ARM指令集與Thumb指令集的區別

Thumb 指令可以看作是 ARM 指令壓縮形式的子集,是針對代碼密度的問題而提出的,它具有 16 位的代碼密度但是它不如ARM指令的效率高 .Thumb 不是一個完整的體系結構,不能指望處理只執行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,必要時可以借助于完善的 ARM 指令集,比如,所有異常自動進入 ARM 狀態.在編寫 Thumb 指令時,先要使用偽指令 CODE16 聲明,而且在 ARM 指令中要使用 BX指令跳轉到 Thumb 指令,以切換處理器狀態.編寫 ARM 指令時,則可使用偽指令 CODE32聲明.

流水線處理：
不同于微編碼的處理器，ARM (保持它的 RISC 性)是完全硬布線的。

為了加速 ARM 2 和 3 的執行使用 3 階段流水線。第一階段持有從內存中取回的指令。第二階段開始解碼，而第三階段實際執行它。故此，程序計數器總是超出當前執行的指令兩個指令。(在為分支指令計算偏移量時必須計算在內)。

因為有這個流水線，在分支時丟失 2 個指令周期(因為要重新添滿流水線)。所以最好利用條件執行指令來避免浪費周期。例如:

...
CMP R0,#0
BEQ over
MOV R1,#1
MOV R2,#2
over
...

可以寫為更有效的:
...
CMP R0,#0
MOVNE R1,#1
MOVNE R2,#2

二、Thumb 指令集與 ARM 指令集的區別
Thumb 指令集沒有協處理器指令,信號量指令以及訪問 CPSR 或 SPSR 的指令,沒有乘加指令及 64 位乘法指令等,且指令的第二操作數受到限制;除了跳轉指令 B 有條件執行功能外,其它指令均為無條件執行;大多數 Thumb 數據處理指令采用 2 地址格式.Thumb指令集與 ARM 指令的區別一般有如下幾點:
跳轉指令
程序相對轉移,特別是條件跳轉與 ARM 代碼下的跳轉相比,在范圍上有更多的限制,轉向子程序是無條件的轉移.
數據處理指令
數據處理指令是對通用寄存器進行操作,在大多數情況下,操作的結果須放入其中一個操作數寄存器中,而不是第 3 個寄存器中.數據處理操作比 ARM 狀態的更少,訪問寄存器 R8~R15 受到一定限制.除 MOV 和 ADD 指令訪問器 R8~R15 外,其它數據處理指令總是更新 CPSR 中的 ALU 狀態標志.訪問寄存器 R8~R15 的 Thumb 數據處理指令不能更新 CPSR 中的 ALU 狀態標志.
單寄存器加載和存儲指令
在 Thumb 狀態下,單寄存器加載和存儲指令只能訪問寄存器 R0~R7
批量寄存器加載和存儲指令
LDM 和 STM 指令可以將任何范圍為 R0~R7 的寄存器子集加載或存儲. PUSH 和 POP 指令使用堆棧指令 R13 作為基址實現滿遞減堆棧.除 R0~R7 外,PUSH 指令還可以存儲鏈接寄存器 R14,并且 POP 指令可以加載程序指令PC

ARM指令分為以下幾種：

一、ARM 存儲器訪問指令
助記符 說明 操作 條件碼位置
LDR Rd,addressing 加載字數據 Rd←[addressing],addressing 索引 LDR{cond}
LDRB Rd,addressing 加載無符字節數據 Rd←[addressing],addressing 索引 LDR{cond}B
LDRT Rd，addressing 以用戶模式加載字數據 Rd←[addressing],addressing 索引 LDR{cond}T
LDRBT Rd，addressing 以用戶模式加載無符號字數據 Rd←[addressing],addressing 索引 LDR{cond}BT
LDRH Rd，addressing 加載無符半字數據 Rd←[addressing],addressing 索引 LDR{cond}H
LDRSB Rd，addressing 加載有符字節數據 Rd←[addressing],addressing 索引 LDR{cond}SB
LDRSH Rd，addressing 加載有符半字數據 Rd←[addressing],addressing 索引 LDR{cond}SH
STR Rd，addressing 存儲字數據 [addressing]←Rd,addressing 索引 STR{cond}
STRB Rd，addressing 存儲字節數據 [addressing]←Rd,addressing 索引 STR{cond}B
STRT Rd，addressing 以用戶模式存儲字數據 [addressing]←Rd,addressing 索引 STR{cond}T
SRTBT Rd，addressing 以用戶模式存儲字節數據 [addressing]←Rd,addressing 索引 STR{cond}BT
STRH Rd，addressing 存儲半字數據 [addressing]←Rd,addressing 索引 STR{cond}H
LDM{mode} Rn{!},reglist 批量(寄存器)加載 reglist←［Rn…],Rn 回存等 LDM{cond}{more}
STM{mode} