第四章 Thumb 指令集.ppt

第四章 Thumb 指令集 4.1 Thumb 指令集概述 4.2 Thumb 指令详细介绍 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 Thumb指令集编码 4.1.2 Thumb状态切换 4.1.3 编程模型 4.1.4 Thumb指令集特性 4.1.1Thumb指令集编码 Thumb指令集编码如下： 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，将指令中的目标地址寄存器的最低位置1,并将其他位的值放入PC,则可进入Thumb指令.如:BX R0. 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。在这个过程中,ARM提供了2种机制:当返回地址保存在当前异常模式的R14中,采用传送指令;当返回地址保存在堆栈时,使用多寄存器加载/存储指令. 如:MOV PC,R14 STMFD SP!,{registers,LR} LDMFD SP!,{registers,PC} 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 。 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： 编程模型 说明: 1、Thumb指令集低8个通用寄存器具有全部访问的权限，对寄存器R13-R15进行扩展作为特殊应用。 2、CPSR的条件标志位由算术和逻辑操作设置并控制转移。 3、图中R8-R12访问受到限制。除MOV或者ADD指令访问寄存器R8-R15外，数据处理指令总是更新CPSR中的ALU状态标志。除CMP指令外，访问寄存器R8-R15的Thumb数据处理指令不能更新标志。 4.1.4 Thumb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。 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。 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： 数据处理指令的二进制编码 数据处理指令的分类 ARM指令与Thumb指令比较 数据处理指令 数据处理指令的二进制编码如下图： 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： 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） 数据处理指令 ARM指令与Thumb指令低寄存器比较： 数据处理指令 ARM指令与Th