Thumb指令集和ARM指令集的对比
Thumb 指令集
❖ expr3 :表达式,为取值在-7~+7范围内的整数。(3位立即数)
❖ expr8 :表达式,为取值在-255~+255范围内的整数。（8位立 即数）
(2)ADD—高或低寄存器 将寄存器中的值相加，结果送回第一操作数寄存器。 指令格式：
ADD Rd,Rm 其中： ❖ Rd :目的寄存器，也是第一操作数寄存器。 ❖ Rm :第二操作数寄存器。 （3）ADD和SUB—SP SP加上或减去立即数常量。 指令格式：
CMP Rn, #expr
CMP Rn, Rm
CMN Rn, Rm
其中：
❖ Rn ：第一操作数寄存器。 ❖ expr ：表达式，其值（在汇编时）为在0~255范围内的整数 ❖ Rm :第二操作数寄存器。 （9）传送、传送非和取负（MOV、MVN和NEG） 指令格式：
MOV Rd, # expr
MOV Rd, Rm
（4）PUSH和POP 低寄存器和可选的LR进栈以及低寄存器和可选的PC出栈。 指令格式：
PUSH{reglist} POP{reglist} PUSH{reglist, LR} POP{reglist,PC} 其中：reglist:低寄存器的全部或其子集。 （5）LDMIA和STMIA 加载和存储多个寄存器。 指令格式：
❖ Thumb指令集合没有包含进行异常处理时需要的一些指令， 因此，在异常中断时还是需要使用ARM指令。
Thumb 寄存器和ARM寄存器之间的关系
1.Thumb 状态寄存器集是ARM状态寄存器的子集 程序员可以直接访问8个通用寄存器R0~R7、PC、 堆栈指针SP、链接寄存器LR和CPSR。 每个特权模式都有分组的SP 、LR和 SPSR。
Thumb 指令分类介绍
基于Android的ARM汇编语言系列之五：ARM指令集与Thumb指令集
基于Android的ARM汇编语言系列之五：ARM指令集
与Thumb指令集
章节列表之一：ARM 汇编语言开篇之二：C/C++程序生成ARM 汇编程序
的过程分析之三：ARM 汇编语言程序结构之四：ARM 处理器的寻址方式之五：ARM 指令集与Thumb 指令集之六：NEON 指令集与VFP 指令集
写在前面：本篇文章旨在大致介绍下ARM 指令集的相关内容，这里也同时
提供一个有详细解释和用例的待书签的PDF 版本，方便大家查阅。
ARM 指令集详解
指令集是处理器的核心，ARM 指令的基本格式如下所示：
opcode {cond}{S}{.W\.N}Rd, Rn{.operand2}S：指定是否影响CPSR 寄存器的值，如ADDS，SUBS 等。
.W.N：指令宽度说明符。
Rd：目的寄存器。
Rn：第一个操作数寄存器。
operand2：第二个操作数，第二个操作数可以是立即数、
寄存器或寄存器位操作，cond：执行条件，它的取值如下图所示：
一跳转指令
1.1 B
跳转指令。
1.2 BL
带链接的跳转指令。
1.3 BX
带状态切换的跳转指令。
二存储器访问指令
2.1 LDR
从存储器中加载数据到寄存器。
ARM Thumb指令集详解-9页word资料
ARM Thumb指令集详解ARM Thumb指令集详解2019-04-27 12：30来源：MCU嵌入式领域ARM Thumb指令集Thumb指令可以看作是ARM指令压缩形式的子集，是针对代码密度的问题而提出的，它具有16位的代码密度。
Thumb不是一个完整的体系结构，不能指望处理只执行Thumb指令而不支持ARM指令集。
因此，Thumb指令只需要支持通用功能，必要时可以借助于完善的ARM指令集，比如，所有异常自动进入ARM状态。
在编写Thumb指令时，先要使用伪指令CODE16声明，而且在ARM指令中要使用BX指令跳转到Thumb指令，以切换处理器状态。
编写ARM指令时，则可使用伪指令CODE32声明。
1 Thumb指令集与ARM指令集的区别Thumb指令集没有协处理器指令，信号量指令以及访问CPSR或SPSR的指令，没有乘加指令及64位乘法指令等，且指令的第二操作数受到限制；除了跳转指令B有条件执行功能外，其它指令均为无条件执行；大多数Thumb数据处理指令采用2地址格式。
Thumb指令集与ARM指令的区别一般有如下几点：跳转指令程序相对转移，特别是条件跳转与ARM代码下的跳转相比，在范围上有更多的限制，转向子程序是无条件的转移。
数据处理指令数据处理指令是对通用寄存器进行操作，在大多数情况下，操作的结果须放入其中一个操作数寄存器中，而不是第3个寄存器中。
数据处理操作比ARM状态的更少，访问寄存器R8~R15受到一定限制。
除MOV和ADD指令访问器R8~R15外，其它数据处理指令总是更新CPSR中的ALU状态标志。
