Thumb指令集中关于IT指令的使用

3.4 Thumb指令集Thumb指令集可以看做ARM指令集的一个子集，其用于支持存储系统数据总线为16位的应用系统。

Thumb指令长度为16位，这样，与32位的ARM指令集相比，有效地节省了系统的存储空间。

但Thumb指令集中的数据处理指令的操作数仍然是32位的，指令寻址地址也是32位的。

在实际应用中，若对系统的性能有较高要求，则选arm指令集和32位的memory；若对系统的功耗有较高要求时，则选Thumb指令集和16位的memory；一般将两者混合使用，根据系统不同部分的不同需求，选用合适的指令，发挥两者的优势。

Thumb指令集由数据处理指令、跳转指令、Load/Store指令和软件中断指令4大类构成。

数据处理指令格式功能MOV Rd,imm_8; Rd＝imm_8；Rd为R0~R7，imm_8为8位立即数MOV Rd,Rn; Rd＝Rn；Rd、Rn为R0~R15MVN Rd,Rn; Rd＝~Rn；Rd、Rn为R0~R7NEG Rd,Rn; Rd＝-Rn；Rd、Rn为R0~R7ADD Rd,Rn,imm; Rd＝Rn+imm；Rd为R0~R7，Rn为R0~R7或PC或SP；Rn为PC或SP时，imm为10位立即数；否则，imm为3位立即数ADD Rd,Rn,Rm; Rd＝Rn+Rm；Rd、Rn、Rm为R0~R7ADD Rd,imm; Rd＝Rd+imm；Rd为R0~R7或SPRd为SP时，imm为-508~+508间的4整数倍的数否则，imm为8位立即数ADD Rd,Rn; Rd＝Rd+Rn；Rd、Rn为R0~R15ADC Rd,Rn; Rd＝Rd+Rn+carry；Rd、Rn为R0~R7，carry为进位标志值SUB Rd,Rn,imm_3; Rd＝Rn-imm_3；Rd、Rn为R0~R7，imm_3为3位立即数SUB Rd,Rn,Rm; Rd＝Rn-Rm；Rd、Rn、Rm为R0~R7，SUB Rd,imm; Rd＝Rd-imm；Rd为R0~R7或SPRd为SP时，imm为-508~+508间的4整数倍的数否则，imm为8位立即数SBC Rd,Rn; Rd＝Rd-Rn-!carry；Rd、Rn为R0~R7，carry为进位标志值MUL Rd,Rn; Rd＝Rd×Rn；Rd、Rn为R0~R7AND Rd,Rn; Rd＝Rd&Rn；Rd、Rn为R0~R7ORR Rd,Rn; Rd＝Rd|Rn；Rd、Rn为R0~R7EOR Rd,Rn; Rd＝Rd^Rn；Rd、Rn为R0~R7BIC Rd,Rn; Rd＝Rd&(~Rn)；Rd、Rn为R0~R7ASR Rd,Rn; Rd＝Rd算术右移Rn位；Rd、Rn为R0~R7ASR Rd,Rn,imm_5; Rd＝Rn算术右移imm_5位；Rd、Rn为R0~R7，imm_5为1~32间的数值LSL Rd,Rn; Rd＝Rd逻辑左移Rn位；Rd、Rn为R0~R7 LSL Rd,Rn,imm_5; Rd＝Rn逻辑左移imm_5位；Rd、Rn为R0~R7 LSR Rd,Rn; Rd＝Rd逻辑右移Rn位；Rd、Rn为R0~R7 LSR Rd,Rn,imm_5; Rd＝Rn逻辑右移imm_5位；Rd、Rn为R0~R7 ROR Rd,Rn; Rd＝Rd循环右移Rn位；Rd、Rn为R0~R7CMP Rn,Rm; 根据Rn-Rm的值，修改CPSR的状态标志位；Rn、Rm为R0~R7CMP Rn,imm_8; 根据Rn-imm_8的值，修改CPSR的状态标志位；Rn为R0~R7CMN Rn,Rm; 根据Rn+Rm的值，修改CPSR的状态标志位；Rn、Rm为R0~R7TST Rn,Rm; 根据Rn&Rm的值，修改CPSR的状态标志位；Rn、Rm为R0~R7跳转指令格式功能B{cond} label PC＝label；若有cond，则label必须在当前指令的-256~+256字节范围内；否则，label必须在当前指令的-2KB~+2KB范围内BL label R14＝PC+4，PC＝label；label必须在当前指令的-4MB~+4MB范围内BX Rn PC＝Rn，且切换处理器状态Load/Store指令格式功能LDR Rd,[Rn,imm]; Rd＝地址（Rn+imm）中的字数据；Rd为R0~R7，Rn为R0~R7或SP 或PC；若Rn为PC或SP，imm为5位立即数，否则imm为8位立即数LDR Rd,[Rn,Rm]; Rd＝地址（Rn+Rm）中的字数据；Rd、Rn、Rm为R0~R7LDRH Rd,[Rn,imm_5]; Rd＝地址（Rn+imm_5）中的无符号半字数据；Rd、Rn为R0~R7，imm_5为5位立即数LDRH Rd,[Rn,Rm]; Rd＝地址（Rn+Rm）中的无符号半字数据；Rd，Rn，Rm为R0~R7 LDRB Rd,[Rn,imm_5]; Rd＝地址（Rn+imm_5）中的无符号字节数据；Rd、Rn为R0~R7 LDRB Rd,[Rn,Rm]; Rd＝地址（Rn+Rm）中的无符号字节数据；Rd，Rn，Rm为R0~R7 LDRSH Rd,[Rn,Rm]; Rd＝地址（Rn+Rm）中的有符号半字数据；Rd，Rn，Rm为R0~R7 LDRSB Rd,[Rn,Rm]; Rd＝地址（Rn+Rm）中的有符号字节数据；Rd，Rn，Rm为R0~R7 LDR Rd,label; Rd＝地址（label）中的字数据；Rd为R0~R7STR Rd,[Rn,imm]; 地址（Rn+imm）处的字数据＝Rd；Rd为R0~R7，Rn为R0~R7或SP 或PC；若Rn为PC或SP，imm为5位立即数，否则imm为8位立即数软件中断指令格式功能SWI 8位立即数8位立即数为中断号。

