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Thumb指令集之Thumb编程模型
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2017-10-19
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所有的Thumb指令都是16位的。它们都是ARM指令重新编码得到的，所以继承了ARM指令集的许多特点。
① 有数据处理、数据传送和流控制的指令结构。
② 支持8位字节、16位半字和32位字数据类型，半字以两字节边界对齐，字以4字节边界对齐。
③ 32位的无分段存储器（unsegmented memory）。
Thumb指令集除了继承了ARM指令集的一些特点外，与ARM指令集存在以下一些差异。
① 大多数Thumb指令为无条件执行指令（所有ARM指令都是条件执行的）。
② 许多Thumb数据处理指令采用了2地址格式（目的寄存器与源寄存器相同）。而ARM指令中除64位乘法指令外，其余指令均采用3地址模式。
③ Thumb指令格式减少了很多ARM指令格式的限制，使Thumb指令编写的代码密度大大提高。
无论处理器处于什么状态，所有的异常都使处理器返回到ARM状态，并完成异常处理。但异常发生时，CPSR状态寄存器在进入异常时被保存到相应的SPSR中，当异常处理结束后，处理器将恢复到异常发生前的状态，并按照发生异常时处理器的状态继续执行ARM或Thumb指令。
应该注意的是，ARM异常返回指令需要根据ARM流水线的行为对返回地址进行调整。由于Thumb指令是2字节长，而ARM指令是4字节长，所以由Thumb执行状态进入异常时其自然偏移量应与ARM不同（ARM状态下，拷贝到链接寄存器的值PC－4）。为了减少编程的复杂性，ARM体系结构中设置了硬件逻辑，以实现Thumb状态的自动地址偏移调整，使ARM和Thumb状态编程一致。
表11.2列出了Thumb状态下发生异常时LR的值。
表11.2 Thumb状态异常返回指令
异 常异常链接寄存器值返 回 指 令
Reset不可预知的值－
未定义指令未定义指令地址+2MOV PC，r14
SWISwi指令地址+2MOV PC，r14
预取异常预取异常指令+4MOV PC，r14，＃4
数据异常产生预取异常指令地址+8MOV PC，r14，＃8
IRQ下一条将被执行的指令地址+4MOV PC，r14，＃4
FIQ下一条将被执行的指令地址+4MOV PC，r14，＃4
① 有数据处理、数据传送和流控制的指令结构。
② 支持8位字节、16位半字和32位字数据类型，半字以两字节边界对齐，字以4字节边界对齐。
③ 32位的无分段存储器（unsegmented memory）。
Thumb指令集除了继承了ARM指令集的一些特点外，与ARM指令集存在以下一些差异。
① 大多数Thumb指令为无条件执行指令（所有ARM指令都是条件执行的）。
② 许多Thumb数据处理指令采用了2地址格式（目的寄存器与源寄存器相同）。而ARM指令中除64位乘法指令外，其余指令均采用3地址模式。
③ Thumb指令格式减少了很多ARM指令格式的限制，使Thumb指令编写的代码密度大大提高。
无论处理器处于什么状态，所有的异常都使处理器返回到ARM状态，并完成异常处理。但异常发生时，CPSR状态寄存器在进入异常时被保存到相应的SPSR中，当异常处理结束后，处理器将恢复到异常发生前的状态，并按照发生异常时处理器的状态继续执行ARM或Thumb指令。
应该注意的是，ARM异常返回指令需要根据ARM流水线的行为对返回地址进行调整。由于Thumb指令是2字节长，而ARM指令是4字节长，所以由Thumb执行状态进入异常时其自然偏移量应与ARM不同（ARM状态下，拷贝到链接寄存器的值PC－4）。为了减少编程的复杂性，ARM体系结构中设置了硬件逻辑，以实现Thumb状态的自动地址偏移调整，使ARM和Thumb状态编程一致。
表11.2列出了Thumb状态下发生异常时LR的值。
表11.2 Thumb状态异常返回指令
异 常异常链接寄存器值返 回 指 令
Reset不可预知的值－
未定义指令未定义指令地址+2MOV PC，r14
SWISwi指令地址+2MOV PC，r14
预取异常预取异常指令+4MOV PC，r14，＃4
数据异常产生预取异常指令地址+8MOV PC，r14，＃8
IRQ下一条将被执行的指令地址+4MOV PC，r14，＃4
FIQ下一条将被执行的指令地址+4MOV PC，r14，＃4
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