访问寄存器R8~R15的Thumb数据处理指令不能更新CPSR中的ALU状态标志。
单寄存器加载和存储指令在Thumb状态下，单寄存器加载和存储指令只能访问寄存器R0~R7。
批量寄存器加载和存储指令LDM和STM指令可以将任何范围为R0~R7的寄存器子集加载或存储。
PUSH和POP指令使用堆栈指令R13作为基址实现满递减堆栈。
Thumb指令集和ARM指令集的对比
Thumb指令集和ARM指令集的对比Thumb指令Thumb指令可以看做是ARM指令压缩形式的子集，是针对代码密度的问题而提出的，它具有16位的代码密度。
Thumb不是一个完整的体系结构，不能指望处理程序只执行Thumb指令而不支持ARM指令集。
因此，Thumb指令只需要支持通用功能，必要时，可借助完善的ARM指令集，例如：所有异常自动进入ARM状态。
在编写Thumb指令时，先要使用伪指令CODE16声明，而且在ARM指令中要使用BX指令跳转到Thumb指令，以切换处理器状态。
编写ARM指令时，可使用伪指令CODE32声明。
代码密度：单位存储空间中包含的指令的个数。
例如ARM指令是32位的，而Thumb指令时16位的，如果在1K的存储空间中，可以放32条ARM指令，就可以放64条Thumb指令，因此在存放Thunb 指令时，代码密度高。
Thumb指令集与ARM指令集的区别Thumb指令集不是完整的指令集，它是ARM指令集的子集。
但是Thumb 指令具有更高的代码密度，即占用存储空间小，仅为ARM代码规格的65%，但其性能却下降的很少。
所以，Thumb指令集使ARM处理器能应用到有限的存储带宽，并且，代码密度要求很高的嵌入式系统中去。
Thumb指令集没有协处理器指令、信号量指令以及访问CPSR或SPSR的指令，没有乘加指令及64位乘法指令等，且指令的第二操作数受到限制；除了跳转指令B有条件执行功能外，其他指令均为无条件执行；大多数Thumb数据处理指令采用2地址格式。
Thumb指令集与ARM指令集的区别一般有如下几点：1. 跳转指令程序相对转移，特别是条件跳转与ARM代码下的跳转相比，在范围上有更多的限制，转向子程序是无条件的转移。
2. 数据处理指令数据处理指令是对通用寄存器进行操作，在大多数情况下，操作的结果须放入其中一个操作数寄存器中，而不是第三个寄存器中。
数据处理操作比ARM状态的更少，访问寄存器R8—R15受到一定限制。
thumb与arm状态的区别
thumb与arm状态的区别ARM指令和THUMB指令有什么区别1推荐AREA ThumbSub, CODE, READONLY ; Name this block of code ENTRY ; Mark first instruction to execute CODE32 ; Subsequent instructions are ARM header ADR r0, start + 1 ; Processor starts in ARM state, BX r0 ; so small ARM code header used ; to call Thumb main program.CODE16 ; Subsequent instructions are Thumb. start MOV r0, #10 ; Set up parameters MOV r1, #3 BL doadd ; Call subroutine stop MOV r0, #0x18 ; angel_SWIreason_ReportException LDR r1, =0x20026 ; ADP_Stopped_ApplicationExit SWI 0xAB ; Thumb semihosting SWIdoadd ADD r0, r0, r1 ; Subroutine code MOV pc, lr ; Return from subroutine.END ; Mark end of file3、CODE16、CODE32 语法格式: CODE16(或CODE32) CODE16伪指令通知编译器，其后的指令序列为16位的Thumb指令。
CODE32伪指令通知编译器，其后的指令序列为32位的ARM指令。
若在汇编源程序中同时包含ARM指令和Thumb指令时，可用CODE16伪指令通知编译器其后的指令序列为16位的Thumb指令，CODE32伪指令通知编译器其后的指令序列为32位的ARM指令。
04第四章 Thumb 指令集
R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7
AR M 状态