实践-Thumb指令实践指导实践指导1:ARM与Thumb的混合编程1.实验⽬的●使⽤Thumb汇编语⾔，体会ARM与Thumb的区别。

●使⽤伪指令，加深对伪操作的理解。

2.实验设备●硬件：PC机。

●软件：ADS集成开发环境，Windows2000/XP/2003。

3.实验原理ARM与Thumb的混合编程所有的ARM指令都是可以条件执⾏的，⽽Thumb指令仅有⼀条指令（B指令）具备条件执⾏功能。

所以很多应⽤程序需要两者的混合编程，因此存在ARM与Thumb状态之间相互切换，⽽且相互之间的状态切换的开销⼏乎为零。

由于ARM处理器总是从ARM状态开始执⾏，故Thumb指令的执⾏必须由ARM状态转向Thumb状态，通常BX指令完成。

另外在Thumb指令前必须有CODE16伪指令指⽰汇编器以下指令为Thumb指令。

4.实验内容下⾯是⼀段直接进⾏状态切换的代码。

AREA AddReg,CODE,READONL YENTRYCODE32;程序从ARM状态开始ADR R0,ThumbProg+1;跳转到ThumbProg。

这⾥为什么要加1呢?因为BX指令;跳转到指定的地址执⾏程序时，若(BX{cond}Rm)Rm;的位[0]为1,则跳转时⾃动将CPSR中的标志T置位即把;⽬标代码解释为Thunb代码。

BX R0;程序切换到Thumb状态CODE16;CODE16指⽰编译器后⾯为Thumb指令ThumbProg MOV R2,#2MOV R3,#3ADD R2,R2,R3ADR R0,ARMProgBX R0;跳转到ARMProg，程序切换到ARM状态CODE32;CODE32指⽰编译器后⾯为ARM指令ARMProg MOV R4,#4MOV R5,#5ADD R4,R4,R5Stop MOV R0,#0x18;软中断参数设置LDR R1,=0x20026;软中断参数设置SWI0x123456;将CPU的控制权交给调试器END5.操作步骤Step1建⽴⼯程⽂件，输⼊程序代码。

