 = 0x01

LDI R17, 0x02    ; R17 = 0x02

ADD R16, R17     ; R16 = 0x03

SEC              ; C = 1

ADC R16, R17     ; R16 = 0x06, C = 0

LDI R25, 0x0F    ; R25 = 0x0F

LDI R24, 0xF0    ; R24 = 0xF0

ADIW R24, 0x10   ; R25:R24 = 0x1000

注意：AVR不支持8位数的立即数加法，即没有 ADDI / ADCI 这样的指令！

`SUB`

SUB 指令用于执行减法操作，相关的变体指令有：一般减法 SUB 、立即数减法 SUBI 、带进位的减法 SUBC 、带进位的立即数减法 SBCI 、16位立即数减法 SBIW 。

例如：

LDI R16, 0x81     ; R16 = 0x81

LDI R17, 0x80     ; R17 = 0x80

SUB R16, R17      ; R16 = 0x01

SUBI R17, 0x10    ; R17 = 0x70

SEC               ; C = 1

LDI R16, 0x80     ; R16 = 0x80

SBC R16, R17      ; R16 = 0x0F, C = 0

SEC               ; C = 1

SBCI R16, 0x02    ; R16 = 0x0C, C = 0

LDI R25, 0x02     ; R25 = 0x02

LDI R24, 0x03     ; R24 = 0x03

SBIW R24, 0x04    ; R25:R24 = 0x01FF

`INC` / `DEC`

INC 指令用于执行加一操作， DEC 指令用于执行减一操作。需要注意的是，这两条指令都不会影响标志位 C 。

例如：

LDI R16, 0x7F    ; R16 = 0x7F

INC R16          ; R16 = 0x80

DEC R16          ; R16 = 0x7F

`MUL`

MUL 指令用于执行乘法操作，计算结果存放在 R0 和 R1 寄存器中。默认执行的是无符号数乘法，后缀带 S 表示执行的是符号数乘法，后缀带 SU 表示执行的是符号数与无符号数乘法，前缀带 F 表示执行分数乘法。

例如：

LDI R16, 0xFE      ; R16 = 0xFE (-2/254)

LDI R17, 0x03      ; R17 = 0x03 (3)

MUL R16, R17       ; R1:R0 = 0x02FA (762)

MULS R16, R17      ; R1:R0 = 0xFFFA (-6)

MULSU R16, R17     ; R1:R0 = 0xFFFA (-6)

FMUL R16, R17      ; R1:R0 = 0x05F4 (1524)

FMULS R16, R17     ; R1:R0 = 0xFFF4 (-12)

FMULSU R16, R17    ; R1:R0 = 0xFFF4 (-12)

逻辑运算指令

`AND` / `OR` / `EOR`

AND 用于执行“与”操作， OR 用于执行“或”操作， EOR 用于执行“异或”操作，后缀带 I 表示操作数是立即数。

例如：

LDI R16, 0xAA     ; R16 = 0xAA

LDI R17, 0x0F     ; R17 = 0x0F

AND R16, R17      ; R16 = 0x0A

ANDI R16, 0x03    ; R16 = 0x02

OR R16, R17       ; R16 = 0x0F

ORI R16, 0xAA     ; R16 = 0xAF

EOR R16, R17      ; R16 = 0xA0

注意：AVR中“异或”操作不支持立即数，即没有 EORI 这样的指令！

`COM` / `NEG`

COM 指令用于计算反码（对原码取反）， NEG 指令用于计算补码（对原码取反加一）。

例如：

LDI R16, 0xA5    ; R16 = 0xA5

COM R16          ; R16 = 0x5A

NEG R16          ; R16 = 0xA6

`SBR` / `CBR`

SER 指令用于根据掩码 K 设置寄存器中的某些位，与 ORI 指令作用相同。 CBR 指令用于根据掩码 K 清除寄存器中的某些位，即执行“与非”操作。

LDI R16, 0x0F    ; R16 = 0x0F

SBR R16, 0x55    ; R16 = 0x5F

CBR R16, 0x55    ; R16 = 0x0A

`TST` / `CLR` / `SER`

TST 指令用于测试寄存器的值是否是零或者负数， CLR 指令将寄存器值设为0， SER 指令将寄存器值设为0xFF。

例如：

LDI R16, 0xAA    ; R16 = 0xAA

TST R16          ; S = 1, V = 0, N = 1, Z = 0

CLR R16          ; R16 = 0, S = 0, V = 0, N = 0, Z = 1

SER R16          ; R16 = 0xFF

状态标志位

和上一篇介绍的数据传送指令不同，算术和逻辑指令会改变 SREG 寄存器中的标志位，下面介绍其中最常用的4个： Z 、 N 、 V 、 C 。

`Z` 标志位

Z 标志位指示计算结果是否为0，当结果为0时置位。

例如：

LDI R16, 5     ;             Z = ?

SUBI R16, 2    ; result = 3, Z = 0

SUBI R16, 3    ; result = 2, Z = 1

`N` 标志位

N 标志位指示计算结果是否为负数，当结果小于0时置位。

例如：

LDI R16, 1      ;              N = ?, Z = ?

LDI R17, 2      ;              N = ?, Z = ?

ADD R16, R17    ; result = 3,  N = 0, Z = 0

SUBI R16, 3     ; result = 0,  N = 0, Z = 1

SUBI R16, 1     ; result = -1, N = 1, Z = 0

`C` / `V` 标志位

C 标志位指示计算结果是否超过无符号数范围，当结果超过[0, 255]时置位。

V 标志位指示计算结果是否超过符号数范围，当结果超过[-128, 127]时置位。

比如，对于0x7F+0x01=0x80，从无符号数角度看，就是127+1=128，没有超过无符号数范围，故 C 为0。从符号数角度看，127+1=128(-128)，超过了符号数范围，故 V 为1。

再比如，对于0xFE+0x02=0x00，从无符号数角度看，为254+2=256(0)，超过了无符号数范围，故 C 为1。从符号数角度看，-2+2=0，没有超过符号数范围，故 V 为0。

更多例子：

LDI R17, 4      ;                           N = ?, Z = ?, V = ?, C = ?

LDI R18, 2      ;                           N = ?, Z = ?, V = ?, C = ?

LDI R19, 1      ;                           N = ?, Z = ?, V = ?, C = ?

LDI R16, 250    ;                           N = ?, Z = ?, V = ?, C = ?

ADD R16, R17    ; result = 0xFE/-2/254,     N = 1, Z = 0, V = 0, C = 0

ADD R16, R18    ; result = 0x00/0/256(0),   N = 0, Z = 1, V = 0, C = 1

ADD R16, R19    ; result = 0x01/1/1,        N = 0, Z = 0, V = 0, C = 0

SUBI R16, 2     ; result = 0xFF/-1/-1(255), N = 1, Z = 0, V = 0, C = 1

参考资料