R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R10 R11 R11 R12 R12
低寄存器
高寄存器
堆栈指针(SP) 连接寄存器(LR) 程序计数器(PC) 当前程序状态寄存器 (C P SR ) 被保存程序状态寄存器 ( SP SR )
4.2.1 数据处理指令
按照数据处理指令的功能，可以将其分为以下几类： 算术运算指令， 移位和循环移位操作（ASR，LSL，LSR和ROR） 比较指令（CMP和CMN） 传送和取负指令（MOV，MVN和NEG） 测试指令（TST）
4.2.2 Thumb转移指令
助记符 说明 操作
条件码位 置 B{cond}
堆栈指针(R13) 堆栈指针 (R13) 连接寄存器(R14) 连接寄存器 (R14) 程序计数器(R15) 程序计数器 (R15) 当前程序状态寄存器 (C P SR ) 被保存程序状态寄存器 (SP SR )
4.2 Thumb指令集详细介绍
16位Thumb指令集是从32位ARM指令集提取指令格 式的，每条Thumb指令有相同处理器模型所对应的32 位ARM指令。 4.2.1 数据处理指令； 4.2.2 转移指令； 4.2.3 Load/Store指令； 4.2.4异常中断指令。
<op> = LDR| STR
；
多寄存器数据存取指令
汇编格式如下：
LDMIA STMIA POP PUSH Rn!，{<reg list>} Rn!，{<reg list>} {<reg list>{，PC}} {<reg list>{，LR}} Reg ：R0～R7
ARM架构及ARM指令集、Thumb指令集你了解多少？
ARM架构及ARM指令集、Thumb指令集你了解多少？1991 年ARM 公司成⽴于英国剑桥，在成⽴后的那⼏年，ARM业绩平平，⼯程师们也⼈⼼惶惶，害怕随时都会失业。
在这个情况下，ARM 决定改变他们的产品策略——他们不再⽣产芯⽚，转⽽以授权的⽅式，将芯⽚设计⽅案转让给其他公司，即“Partnership”开放模式。
没想到正是这种模式，开创了属于ARM的全新时代。
ARM所采取的是IP(Intellectual Property，知识产权)授权的商业模式，收取⼀次性技术授权费⽤和版税提成。
具体来说，ARM有三种授权⽅式：处理器、POP以及架构授权。
处理器授权是指授权合作⼚商使⽤ARM设计好的处理器，对⽅不能改变原有设计，但可以根据⾃⼰的需要调整产品的频率、功耗等。
POP(processor optimization pack，处理器优化包)授权是处理器授权的⾼级形式， ARM出售优化后的处理器给授权合作⼚商，⽅便其在特定⼯艺下设计、⽣产出性能有保证的处理器。
架构授权是ARM会授权合作⼚商使⽤⾃⼰的架构，⽅便其根据⾃⼰的需要来设计处理器(例如后来⾼通的Krait架构和苹果的Swift架构，就是在取得ARM的授权后设计完成的)。
所以，授权费和版税就成了ARM的主要收⼊来源。
除此之外，就是软件⼯具和技术⽀持服务的收⼊。
⼀、ARM 微处理器的应⽤领域及特点ARM处理器市场覆盖率最⾼、发展趋势⼴阔，基于ARM技术的32位微处理器，市场的占有率⽬前已达到80%。
绝⼤多数IC制造商都推出了⾃⼰的ARM结构芯⽚。
我国的中兴集成电路、⼤唐电讯、华为海思、中芯国际和上海华虹，以及国外的⼀些公司如德州仪器、意法半导体、Philips、Intel、Samsung等都推出了⾃⼰设计的基于ARM核的处理器。
⼯业控制领域：作为32 的RISC 架构，基于ARM 核的微控制器芯⽚不但占据了⾼端微控制器市场的⼤部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应⽤领域扩展，ARM 微控制器的低功耗、⾼性价⽐，向传统的8 位/16 位微控制器提出了挑战。
thumb指令集是什么
thumb指令集是什么
thumb指令集是arm指令集的一个子集，是针对代码密度问题而提出的，它具有16位的代码宽度。
与等价的32位代码相比较，thumb指令集在保留32位代码优势的同时，大大的节省了系统的存储空间。
thumb不是一个完整的体系结构，不能指望处理器只执行thumb指令集而不支持arm指令集。
thumb指令集分为：分支指令、数据传送指令、单寄存器加载和存储指令以及多寄存器加载和存储指令。
thumb指令集没有协处理器指令、信号量（semaphore）指令以及访问cpsr或spsr的指令。
thumb指令集与arm指令集的区别
1、thumb指令继承了arm指令集的许多特点
thumb指令也是采用load/store结构，有数据处理、数据传送及流控制指令等。