ARM中的条件执⾏指令（IT指令）条件执⾏在之前讨论CPSR寄存器那部分时，我们⼤概提了⼀下条件执⾏这个词。

条件执⾏⽤来控制程序执⾏跳转，或者满⾜条件下的特定指令的执⾏。

相关条件在CPSR寄存器中描述。

寄存器中的⽐特位的变化决定着不同的条件。

⽐如说当我们⽐较两个数是否相同时，我们使⽤的Zero⽐特位(Z=1)，因为这种情况下发⽣的运算是a-b=0。

在这种情况下我们就满⾜了EQual的条件。

如果第⼀个数更⼤些，我们就满⾜了更⼤的条件Grater Than或者相反的较⼩Lower Than。

条件缩写都是英⽂⾸字母缩写，⽐如⼩于等于Lower Than(LE)，⼤于等于Greater Equal(GE)等。

下⾯列表是各个条件的含义以及其检测的状态位(条件指令都是其英⽂含义的缩写，为了便于记忆不翻译了)：image我们使⽤如下代码来实践条件执⾏相加指令：.global mainmain:mov r0, #2 /* 初始化值 */cmp r0, #3 /* 将R0和3相⽐做差，负数产⽣则N位置1 */addlt r0, r0, #1 /* 如果⼩于等于3，则R0加⼀ */cmp r0, #3 /* 将R0和3相⽐做差，零结果产⽣则Z位置⼀，N位置恢复为0 */addlt r0, r0, #1 /* 如果⼩于等于3，则R0加⼀R0 IF it was determined that it is smaller (lower than) number 3 */ bx lr上⾯代码段中的第⼀条CMP指令将N位置⼀同时也就指明了R0⽐3⼩。

之后ADDLT指令在LT条件下执⾏，对应到CPSR寄存器的情况时V与N⽐特位不能相同。

在执⾏第⼆条CMP前，R0=3。

所以第⼆条置了Z位⽽消除了N位。

所以ADDLT不会执⾏R0也不会被修改，最终程序结果是3。

Thumb模式中的条件执⾏在指令集那篇⽂章中我们谈到了不同的指令集，对于Thumb中，其实也有条件执的(Thumb-2中有)。

第4章Thumb 指令集●Thumb 寄存器的使用●ARM-Thumb 交互●其它分支指令●数据处理指令●单寄存器load-store指令●多寄存器load-store 指令●堆栈指令●软件中断指令●总结本章介绍Thumb指令集。

Thumb把32位ARM指令集的一个子集进行编码，成为一个16位的指令集。

在16位外部数据总线宽度下，在ARM处理器上使用Thumb指令的性能要比使用ARM指令的性能更好;而在32位外部数据总线宽度下，使用Thumb指令的性能要比使用ARM指令的性能差。

因此,Thumb指令多用于存储器受限的一些系统中。

相对于ARM指令集，使用Thumb指令集可获得更高的代码密度—一个可执行的程序在内存中所占的空间。

在存储器受限的嵌人式系统中，比如移动电话、PDA等，代码密度是非常重要的;同时，成本压力也会限制存储器的大小、数据宽度和速度。

平均而言，对于同一个程序，使用Thumb指令实现所需的存储空间，要比等效的ARM 指令实现少30%左右，图4. 1显示了对于实现同样的除法运算，使用ARM指令和使用Thumb 指令的汇编代码。

虽然Thumb指令的实现使用了更多的指令，但是它所占的总的存储空间却比较小。

代码密度是Thumb指令集的一个主要优势。

由于Thumb指令集的设计是面向编译器的，而不是针对手写汇编的，所以推荐使用高级语言如C或者C++语言来编程，然后用编译器生成Thumb指令的目标代码。

图4.1 代码密度每一条Thump指令都和一条32位的ARM指令相关。

图4. 2显示了一条Thumb加法指令ADD译码成等效的ARM加法指令，表4. 1给出了在ARMv5TE架构，F的THUMBv2中所有的Thumb指令。

在ThumbISA 中，只有分支指令可被条件执行;同时由于16位空间的限制，桶形移位操作如ASR,LSL,LSR 和RQR，也变成单独的指令。

表4.1 Thumb指令集续表 4.14.1 Thumb 寄存器的使用在Thumb状态下，不能直接访问所有的寄存器，只有寄存器r0~r7是可以被任意访问的，如表4.2所列。