乘法指令之：MUL乘法指令

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ARM乘法指令完成两个数据的乘法。两个32位二进制数相乘的结果是64位的积。在有些ARM的处理器版本中，将乘积的结果保存到两个独立的寄存器中。另外一些版本只将最低有效32位存放到一个寄存器中。
         
        无论是哪种版本的处理器，都有乘-累加的变型指令，将乘积连续累加得到总和。而且有符号数和无符号数都能使用。对于有符号数和无符号数，结果的最低有效位是一样的。因此，对于只保留32位结果的乘法指令，不需要区分有符号数和无符号数两种情况。
        乘法指令的二进制编码格式如图7.1所示。

       

        图7.1  乘法指令的二进制编码

         
        表7.1显示了各种形式乘法指令的功能。
        表7.1 各种形式乘法指令

操作码[23:21]	助记符	意    义	操    作
000	MUL	乘（保留32位结果）	Rd：=（Rm×Rs）[31∶0]
001	MLA	乘-累加（32位结果）	Rd：=（Rm×Rs＋Rn）[31∶0]
100	UMULL	无符号数长乘	RdHi：RdLo：=Rm×Rs
101	UMLAL	无符号长乘-累加	RdHi：RdLo：＋=Rm×Rs
110	SMULL	有符号数长乘	RdHi：RdLo：=Rm×Rs
111	SMLAL	有符号数长乘-累加	RdHi：RdLo：＋=Rm×Rs

         
        其中：
        ① “RdHi：RdLo”是由RdHi（最高有效32位）和RdLo（最低有效32位）链接形成的64位数，“[31：0]”只选取结果的最低有效32位。
         
        ② 简单的赋值由“：=”表示。
         
        ③ 累加（将右边加到左边）是由“＋=”表示。
         
        同其他数据处理指令一样，位S控制条件码的设置。当在指令中设置了位S时，则有以下结果。
         
        ① 对于产生32位结果的指令形式，将标志位N设置为Rd的第31位的值；对于产生长结果的指令形式，将其设置为RdHi的第31位的值。
         
        ② 对于产生32位结果的指令形式，如果Rd等于零，则标志位Z置位；对于产生长结果的指令形式，RdHi和RdLo同时为零时，标志位Z置位。
         
        ③ 将标志位C设置成无意义的值。
         
        ④ 标志位V不变。
         

注意

乘法指令不能对第二操作数使用立即数或被移位的寄存器。

         

        7.1  MUL乘法指令

         
        1．指令编码格式

        MUL（Multiply）32位乘法指令将Rm和Rs中的值相乘，结果的最低32位保存到Rd中。
        指令的编码格式如图7.2所示。

       

        图7.2  MUL指令的编码格式

         
        2．指令的语法格式

        MUL{<cond>}{S}   <Rd>，<Rm>，<Rs>
         
        ① <cond>
        为指令编码中的条件域。它指示指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时，指令为无条件执行（cond=AL（Alway））。
         
        ② S
        S位（bit[20]）决定指令的操作是否影响CPSR中的条件标志位N位和Z位的值。当S=1时，更新CPSR中的条件标志位的值；当S=0时，指令不更新CPSR中的条件标志位。
         
        ③ <Rd>
        寄存器位目标寄存器。
         
        ④ <Rm>
        第一个乘数所在寄存器。
         
        ⑤ <Rs>
        第二乘数所在寄存器。
         
        3．指令操作的伪代码

        指令操作的伪代码如下面程序段所示。
         
        If  ConditionPassed{cond}  then
             Rd={Rm*Rs}[31:0]
             If  S==1  then
                  N  flag = Rd[31]
                  Z  flag = if  Rd==0  then  1  else  0
                  C  flag = unaffected
                  V  flag = unaffected
         

注意

当程序计数器r15被用作<Rd>、<Rm>、<Rs>时，指令的执行结果不可预知；当目的寄存器<Rd>和<Rm>一样时，指令的执行结果不可预知；在ARM版本v5以后的体系中，在MULS指令执行结束后，标志位C保持不变，在v5以前的版本中，MULS指令执行后，标志位C结果不可预知。

        4．指令举例

        （1）R1=R2×R3
         
        MUL    R1, R2, R3
         
        （2）R0=R3×R7，同时设置CPSR中N位和Z位。
         
        MULS    R0, R3, R7