ARM指令集、Thumb指令集、Thumb-2指令集
ARM指令集、Thumb指令集、Thumb-2指令集
MCU使⽤什么指令集主要由内核决定的，⽐如Cortex-M3使⽤的是Thumb-2指令集
ARM指令集：
编代码全部是 32bits 的，每条指令能承载更多的信息，因此使⽤最少的指令完成功能，所以在相同频率下运⾏速度也是最快的，但也因为每条指令是32bits 的⽽占⽤了最多的程序空间。
Thumb指令集：
编代码全部是 16bits 的，每条指令所能承载的信息少，因此它需要使⽤更多的指令才能完成功能，因此运⾏速度慢，但它也占⽤了最少的程序空间
Thumb-2指令集：
在前⾯两者之间取了⼀个平衡，兼有⼆者的优势，当⼀个操作可以使⽤⼀条 32bits指令完成时就使⽤ 32bits 的指令，加快运⾏速度，⽽当⼀次操作只需要⼀条16bits 指令完成时就使⽤16bits 的指令，节约存储空间。
Thumb指令
3.3 Thumb指令系统 指令系统
特点
与ARM指令集相比，Thumb指令集有如下特点：
● Thumb指令集没有协处理器指令，信号量指令，乘加指令，
64位乘法指令以及访问CPSR或SPSR的指令，而且指令的第2操作 数受到限制。
● 除了分支指令B有条件指令功能外，其他指令均为无条件指令 除了分支指令B有条件指令功能外，其他指令均为无条件指令。
<MTSE1.0>
3.3 Thumb指令系统 指令系统
Thumb状态切换
当系统复位后，ARM启动并执行ARM指令。进入Thumb指 令模式有2中方法。
● 一种是执行一条交换转移指令BX，将指令中的目标地址寄存
器的最低位置1，并将其他位的值放入程序计数器PC，则可进入 Thumb指令。
● 另一种是利用异常返回，也可把微处理器从ARM模式转换为
指令执行的条件码：
00b:LDR/STR指令； 01b:LDRH/STRH指令； 10b:LDRB/STRB指令；
Rd：源或目标寄存器 Rn：基址寄存器 Rm：偏移量寄存器
说 明 ： 当 opcode 位 为 11b 时，L位为0代表指令 “LDRSB“，L位为1代表指 令“LDRSH”
<MTSE1.0>
● 大多数Thumb数据处理指令采用2地址格式。
<MTSE1.0>
3.3 Thumb指令系统 指令系统
Thumb指令集较ARM指令集有如下限制： 只有B指令可以条件执行，其它指令都不能条件执行； 分支指令的跳转范围有更多限制； 数据处理指令的操作结果必须放入其中一个； 单寄存器访问指令，只能操作R0～R7； LDM和STM指令可以对R0～R7的任何子集进行操作；
常用arm指令集
常用ARM指令集一、ARM架构简介ARM（Advanced RISC Machine）是一种精简指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer，RISC）架构，广泛应用于移动设备、嵌入式系统和主流服务器等领域。
ARM架构的优点包括高效能、高能效、低成本和高可伸缩性，适用于各种应用场景。
二、ARM指令集分类ARM指令集根据其特点和功能可以分为三大类：基本指令集、乘累加指令集和浮点指令集。
1. 基本指令集（ARM和Thumb指令集）基本指令集是ARM架构最基础的指令集，包含大部分常用的数据处理指令、控制指令和访存指令等。
ARM指令集的指令长度为32位。
Thumb指令集是ARM架构的一个变种，指令长度为16位。
Thumb指令集在ARMv4架构引入，用于提高代码密度，适用于存储空间有限的设备。
2. 乘累加指令集（ARM和Thumb-2指令集）乘累加指令集是基于基本指令集的扩展，加入了乘法和累加指令等。
乘累加指令集可以提高乘法和累加运算的效率，适用于需要大量复杂计算的应用。
Thumb-2指令集是Thumb指令集的进一步扩展，兼容Thumb指令集，并增加了32位指令。
Thumb-2指令集使得ARM架构在相同存储空间下能够提供更高的性能。
3. 浮点指令集（VFP和NEON指令集）浮点指令集主要用于进行浮点数运算。
VFP（Vector Floating Point）指令集是ARM架构最早引入的浮点技术，支持单精度和双精度浮点数运算。
NEON指令集是ARM架构后续引入的SIMD（Single Instruction, Multiple Data）指令集，用于提高并行处理能力和多媒体应用性能。
