ARMThumb 指令的性能比较

1．ARM/Thumb 指令的性能比较
在ARM处理器中，内核同时支持32位的ARM指令和16位的Thumb令。

对于ARM指令来说，所有的指令长度都是32位，并且执行周期大多为单周期，指令都是有条件执行的。

而THUMB指令的特点如下：
∙指令执行条件经常不会使用；
∙源寄存器与目标寄存器经常是相同的；
∙使用的寄存器数量比较少；
∙常数的值比较小；
∙内核中的桶式移位器（barrel shifter）经常是不使用的；
也就是说16位的Thumb指令一般可以完成和32位ARM相同的任务。

当用户使用C程序来处理应用时，如果编译为Thumb指令，那么它的目标代码大小只有编译为ARM指令时的65%左右，这样就增加了指令密度。

从另一方面来看，处理器在这两种状态下的性能是依赖于指令执行的存储器的宽度的。

下面的图一具体说明二者的性能比较。

可以看出，在存储器是32位的情况下，ARM性能较好，这时因为同样的代码编译的结果Thumb指令将会比ARM多，Thumb指令仍旧花费指令周期来从32-bit块内存预取。

在16-bit 内存上，即使有比ARM多的代码，这时Thumb性能也较好，因为Thumb每一条指令预取需要一个周期而每条ARM指令需要两个周期。

另外在16-bit内存上，Thumb的性能降低了；这是因为数据去操作和特殊的堆栈操作，即使在Thumb下，堆栈操作仍是32-bit操作，导致低的性能在16-bit内存架构上。

一个改进的方法是提供32-bit的内存来放置堆栈。

在这种情况下的性能提高到了32-bit内存架构的水平。

主要的差别是因为使用的整型的(32-bit)全局数据将仍被存储在16-bit内存上。

另外，与ARM代码相比较，使用Thumb代码，存储器的功耗会降低约30%。

图一
显然，ARM指令集和Thumb指令集各有其优点，若对系统的执行效率有较高的要求，应使用32位的存储系统和ARM指令集，若对系统的成本及功耗有较高的要求，则应使用16为的存储系统和Thumb指令集。

当然，若两者结合使用，充分发挥其各自的优点，会取得更好的效果。