嵌入式第5章-thumb指令

1、配套教材：ARM嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與編程，邱鐵 編著，清華大學(xué)出版社，2009,3ARM嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與編程第5章Thumb指令在ARM體系結(jié)構(gòu)中，ARM指令是32位的，具有很高的執(zhí)行效率。但是對(duì)于嵌入式設(shè)備而言，其存儲(chǔ)空間極其有限，對(duì)于每條ARM指令都要占用4個(gè)字節(jié)，對(duì)存儲(chǔ)空間的要求較高。為了壓縮代碼的存儲(chǔ)，增加代碼存儲(chǔ)密度，ARM公司設(shè)計(jì)了16位的Thumb指令。 內(nèi)容提要51 Thumb數(shù)據(jù)處理指令52 Thumb存儲(chǔ)器操作指令53 Thumb分支指令54 Thumb軟中斷指令55 Thumb指令功能碼段分析51 Thumb數(shù)據(jù)處理指令Thumb數(shù)據(jù)處理指令可以分為5類：數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)運(yùn)

2、算指令、邏輯運(yùn)算指令、移位操作指令和比較指令。 寄存器移位指令 opcode Rd,Rs,#shift_immed_5Rd目標(biāo)寄存器；Rs源操作數(shù)寄存器；shift_immed_5寄存器移位的數(shù)值，取值范圍為031；Thumb寄存器移位指令操作碼編碼 低位寄存器算術(shù)運(yùn)算指令 1加法與減法運(yùn)算指令（對(duì)R0R7操作）這類指令的匯編語(yǔ)法格式為opcode Rd,Rs,Rmopcode Rd,Rs,#immed_3Rd目標(biāo)寄存器；Rs源操作數(shù)寄存器；Rm第二操作數(shù)寄存器；immed_3第二操作數(shù)為立即數(shù)；I決定第二操作數(shù)是寄存器還是立即數(shù)；opcode指令操作碼 2MOV、CMP、ADD與SUB指令（

3、對(duì)R0R7操作）opcode Rd, # immed_8ALU操作指令這類指令的匯編語(yǔ)法格式為opcode Rd, Rs帶高位寄存器操作的Thumb指令 這類指令的匯編語(yǔ)法格式為opcode Rd,Hsopcode Hd,Rsopcode Hd,Hs帶SP/PC的算術(shù)運(yùn)算指令 1SP/PC加法運(yùn)算指令這類指令的匯編語(yǔ)法格式為ADD Rd,PC，#immed_8 4ADD Rd,SP，#immed_8 42SP加法/減法運(yùn)算指令這類指令的匯編語(yǔ)法格式為ADD SP，#immed_7 4SUB SP，#immed_7 45.2 Thumb存儲(chǔ)器操作指令Thumb存儲(chǔ)器操作指令包括無符號(hào)字節(jié)、半字和

4、字?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)與加載，多寄存器的加載與存儲(chǔ)指令和棧操作指令。 字節(jié)、半字和字的加載/存儲(chǔ)指令 立即數(shù)偏移量的加載/存儲(chǔ)指令LDRB Rd,Rn,#immed_5 4STRB Rd,Rn,#immed_5 4寄存器偏移量的加載/存儲(chǔ)指令LDRB Rd,Rn,RmSTRB Rd,Rn,Rm有符號(hào)字/半字的加載/存儲(chǔ)指令LDRH Rd,Rn,RmSTRH Rd,Rn,RmLDRSB Rd,Rn,RmLDRSH Rd,Rn,Rm偏移量為立即數(shù)的半字加載/存儲(chǔ)指令LDRH Rd,Rn,#immed_5 2STRH Rd,Rn,#immed_5 2PC作為基址寄存器的字加載指令LDR Rd, PC,# im

5、med_84SP作為基址寄存器的加載/存儲(chǔ)指令LDR Rd, SP,# immed_84STR Rd, SP,# immed_84批量加載/存儲(chǔ)指令寄存器入棧出棧指令PUSH reglistPOP reglistPUSH reglist, LRPOP reglist, PC多寄存器加載/存儲(chǔ)指令LDMIARn! reglistSTMIARn! reglist5.3 Thumb分支指令與ARM指令一樣，在Thumb指令集中，也有相應(yīng)的分支指令實(shí)現(xiàn)程序的跳轉(zhuǎn)和子程序的調(diào)用。Thumb分支指令可分為B分支指令、帶鏈接的分支指令和帶狀態(tài)切換的分支指令。B分支指令條件分支指令 Bcondlabel無條件

6、分支指令這類指令的匯編語(yǔ)法格式為Blabel帶鏈接的分支指令帶鏈接的分支指令BL將下一條指令的地址拷貝到R14（即LR）鏈接寄存器中，然后跳轉(zhuǎn)到指定的地址運(yùn)行程序。 BLlabel帶狀態(tài)切換的分支指令帶狀態(tài)切換的分支指令的匯編語(yǔ)法格式為BX RsBX Hs5.4 Thumb軟中斷指令Thumb軟中斷指令SWI與ARM指令集下的軟中斷指令相似，用于使處理器產(chǎn)生軟件異常，使用這種機(jī)制實(shí)現(xiàn)在用戶模式下對(duì)操作系統(tǒng)中特權(quán)模式的程序調(diào)用。 immed_8是8位無符號(hào)的立即數(shù)，它是軟中斷的請(qǐng)求號(hào)。SWIimmed_8Thumb指令在使用時(shí)還有很多注意事項(xiàng)，具本參考教材ARM嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與編程第5章中指令“

7、注意事項(xiàng)”的說明5.5 Thumb指令功能碼段分析Thumb與ARM實(shí)現(xiàn)功能比較與 2n (1,2,4,8,.)相乘Thumb ：LSL Ra, Rb, LSL #n ARM：MOV Ra, Rb, LSL #n與 2n +1(3,5,9,17,.)相乘Thumb ：LSL Rt, Rb, #n ADD Ra, Rt, Rb實(shí)現(xiàn)除法的功能段 7條ARM指令占用的存儲(chǔ)空間大小為：7 X 4 = 28字節(jié) 用Thumb代碼來實(shí)現(xiàn)相同的功能 8條Thumb指令占用的存儲(chǔ)空間大小為：8 x 2 = 16字節(jié) Thumb與ARM性能比較Thumb代碼所需的存儲(chǔ)空間約為ARM代碼的6070Thumb代碼使用的指令數(shù)比ARM代碼多約3040若使用32位的存儲(chǔ)器，ARM代碼比Thumb代碼快約40若使用16位的存儲(chǔ)器，Thumb代碼比ARM代碼快約4050與ARM代碼相比較，使用Thumb代碼，存儲(chǔ)器的功耗會(huì)降低約30思考與練習(xí)題用多種方法實(shí)現(xiàn)將寄存器R0 中的數(shù)據(jù)乘以10。帶鏈接的分支指令BL提供了