三、常用ARM指令以下是常用的ARM指令及其功能：1.数据处理指令–加法指令：ADD、ADC（带进位的加法指令）–减法指令：SUB、SBC（带借位的减法指令）–乘法指令：MUL、SMULL（有符号乘法指令）、UMULL（无符号乘法指令）–除法指令：SDIV（有符号除法指令）、UDIV（无符号除法指令）–移位指令：LSL（逻辑左移）、LSR（逻辑右移）、ASR（算术右移）、ROR（循环右移）2.控制指令–条件分支指令：B（无条件分支指令）、BEQ（等于零条件分支指令）、BNE（不等于零条件分支指令）等–无条件分支指令：BX（无条件跳转指令，用于实现函数调用）–跳转指令：BL（带链接跳转指令，用于实现函数调用，并将返回地址保存在链接寄存器中）3.访存指令–数据传送指令：LDR（加载指令，用于将数据从内存中加载到寄存器中）、STR（存储指令，用于将数据从寄存器中存储到内存中）–堆栈指令：PUSH（将数据压入堆栈）、POP（将数据从堆栈中弹出）–字节和半字操作指令：LDRB（加载字节指令）、LDRH（加载半字指令）、STRB（存储字节指令）、STRH（存储半字指令）4.特殊指令–中断指令：SWI（软中断指令，用于触发软件中断）–协处理器指令：CDP（协处理器数据处理指令）、MCR、MRC（协处理器寄存器传递指令）四、ARM指令优化技巧为了提高ARM指令执行效率和代码性能，可以采取以下优化技巧：1.使用适当的数据处理指令，避免不必要的指令执行和数据拷贝。
ARM及THUMB指令集
loop
… SUBS r1,r1,#1
R1减1，并设置标志位
BNE loop
如果 Z标志清零则跳转
ARM及Thumb指令集
TM
4
4
Condition Codes
下表为所有可能的条件码：
注意:AL为默认状态，不需要单独指出
Suffix
EQ NE CS/HS CC/LO MI PL VS VC HI LS GE LT GT LE AL
位循环
RRX: Rotate Right Extended
Destination
CF
位轮换，从 CF到MSB都参与操作
ARM及Thumb指令集
TM
9
9
寄存器, 可选择是否增加移位操作. 移位值可以是：
5 bit 无符号整数 放在另一个寄存器的低字节
用于常数乘法
立即数 8 bit ，大小范围0-255。
ARM及Thumb指令集
TM
0
0x22
地址增加
r0
0x11
20
20
块数据传送
LDM / STM指令允许一次传送1到16个寄存器到/从存储器中。 寄存器传送顺序不能被指定 • 最小数字的寄存器总是被传送到/从存储器的最低地址上。 LDMIA r10,{r0,r1,r4}
新建一个 text文件 另存为 “gcd.s” 加入到项目中
Build 并执行
AREA myarea, CODE ENTRY
start
MOV r0, #9 MOV r1, #15
; your code here
stop
B stop END
ARM及Thumb指令集
Quiz #2 - GCD
Thumb指令
5 Thumb指令
• Thumb指令
Thumb指令集可以看作是ARM指令压缩形式的 子集，它是为减小代码量而提出的，具有16位的代 码密度。Thumb指令体系不完整，只支持通用功能。 必要时仍需要使用ARM指令，如进入异常时。
说明：Thumb指令的格式与使用方式与ARM指令集类似，而且 使用并不是很频繁，建议这部分内容选修。
LDRH/STRH Rd,addressing
LDRB/STRB Rd,addressing
LDRSH Rd,addressing
加载/存储无符号字 节数据
加载有符号半字数据
Rd←[Rn,#immed_5×1] ， Rd、Rn为R0～R7
Rd←[Rn,Rm]，Rd、Rn、 Rm为R0～R7 Rd←[Rn,Rm]，Rd、Rn、 Rm为R0～R7
其中：Rd 表示加载或存储的寄存器。必须为R0～R7。 Rn 表示基址寄存器。必须为R0～R7。 immed_5×N 表示立即数偏移量，其取值范围为(0～31)×N。
• 单寄存器访问指令——立即数偏移指令编码
L用于区别加载（L为1） 或存储（L为0）
指令执行的条件码：
0110b:LDR/STR指令； 1000b:LDRH/STRH指令； 0111b:LDRB/STRB指令；
在Thumb中， 高寄存器不 是标准寄存 器。汇编语 言程序员对 它们的访问 受到限制。 可以使用 MOV、 CMP和 ADD指令对 高寄存器操 作。
R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7
低 寄 存 器
高 寄 存 器
Thumb指令小节目录
1.Thumb指令集与ARM指令集的区别 2.存储器访问指令 3.数据处理指令 4.分支指令 5.杂项指令 6.Thumb指令功能码段分析
第5章 Thumb指令
TM
22
22
例：
EOR R3,R4
ROR R1,R0
MUL R0,R7
