第3章 Thumb-2指令系统.pptx

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1、Thumb-2指令系统（Thumb-2指令体系架构）主要内容概述Thumb-2指令集分类统一的汇编语言Cortex-M3常用的Thumb-2指令集小结1.概述对于确定的微处理器而言，编写紧凑的代码以降低消耗显得至关重要。通常，存储器的大小是固定的，而产品的功能特性却各异，选择恰当的处理器并精心调整代码是明智的。1.概述（续）对于ARM体系架构的来说：微处理器有两种工作状态：ARM工作状态Thumb工作状态Thumb指令集是添加到ARM的标准RISC指令集之上的独立指令集；Thumb指令集包括了基本的加法、减法、

2、循环移位以及跳转等大约36条16位指令；Thumb指令集作为ARM指令集的压缩方案，简洁、有效，应用广泛并得到很好的支持，通过Thumb指令替换ARM指令，可以将某些代码的规模减小大约20%到30%。1.概述（续）对于ARM体系架构的来说（续）：⑤但是，有限的Thumb指令仅对基本的算术和逻辑操作有用：Thumb状态下，处理器将仅可使用有限数量的寄存器，R8-R12的使用受到限制，无法完成诸如处理中断、长跳转、原子存储器(atomicmemory)操作，或协处理器操作等等复杂任务，也无法像ARM模式那样进行条件

3、执行和移位或循环移位等操作。⑥Thumb代码和标准ARM代码不能混杂使用，必须显式地在两种工作状态间进行切换，这迫使程序员必须将所有的16位代码与32位代码分开并隔离到独立的模块中。1.概述（续）对于ARM体系架构的来说（续）：其次，两种工作状态之间来回切换需要消耗时间，导致代码运行速度降低大约15%，不仅要增加代码，而且还需要几十个前导(preamble)以及后同步指令(postamble)来组织指针并清空CPU的流水线。⑧虽然Thumb指令能够实现较高密度的代码，缓存使用效率更高，但实现ARM指令代码的功能

4、往往需要较多的Thumb指令代码，相比较而言，ARM指令使用起来更灵活。1.概述（续）Thumb-2并不是Thumb的升级它是另起炉灶，继承并集成了传统的Thumb指令集和ARM指令集的各自优点，可以完全代替Thumb和原先的ARM指令集，是Thumb指令集和ARM指令集的一个超集。Thumb-2指令集体系架构，无需处理器进行工作状态的显示切换，就可运行16位与32位混合代码。与ARM体系架构相比，速度提高大约15%到20%。1.概述（续）Cortex-M3处理器使用的指令集是Thumb-2指令集的子集，它的（

5、指令）工作状态只有一个，那就是Thumb-2状态。Cortex-M3处理器的两种工作状态：Thumb-2状态调试状态2.Thumb-2指令集分类按照指令的长度分类，Thumb-2指令集可分为两种：（1）16-bit指令集；（2）32-bit指令集。2.Thumb-2指令集分类（续）按功能和寻址方式分类（1）数据传送指令（2）Load/Store指令（3）批量Load/Store指令（4）算术四则运算指令（5）逻辑操作指令（6）移位和循环指令（7）符号扩展指令（8）字节调序指令REV,REVH,REV16,REV

6、SH（9）位域处理指令（10）子程序调用与无条件转移指令（11）隔离(barrier)指令（12）饱和运算指令（13）If‐Then指令（15）比较跳转指令等2.Thumb-2指令集分类（续）基于Thumb-2指令体系架构编写的代码在执行过程中，处理器不存在ARM工作状态和Thumb工作状态之间的切换。那么，处理器必须能够自动识别当前指令长度，是16-bit还是32-bit，以正确地执行Thumb-2指令代码，它是如何识别呢？2.Thumb-2指令集分类（续）指令长度的确定PC寄存器指向的半字中，Bits<15

7、:11>决定该半字是16-bit指令，还是属于32-bit指令的一部分。图3-1说明了Bits<15:11>确定指令长度的功能。2.Thumb-2指令集分类（续）不同指令长度的Bits<15:11>编码格式PC寄存器所指向半字的Bits<15:11>的编码格式决定了CPU所处理指令的长度。Thumb-2指令集空间被划分为16-bit和32-bit两个子集。其中，x原则上可以为“0”、“1”任意值，但x的取值不能使得0b111xx=0b11100，以及0bxxxxx=0b111xx或者0bxxxxx=0b1110

8、0。Halfword1Bits<15:11>功能0b1110016-bit无条件分支Thumb-2指令,在所有Thumb-2体系结构中定义0b111xx（xx≠00）32-bitThumb-2指令,在Thumb-2中定义0bxxxxx（xxxxx≠111xx）16-bitThumb-2指令3.统一的汇编语言ARM指令集体系架构下，ARM指令与Thumb指令分属不同的程序模块，由不同的汇