ARMCortex-M4体系结构中的乘法和乘加指令

2023-11-21 理论教育版权反馈

【摘要】：Cortex-M4处理器中也有许多乘法和乘加指令。本节中，我们将讨论一些可供使用的乘和乘加指令。1．MUL、MLA和MLS指令MUL、MLA和MLS指令适用有符号或无符号32位操作数的乘法、乘加和乘减，结果取低32位。3．SMULWy和SMLAWy指令SMULWy和SMLAWy指令表示有符号扩大乘法和有符号扩大乘加，采用一个32位操作数和一个16位操作数，结果取高32位。7．SMLAD和SMLSD指令SMLAD和SMLSD指令表示两次16位有符号乘法，对乘积相加或相减并进行32位累加。

Cortex-M4处理器中也有许多乘法和乘加指令。本节中，我们将讨论一些可供使用的乘和乘加指令。

1．MUL、MLA和MLS指令

MUL、MLA和MLS指令适用有符号或无符号32位操作数的乘法、乘加和乘减，结果取低32位。其语法如下：

其中：cond——一个可选的条件代码；

S——一个可选的后缀，如果指定S，则会更新运算结果的条件代码标记；

Rd——目标寄存器；

Rn、Rm——存放乘数的寄存器；

Ra——存放被加数和被减数的寄存器。

这3个指令的用法如下：

（1）MUL指令可将Rn和Rm中的值相乘，并将所得结果的低32位存入Rd。

（2）MLA指令可先将Rn和Rm中的值相乘，再将乘积与Ra中的值相加，最后将所得和的低32位存入Rd。

（3）MLS指令可将Rn和Rm中的值相乘，再从Ra中的值中减去乘积，最后将所得差的低32位存入Rd。

注意：不要将R15用作Rd、Rn、Rm或Ra。

2．UMULL、UMLAL、SMULL和SMLAL指令

UMULL、UMLAL、SMULL和SMLAL指令采用32位操作数及64位结果，表示累加器的有符号长乘法与无符号长乘法（可选择进行累加）。其语法如下：

其中：Op——UMULL、UMLAL、SMULL或SMLAL之一；

S——一个可选后缀，仅可用于ARM状态，如果指定S，则会更新运算结果的条件代码标记；

cond——一个可选的条件代码；

RdLo、RdHi——目标寄存器，对于UMLAL和SMLAL，它们还用于存放累加值。

注意：RdLo和RdHi必须为不同的寄存器，Rn、Rm是存放操作数的ARM寄存器。不要将R15用作RdHi、RdLo、Rn或Rm。

指令的用法如下：

（1）UMULL指令会将Rn和Rm中的值解释为无符号整数。它会先求这两个整数的乘积，然后将结果的低32位存入RdLo，高32位存入RdHi。

（2）UMLAL指令会将Rn和Rm中的值解释为无符号整数。它会先求这两个整数的乘积，然后将64位结果与RdHi和RdLo中所包含的64位无符号整数相加。

（3）SMULL指令会将Rn和Rm中的值解释为有符号整数的二进制补码。它会先求这两个整数的乘积，然后将结果的低32位存入RdLo，高32位存入RdHi。

（4）SMLAL指令会将Rn和Rm中的值解释为有符号整数的二进制补码。它先求这两个整数的乘积，然后将64位结果与RdHi和RdLo中的64位有符号整数相加。

3．SMULWy和SMLAWy指令

SMULWy和SMLAWy指令表示有符号扩大乘法和有符号扩大乘加，采用一个32位操作数和一个16位操作数，结果取高32位。其语法如下：

其中：<y>——B或T，B表示使用Rm的低16位（位[15：0]），T表示使用Rm的高16位（位[31：16]）；

cond——一个可选的条件代码；

Rd——目标寄存器，Rn、Rm存放要相乘的值的寄存器；

Ra——存放要相加的值的寄存器。

指令的用法如下：

（1）SMULW<y>可将选自Rm的16位有符号整数与Rn中的有符号整数相乘，并将48位结果的高32位存入Rd。

（2）SMLAW<y>可将选自Rm的16位有符号整数与Rn中的有符号整数相乘，并将32位结果与Ra中的32位值相加，结果存入Rd。

4．SMLALxy指令

SMLALxy指令表示有符号乘加，采用16位操作数和64位累加器。其语法如下：

其中：<x>——B或T，B表示使用Rn的低16位（位[15：0]），T表示使用Rn的高16位（位[31：16]）；

<y>——B或T，B表示使用Rm的低16位（位[15：0]），T表示使用Rm的高16位（位[31：16]）；

cond——一个可选的条件代码；

RdHi、RdLo——目标寄存器，它们也存放累加值，RdHi和RdLo必须为不同的寄存器；

Rn、Rm——存放要相乘的值的寄存器。

指令的用法如下：SMLALxy可将选自Rm的16位有符号整数与选自Rn的16位有符号整数相乘，然后将32位乘积结果与RdHi和RdLo中的64位值相加。

5．SMUAD{X}和SMUSD{X}指令

SMUAD{X}和SMUSD{X}指令表示先做两次16位有符号乘法，然后将两个乘积相加或相减，可选择交换操作数的高半字和低半字。其语法如下：

其中：op——SMUAD或SMUSD之一；(www.chuimin.cn)