NEG R5,R3
CMP R2,R6
TM
23
23
5.1.4 带高位寄存器操作的Thumb指令
这类指令的汇编语法格式为
opcode Rd, Hs opcode Hd, Rs opcode Hd, Hs
opcode 0 0 1 0 1 0
TM
15
15
例：
ASR R3,R5 LSR R0,R2,#16
；将R2的内容逻辑右移16次后，结果 放入R0中
LSR R2,R5,#10 LSL R0,R3,#8 ASR R1,R2,#3
TM
16
16
5.1.2 低位寄存器算术运算指令
1．加法与减法运算指令（对R0~R7操作）
Rd:目标寄存器 R0~R7
Hd:目标寄存器R8~R15
Rs:源操作数寄存器 R0~R7 Hs:源操作数寄存器 R8~R15
TM
24
24
例： ADD PC,R1
MOV R13,R14
CMP R4,R12
CMP PC,R12
TM
25
25
5.1.5 带SP/PC的算术运算指令
1．SP/PC加法运算指令 这类指令的汇编语法格式为
39
例： LDR R2,[PC,#0x10]
LDR R0,[R15,#0x40]
TM
40
40
SP作为基址寄存器的加载/存储指令 LDR Rd, [SP,# immed_8×4] STR Rd, [SP,# immed_8×4]
ARM指令集
ARM指令集
厦门市松柏第二小学 吴小蔚
5.1 引言--ARM指令与Thumb指令
ARM处理器是基于精简指令集计算机(RISC)原理 设计的，指令集和相关译码机制较为简单。一些 ARM核具有32位ARM指令集和16位Thumb指令集。
ARM指令集效率高，但是代码密度低; 而Thumb指令集具有较高的代码密度，却仍然保持ARM
SUBS PC,R14_fiq ,#4 该指令将寄存器R14_fiq的值减去4后，复制到程序计数器PC 中，从而实现从异常处理程序中的返回，同时将SPSR_mode 寄存器的内容复制到当前程序状态寄存器CPSR中。
13
IRQ（Interrupt Request）
IRQ异常属于正常的中断请求，可通过对处理器的nIRQ引脚 输入低电平产生，IRQ的优先级低于FIQ，当程序执行进入 FIQ异常时，IRQ可能被屏蔽。
Thumb指令集 具有灵活、小 巧的特点
3
5.1 引言—数据类型
ARM微处理器的指令长度可以是32位（在 ARM状态下），也可以为16位（在Thumb状 态下）。
ARM微处理器中支持三种数据类型：
字节（8位有符号和无符号字节） 半字（16位有符号和无符号半字） 字（32位有符号和无符号字） 其中，字需要4字节对齐（地址的低两位为0）、
2、将CPSR复制到相应的SPSR中。 3、根据异常类型，强制设置CPSR的运行模式位。 4、强制PC从相关的异常向量地址取下一条指令执行，从而跳转到相
应的异常处理程序处。
还可以设置中断禁止位，以禁止中断发生。
如果异常发生时，处理器处于Thumb状态，则当异常向量地 址加载入PC时，处理器自动切换到ARM状态。
15
第3章 ARM微处理器的指令系统5-Thumb指令
指令格式： B 语句标号
语句标号通常在同一程序段内，地址范围不超过±2048 字节； 以PC为基址的相对偏移跳转，跳转方向可以向前，也可 以向后； 语句标号处的地址必须是半字对齐的。
16
3.6.4.2 条件分支指令
条件分支指令B能够使程序产生一次有条件跳转。
指令格式： B{cond} 语句标号
语句标号通常在同一程序段内，地址范围不超过±254 字节； cond是条件后缀，共14种； 指令满足条件时分支跳转，否则不分支； 以PC为基址的相对偏移跳转，跳转方向可以向前，也可 以向后； 语句标号处的地址必须是半字对齐的。
17
3.6.4.3 带链接的长分支指令
指令格式： BL 语句标号
11
12
3.6.3.7栈操作指令 指令：PUSH, POP
用于在寄存器和存储器之间进行成组的数据传送，其地址表达式是隐含的 堆栈指针。
指令格式： PUSH/POP PUSH POP
LR是链接寄存器； PC是程序计数器； 寄存器列表是从R0~R7的任意组合，寄存器分隔使用逗号； 堆栈指针是隐含的地址基址，Thumb指令中的堆栈是满栈递减的，堆栈 向下增长，堆栈指针总是指向最后入栈的数据； 寄存器在列表中是从小到大排列，无论加载还是存储，最小寄存器总是指 向最初的基址地址； 但使用POP指令且PC出现在列表中时，从栈区赋给PC的数据将引起程序 的跳转，这只能用在子程序的返回。
Opcode是操作指令； Rd是Thumb指令集的通用寄存器R0~R7，保存操作结 果； Rs是源寄存器R0~R7，其中的数值是Rd移位的位数； 会刷新程序状态寄存器的条件标志。
