嵌入式系统：Thumb指令集详解

"嵌入式系统及应用：Thumb指令集.ppt" 嵌入式系统及应用领域的核心之一是 Thumb 指令集，它是 ARM 架构指令集的一个压缩子集，旨在提高代码密度和效率。Thumb 指令集的主要特点如下： 1. **指令压缩**：Thumb 指令采用 16 位编码，相比于标准的 32 位 ARM 指令，显著减少了代码空间占用。 2. **动态解压缩**：在执行时，Thumb 指令会被动态解压缩为 32 位 ARM 指令来运行，确保与 ARM 指令集的兼容性。 3. **状态标志**：在 ARM 的程序状态寄存器（CPSR）的第 5 位，即位 T，用来区分当前执行的指令是 ARM 还是 Thumb。如果 T 位为 1，则表示处于 Thumb 状态。 4. **指令格式**：大部分 Thumb 数据处理指令采用 2 地址格式，移位操作不再包含在主要指令中，而是作为单独的指令存在。 5. **限制**：Thumb 指令集不支持协处理器指令、单寄存器交换指令、乘加指令、64 位乘法指令以及某些程序状态寄存器处理指令，同时其第二个操作数的使用受到限制。 6. **无条件执行**：除了分支指令 B 具有条件执行功能外，其余 Thumb 指令都是无条件执行的。 7. **状态切换**： - **从 ARM 进入 Thumb 状态**：通过执行 BX 指令（如果指定寄存器的最低位为 1，会设置 T 位）或异常返回（如 MOVPC, LR 或 LDMFDSP! {<registers>,PC}）来实现。 - **从 Thumb 进入 ARM 状态**：可以通过执行 Thumb 指令中的 BX 指令（如果 R15 的最低位为 0）或者利用异常处理来切换。 8. **寄存器使用**： - **Lo 寄存器**：R0 到 R7 可以被所有 Thumb 指令自由访问。 - **Hi 寄存器**：R8 到 R12 的访问受限，仅允许通过 MOV、ADD 和 CMP 指令进行操作。 - **特殊用途寄存器**：R13 作为堆栈指针（SP），R14 作为链接寄存器（LR），R15 作为程序计数器（PC）。 - **CPSR**：通过 CMP 和其他特定指令进行间接访问，以修改程序状态。 在嵌入式系统设计中，Thumb 指令集的使用有助于减少存储需求，提升代码执行效率，尤其是在资源有限的嵌入式设备中。通过灵活地在 ARM 和 Thumb 模式间切换，开发者可以优化程序性能并有效利用硬件资源。