Thumb 指令集

Thumb指令集概述

ARM開發(fā)工具完全支持Thumb指令，應(yīng)用程序可以靈活的將ARM和Thumb子程序混合編程以便在例程的基礎(chǔ)上提高性能或代碼密度。在編寫Thumb指令時(shí)，先要用偽指令CODE16聲明（ADS的編譯環(huán)境下），而且在ARM指令中要使用BX指令跳轉(zhuǎn)到Thumb指令，以切換處理器狀態(tài)。

Thumb指令集特點(diǎn)

?	采用16位二進(jìn)制編碼，而ARM指令是32位的。
?	Thumb是壓縮指令，先動(dòng)態(tài)解壓縮，然后作為標(biāo)準(zhǔn)的ARM指令執(zhí)行。
?	由CPSR的T位決定指令流。T置位，執(zhí)行Thumb指令流，T清0，執(zhí)行ARM指令流
?	由ARM模式進(jìn)入Thumb模式時(shí)，是顯式或隱式的進(jìn)入；由Thumb進(jìn)入ARM模式時(shí)，也是顯式或隱式的進(jìn)入。
?	Thumb指令集沒有協(xié)處理器指令、信號(hào)量指令、乘加指令、64位乘法指令以及訪問CPSR和SPSR的指令，而且指令的第2操作數(shù)受到限制。
?	除了分支指令B有條件執(zhí)行功能外，其他指令均無條件執(zhí)行。
?	大多數(shù)Thumb數(shù)據(jù)處理指令采用2地址格式。

Thumb指令集編碼如下：

Thumb狀態(tài)切換

在任何時(shí)刻，CPSR的第5位（位T）決定了ARM微處理器執(zhí)行的是ARM指令流還是Thumb指令流。當(dāng)T置1，則認(rèn)為是16位的Thumb指令流；當(dāng)T清0，則認(rèn)為是32位的ARM指令流。
? 進(jìn)入Thumb模式
進(jìn)入Thumb指令模式有兩種方法：一種是執(zhí)行一條交換轉(zhuǎn)移指令BX，另一種方法是利用異常返回，也可以把微處理器從ARM模式轉(zhuǎn)換為Thumb模式。
? 退出Thumb模式
退出Thumb指令模式也有兩種方法：一種是執(zhí)行Thumb指令中的交換轉(zhuǎn)移BX指令可以顯式的返回到ARM指令流。另一種是利用異常進(jìn)入ARM指令流 。

編程模型

Thumb指令集是ARM指令集的一個(gè)子集，并只能對(duì)限定的ARM寄存器進(jìn)行操作。

16位Thumb指令集是從32位ARM指令集提取指令格式的，每條Thumb指令有相同處理器模型所對(duì)應(yīng)的32位ARM指令。

Thumb數(shù)據(jù)處理指令包括一組高度優(yōu)化且相當(dāng)復(fù)雜的指令，范圍涵蓋編譯器通常需要的大多數(shù)操作。ARM指令支持在單條指令中完成一個(gè)操作數(shù)的移位及一個(gè)ALU操作，但Thumb指令集將移位操作和ALU操作分離為不同的指令。本部分從以下幾個(gè)方面介紹：
? 數(shù)據(jù)處理指令的二進(jìn)制編碼
? 數(shù)據(jù)處理指令的分類
? ARM指令與Thumb指令比較

數(shù)據(jù)處理指令

按照數(shù)據(jù)處理指令的功能，可以將其分為以下幾類：

	?	  算術(shù)運(yùn)算指令，它又分為以下幾類：
         	?	  ADD與SUB—低寄存器加法和減法
			?	  ADD—高或低寄存器
			?	  ADD與SUB—SP 
			?	  ADD—PC或SP相對(duì)偏移 
			?	  ADC，SBC和MUL
	?	  移位和循環(huán)移位操作（ASR，LSL，LSR和ROR）
	?	  比較指令（CMP和CMN）
	?	  傳送和取負(fù)指令（MOV，MVN和NEG）
	?	  測(cè)試指令（TST）