28
13ARM指令集与Thumb指令集
13ARM指令集与Thumb指令集指令格式ARM基本格式<opcode>{<cond>}{S}{.W|.N}<Rd>,<Rn>{,<operand2>}opecode：指令助记符cond：执⾏条件助记符标志含义EQ Z=1相等NE Z=0不相等CS/HS C=1⽆符号数⼤于或等于CC/LO C=0⽆符号数⼩于MI N=1负数PL N=0正数或0VS V=1溢出VC V=0没有溢出HI C=1，Z=0⽆符号数⼤于LS C=0，Z=1⽆符号数⼩于或等于GE N=V有符号数⼤于或等于LT N！=V有符号数⼩于GT Z=0，N=V有符号数⼤于LE Z=1，N！=V有符号数⼩于或等于AL任何⽆条件执⾏（指令默认条件）S：指令是否影响CPSR寄存器.W和.N：宽度说明符，默认16位，32位使⽤ .W说明符。
ARM和Thumb都可以使⽤1。
跳转指令，4条1。
B跳转：B{cond} label2。
BL带链接跳转（类似单步步⼊）将当前指令下⼀条指令地址存⼊R14寄存器，常⽤来调⽤⼦程序：BL{cond} label3。
BX带状态切换跳转（在ARM与Thumb之间切换）处理器判断Rm的位[0]为1，是则将CPSR寄存器标志T置位，切换⾄Thumb，反之切换为ARM：RX{cond} Rm4。
BLX带链接和状态切换的跳转：BLX{cond} Rm2。
存储器访问指令：LDR：寄存器←存储器格式：LDR{type}{cond} Rd,label LDRD{cond} Rd,Rd2,labelType取值：B：⽆符号字节（加载时0扩展为32位）SB：有符号字节（加载时符号扩展为32位）H：⽆符号半字节（加载时0扩展为32位）SH：有符号半字节（加载时符号扩展为32位）Rd：加载寄存器Label：读取的内存地址LDRD：⼀次加载双字的数据STR：寄存器→内存STR{type}{cond} Rd,labelSTRD{cond} Rd,Rd2,labelType中的SB和HS对STR⽆效LDM可以指定多个存储单元：寄存器←内存LDM{addr_mode}{cond} Rn{!} reglistaddr_mode:IA：Increase After，基址寄存器在执⾏指令后增加，默认IB：Increase Before，基址寄存器在执⾏指令前增加（仅ARM）DA：Decrease After，基址寄存器在执⾏指令后减少（仅ARM）DB：Decrease Before，基址寄存器在执⾏指令之前减少FD：满递减堆栈，堆栈向低地址⽣长，堆栈指针指向最后⼀个⼊栈的有效数据项 FA：满递增堆栈，堆栈向⾼地址⽣长，堆栈指针指向下⼀个要放⼊的空地址ED：空递减堆栈，堆栈向低地址⽣长EA：孔递增堆栈，堆栈向⾼地址⽣长Rn：基地址寄存器，存储初始地址！：可选后缀，有则最终地址将写回到Rn寄存器reglist：存储数据的寄存器列表，多个连续寄存器可⽤“-”链接，不连续⽤“，”分隔 STM：寄存器列表数据→内存 STM{addr_mode}{cond} Rn{!} reglistPUSH：将寄存器推⼊满递减堆栈PUSH{cond} reglistPOP：从满递减堆栈弹出寄存器信息POP{cond} reglistSWP：寄存器←→内存SWP{B}{cond} Rd,Rm,[Rn]B：可选字节，有B则交换字节否则交换32位的字cond：执⾏条件Rd：从内存中加载数据的寄存器Rm：写⼊数据的到内存的寄存器Rn：需要交换数据的存储器地址。
第6章(Thumb指令集及其伪指令)
• 说明：
a．参数限制：Rd和Rm均为R0～R15 b．对条件标志位的影响：Rd和Rm均为R0～R7时更新N、Z、 C和V，其他情况不影响 • 举例：ADD R3，R8
第6章 Thumb指令集及其伪指令
c．PC或SP相对偏移的ADD指令
第6章 Thumb指令集及其伪指令
2.4.3.3 LSR • 格式： LSR Rd，Rs LSR Rd，Rm，#expr • 说明： a．参数限制：Rd、Rs和Rm均为R0～R7，#expr为1～32 b．对条件标志位的影响：更新N、Z和C(若位移量为零则不影 响C) c．若位移量为32，则Rd清零，最后移出的位保留在C中；若位 移量大于32，则Rd和C均被清零 • 举例： LSR R3，R0 LSR R5，R2，#2
1.1 Thumb的特点
为了兼容数据总线宽度为16位的应用系统，ARM体系结构支 持Thumb指令集。 它是ARM指令集的一个子集，自身不是一个完整的体系结构， 不能指望处理器只执行Thumb指令而不支持ARM指令集。
一般而言，Thumb指令用来实现通用功能，必要时借助完善的