X——一个可选的参数，如果有X，则在相乘之前，会先交换第2个操作数的高半字和低半字；

cond——一个可选的条件代码；

Rd——目标寄存器；

Rn、Rm——存放操作数的寄存器。

指令的用法如下：

（1）SMUAD可先将Rn的低半字与Rm的低半字相乘，Rn的高半字与Rm的高半字相乘，然后将两个乘积相加，并将结果存入Rd。

（2）SMUSD可先将Rn的低半字与Rm的低半字相乘，Rn的高半字与Rm的高半字相乘，然后从第1个乘积中减去第2个乘积，并将差值存入Rd。

6．SMMUL、SMMLA和SMMLS指令

SMMUL、SMMLA和SMMLS指令表示有符号高字乘法、有符号高字乘加和有符号高字乘减。这些指令的操作数为32位，结果仅取高32位。其语法如下：

其中：R——一个可选的参数，如果存在R，则对结果进行舍入，否则将其截断；

cond——一个可选的条件代码；

Rd——目标寄存器；

Rn、Rm——存放操作数的寄存器；

Ra——存放被加数和被减数的寄存器。

指令的用法如下：

（1）SMMUL可先将Rn和Rm中的值相乘，然后将64位结果的高32位存入Rd。

（2）SMMLA可先将Rn和Rm中的值相乘，然后将Ra中的值与乘积的高32位相加，将结果存入Rd。

（3）SMMLS可先将Rn和Rm中的值相乘，然后将Ra中的值左移32位，从移位后的值中减去乘积，最后将差的高32位存入Rd。

如果指定了可选参数R，则在截取结果的高32位前，会先加上0x80000000，对结果的舍入有影响。

7．SMLAD和SMLSD指令

SMLAD和SMLSD指令表示两次16位有符号乘法，对乘积相加或相减并进行32位累加。其语法如下：

其中：op——SMLAD或SMLSD之一；

cond——一个可选的条件代码；

X——一个可选的参数，如果有X，则在相乘之前，会先交换第2个操作数的高半字和低半字；

Rd——目标寄存器；

Rn、Rm——存放操作数的寄存器；

Ra——存放累加操作数的寄存器。

指令的用法如下：

（1）SMLAD可先将Rn的低半字与Rm的低半字相乘，将Rn的高半字与Rm的高半字相乘，然后将两个乘积与Ra中的值相加，并将和存入Rd。

（2）SMLSD可先将Rn的低半字与Rm的低半字相乘，将Rn的高半字与Rm的高半字相乘，然后从第1个乘积中减去第2个乘积，接着将所得的差与Ra中的值相加，最后将结果存入Rd。

8．MIA、MIAPH和MIAxy指令

（1）MIA指令表示带内部累加的乘法（32位乘32位，40位累加）。

（2）MIAPH指令表示带内部累加的乘法，组合半字（16位乘16位两次，40位累加）。

（3）MIAxy指令表示带内部累加的乘法（16位乘16位，40位累加）。

其语法如下：

其中：cond——一个可选的条件代码；

Acc——内部累加器，标准名称为accx，其中x为0～n范围内的整数，n的值取决于处理器，在目前的处理器中它是0；

Rn、Rm——存放要相乘的值的ARM寄存器；

<x><y>——BB、BT、TB、TT中的一个。

指令的用法如下：

（1）MIA指令可先将Rn和Rm中的两个有符号整数值相乘，然后将乘积与Acc中的40位值相加。

（2）MIAPH指令可先将Rn和Rm的低半部有符号整数相乘，将Rn和Rm的高半部有符号整数相乘，然后将两个32位乘积与Acc中的40位值相加。

（3）MIAxy指令可先将选自Rs的16位有符号整数与选自Rm的16位有符号整数相乘，然后将32位乘积与Acc中的40位值相加。<x>==B表示使用Rn的低16位（位[15：0]），<x>==T表示使用Rn的高16位（位[31：16]）。<y>==B表示使用Rm的低16位（位[15：0]），<y>==T表示使用Rm的高16位（位[31：16]）。

ARMCortex-M4体系结构中的乘法和乘加指令

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