算術(shù)運(yùn)算指令

ADD與SUB－－低寄存器加法和減法
句法：

op Rd,Rn,Rm
op Rd,Rn,#expr3
op Rd,#expr8

用法：
指令中Rd、Rn、Rm必須是低寄存器（R0~R7）。指令更新NZCV標(biāo)志。

例子：

ADD R3,R1,R5	    	
ADD R9,R2,R6
SUB R0,R4,#5			
SUB R4,R5,#201

ADD－－高或低寄存器
句法：
ADD Rd,Rm
用法：

Rd←Rd+Rm
Rd和Rm是低寄存器時(shí)，更新標(biāo)志NZCV

例子：

ADD R12,R4
ADD R10,R11
ADD R2,R4

ADD與SUB－－SP
句法：

ADD SP,#expr
SUB SP,#expr

用法：

SP←SP+expr
不影響條件標(biāo)志碼

例子：

ADD SP,#312

ADD－－PC或SP偏移量
句法：

ADD Rd,Rp,#expr
Rp：SP或PC

用法：

Rd←Rp+#expr
不影響條件標(biāo)志碼

例子：

ADD R6,SP,#64
ADD R2,PC,#980

ADC、SBC和MUL
（帶進(jìn)位位的加法、帶進(jìn)位位的減法、乘法）
句法：

op Rd,Rm

用法：

ADC：Rd←Rd+Rm+C
SBC： Rd ←Rd-Rm-（1-C）  借位
MUL：Rd ←Rd×Rm

限制：Rd和Rm必須是低寄存器（R0~R7）
ADC和SBC影響NZCV
MUL影響NZ

AND、ORR、EOR和BIC（按位邏輯操作）
句法：

op Rd,Rm

用法：

AND邏輯“與”操作
ORR邏輯“或”操作
EOR邏輯“異或”操作
BIC：Rd AND NOT Rm
必須是低寄存器，影響NZ標(biāo)志

ASR、LSL、LSR和ROR（邏輯和循環(huán)位移）
句法：

op Rd,Rs
op Rd,Rm,#expr
Rd、Rs、Rm必須是R0~R7范圍內(nèi)的寄存器

例子：

ASR R3,R5
LSR R0,R2,#6
ROR R2,R7,#2
LSL R9,R1

CMP和CMN（比較和比較負(fù)值）
句法：

CMP Rn,#expr
CMP Rn,Rm
CMN Rn,Rm

用法：

只更新條件碼標(biāo)志，不存放結(jié)果
CMP：Rn-expr（或Rm）
CMN：Rm+Rn

其中：CMP Rn,Rm指令允許使用高寄存器
例子：

CMP R2,#255		CMP R9,#24
CMN R1,R5		CMN R0,R10

MOV、MVN和NEG（傳送、傳送非和取負(fù)）
句法：

MOV Rd,#expr
MOV Rd,Rm
MVN Rd,Rm
NEG Rd,Rm

用法：

MOV：Rd←#expr（或Rm）
MVN：Rd ←NOT Rm
NEG： Rd ←Rm×（－1）

TST（測(cè)試）
句法：

TST Rn,Rm

用法：

Rm AND Rn，丟棄結(jié)果，更新條件碼標(biāo)志NZ
Rn、Rm必須在R0～R7范圍內(nèi)

轉(zhuǎn)移指令

轉(zhuǎn)移指令的二進(jìn)制編碼如下：

轉(zhuǎn)移指令分類如下：
? B－分支指令，Thumb指令集惟一可條件執(zhí)行的指令。
? BL－帶鏈接的長分支。
? BX－分支指令，并可選擇地切換指令集。
? BLX－帶鏈接分支，并可選地交換指令集。

B	<cond> <label>	    ；格式1	 目標(biāo)為Thumb代碼
B	<label>	            ；格式2	 目標(biāo)為Thumb代碼
BL	<label>	            ；格式3	 目標(biāo)為Thumb代碼
BLX	<label>	            ；格式3a	 目標(biāo)為ARM代碼
B{L}X  Rm		        ；格式4	 目標(biāo)為ARM或Thumb代碼

Thumb的數(shù)據(jù)存取指令又可以分為：
單寄存器數(shù)據(jù)存取指令（LDR和STR）
多寄存器數(shù)據(jù)存取指令 (LDM和STM)

匯編格式如下：

<op> Rd，[Rn，<#off5>]	；<op> = LDR|LDRB|STR|STRB
<op> Rd，[Rn，<#off5>]	；<op> = LDRH| STRH 
<op> Rd，[Rn，Rm]	;
<op> =LDR|LDRH|LDRSH|LDRB|LDRSB|STR|STRH|STRB
<op> Rd，[PC，<#off8>] 
<op> Rd，[SP，<#off8>]	；<op> = LDR| STR//該兩條指令偏移量為8位

多寄存器數(shù)據(jù)存取指令

匯編格式如下：

LDMIA Rn!，{}
STMIA Rn!，{}
POP {{，PC}}
PUSH {{，LR}}

異常中斷指令

Thumb軟件中斷指令

Thumb軟件中斷指令的二進(jìn)制編碼如下

Thumb軟件中斷指令的匯編格式如下：
SWI <8位立即數(shù)>；<8位立即數(shù)>為數(shù)字表達(dá)式，其取值為0~255范圍內(nèi)的整數(shù)。

Thumb斷點(diǎn)指令

Thumb斷點(diǎn)指令的二進(jìn)制編碼如下：

Thumb斷點(diǎn)指令的匯編格式如下：
BKPT immed_8文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-421385.html

到了這里，關(guān)于【嵌入式】Thumb指令集（學(xué)習(xí)筆記）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！