6-3Thumb 指令集(中嵌教育-嵌入式linux开发课件)

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第四章 Thumb 指令集4.1 Thumb 指令集概述 4.2 Thumb 指令详细介绍

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4.1 Thumb指令集概述ARM开发工具完全支持Thumb指令，应用程序可以灵 活的将ARM和Thumb子程序混合编程以便在例程的基础 上提高性能或代码密度。在编写Thumb指令时，先要用伪 指令CODE16声明(ADS的编译环境下),而且在ARM指 令中要使用BX指令跳转到Thumb指令，以切换处理器状 态。本节可以分为以下几个部分：

4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4

Thumb指令集编码

Thumb状态切换编程模型 Thumb指令集特性http://www.77cn.com.cn

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4.1.2Thumb状态切换在任何时刻，CPSR的第5位(位T)决定了ARM微处理 器执行的是ARM指令流还是Thumb指令流。当T置1,则认 为是16位的Thumb指令流；当T置0,则认为是32位的ARM 指令流。 进入Thumb模式 进入Thumb指令模式有两种方法：一种是执行一条 交换转移指令BX,另一种方法是利用异常返回，也可以 把微处理器从ARM模式转换为Thumb模式。 退出Thumb模式 退 出 Thumb 指 令 模 式 也 有 两 种 方 法 ： 一 种 是 执 行 Thumb 指 令 中 的 交 换 转 移 BX 指 令 可 以 显 式 的 返 回 到 ARM指令流。另一种是利用异常进入ARM指令流 。http://www.77cn.com.cn

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4.1.3 编程模型Thumb指令集是ARM指令集的一个子集，并只能对限定 的ARM寄存器进行操作。其编程模型如下图所示：r0 r1 r2 r3 r4 r5 r6

Lo寄存器

有阴影的寄存器 访问时受到限制

r7r8 r9 r10 r11 r12 SP(r13) LR(r14) PC(r15)

CPSR Hi寄存器

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4.1.4Thumb指令集特点Thumb指令继承了ARM指令集的许多特点Thumb指令也是采用Load/Store结构，有数据处理、数据传 送及流控制指令等。

Thumb指令集丢弃了ARM指令集一些特性大多数Thumb指令是无条件执行的(除了转移指令B),而 所有ARM指令都是条件执行的。许多Thumb数据处理指令采用2 地址格式，即目的寄存器与一个源寄存器相同，而大多数ARM数 据处理指令采用的是3地址格式(除了64位乘法指令外)。

Thumb异常时表现的一些特点所有异常都会使微处理器返回到ARM模式状态，并在ARM 的编程模式中处理。由于ARM微处理器字传送地址必须可被4整 除(即字对准),半字传送地址必须可被2整除(即半字对准)。 而Thumb指令是2个字节长，而不是4个字节，所以，由Thumb执 行状态进入异常时其自然偏移与ARM不同。http://www.77cn.com.cn

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4.2 Thumb指令集详细介绍16位Thumb指令集是从32位ARM指令集提取指令格 式的，每条Thumb指令有相同处理器模型所对应的32位 ARM指令。 4.2.1 数据处理指令； 4.2.2 转移指令； 4.2.3 Load/Store指令；4.2.4异常中断指令。

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4.2.1 Thumb数据处理指令Thumb数据处理指令包括一组高度优化且相 当复杂的指令，范围涵盖

编译器通常需要的大多 数操作。ARM指令支持在单条指令中完成一个 操作数的移位及一个ALU操作，但Thumb指令 集将移位操作和ALU操作分离为不同的指令。本 部分从以下几个方面介绍： 数据处理指令的分类 ARM指令与Thumb指令比较

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数据处理指令按照数据处理指令的功能，可以将其分为以下几类： 算术运算指令，它又分为以下几类： ADD与SUB—低寄存器加法和减法 ADD—高或低寄存器

ADD与SUB—SPADD—PC或SP相对偏移 ADC,SBC和MUL

移位和循环移位操作(ASR,LSL,LSR和ROR) 比较指令(CMP和CMN) 传送和取负指令(MOV,MVN和NEG) 测试指令(TST)http://www.77cn.com.cn

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4.2.2 Thumb转移指令ARM 指 令 有 一 个 大 的 ( 24 位 ) 偏 移 域 ( offset field),这不可能在16位Thumb指令格式中表示。为此 Thumb指令集有多种方法实现其子功能。本部分从以下 几个方面介绍： 转移指令的汇编格式 转移指令的分类

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转移指令转移指令的汇编格式如下：B <cond> <label> B <label> BL <label> BLX<label> B{L}X Rm ;格式1 目标为Thumb代码 ；格式2 目标为Thumb代码 ；格式3 目标为Thumb代码 ；格式3a 目标为ARM代码 ；格式4 目标为ARM或Thumb代码

转移链接产生两条格式3指令。格式3指令必须成对出现 而不能单独使用。同样BLX产生一条格式3指令和一条格式 3a指令。汇编器根据当前指令地址、目标指令标识符的地址 以及对流水线行为的微调计算出应插入指令中相应的偏移量。 若转移目标不在寻址范围内则给出错误信息。http://www.77cn.com.cn

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转移指令转移指令分类如下： B-分支指令，Thumb指令集惟一可条件执 行的指令。 BL-带链接的长分支。 BX-分支指令，并可选择地切换指令集。 BLX-带链接分支，并可选地交换指令集。

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4.2.3数据存取指令Thumb的数据存取指令又可以分为：

单寄存器数据存取指令(LDR和STR) 多寄存器数据存取指令 (LDM和STM)

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