ARM指令集。
第6章 Thumb指令集及其伪指令
第6章 Thumb指令集及其伪指令
• 举例(实现64位加法)：
ADD R0，R2
ADC R1，R3 2.4.2.3 SUB a．低寄存器的SUB指令 • 格式：
SUB Rd，Rn，Rm
SUB Rd，Rn，#expre3
SUB Rd，#expre8
第6章 Thumb指令集及其伪指令
• 说明：
a．参数限制：
b．Thumb状态下数据处理指令访问R8-R15会受到一定限制
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Thumb指令集和ARM指令集的对比
Thumb指令
Thumb指令可以看做是ARM指令压缩形式的子集，是针对代码密度的问题而提出的，它具有16位的代码密度。
Thumb不是一个完整的体系结构，不能指望处理程序只执行Thumb指令而不支持ARM指令集。
因此，Thumb指令只需要支持通用功能，必要时，可借助完善的ARM指令集，例如：所有异常自动进入ARM状态。
在编写Thumb指令时，先要使用伪指令CODE16声明，而且在ARM指令中要使用BX指令跳转到Thumb指令，以切换处理器状态。
编写ARM指令时，可使用伪指令CODE32声明。
代码密度：单位存储空间中包含的指令的个数。
例如
ARM指令是32位的，而Thumb指令时16位的，如果在1K的存储空间中，可以放32条ARM指令，就可以放64条Thumb指令，因此在存放Thunb 指令时，代码密度高。
Thumb指令集与ARM指令集的区别
Thumb指令集不是完整的指令集，它是ARM指令集的子集。
但是Thumb 指令具有更高的代码密度，即占用存储空间小，仅为ARM代码规格的65%，但其性能却下降的很少。
所以，Thumb指令集使ARM处理器能应用到有限的存储带宽，并且，代码密度要求很高的嵌入式系统中去。
Thumb指令集没有协处理器指令、信号量指令以及访问CPSR或SPSR的指令，没有乘加指令及64位乘法指令等，且指令的第二操作数受到限制；除了跳转指令B有条件执行功能外，其他指令均为无条件执行；大多数Thumb数据处理指令采用2地址格式。
Thumb指令集与ARM指令集的区别一般有如下几点：
1. 跳转指令
程序相对转移，特别是条件跳转与ARM代码下的跳转相比，在范围上有更多的限制，转向子程序是无条件的转移。
2. 数据处理指令
数据处理指令是对通用寄存器进行操作，在大多数情况下，操作的结果须放入其中一个操作数寄存器中，而不是第三个寄存器中。
数据处理操作比ARM状态的更少，访问寄存器R8—R15受到一定限制。
（除MOV和ADD指令访问寄存器R8—R15外，其他数据处理指令总是更新CPSR中ALU状态标志）访问寄存器R8—R15的Thumb数据处理指令不能更新CPSR中的ALU状态标志。
3. 单寄存器加载和存储指令
在Thumb状态下，单寄存器加载和存储指令只能访问寄存器R0—R7
4. 批量寄存器加载和存储指令
LDM和STM指令可以将任何范围为R0——R7的寄存器子集加载或存
储。
PUSH 和POP 指令使用堆栈指令R13 作为基址实现满递减堆栈.除
R0~R7 外,PUSH 指令还可以存储链接寄存器R14,并且POP 指令可以加载
程序指令PC
Thumb指令集与ARM指令集效用分析
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：
1.指令执行条件经常不会使用；
2.源寄存器与目标寄存器经常是相同的；
3.使用的寄存器数量比较少；
4.常数的值比较小；
5.内核中的桶式移位器（barrel shifter）经常是不使用的；
一.目标代码大小（密度）
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。
一般认为：
Thumb代码所需的存储空间约为ARM代码的60％～70％。
Thumb代码使用的指令数比ARM代码多约30％～40％。
二.性能
1、在存储器是32位的情况下，ARM性能略好
这是因为同样的代码编译的结果Thumb指令将会比ARM多30%-40%，Thumb 指令仍旧花费同样指令周期来从32-bit块内存预取。
2、在16-bit内存上，即使有比ARM多的代码，这时Thumb性能也较好
这是因为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，因此尽管thumb指令比arm指令要多，但是依然比arm要快。
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%。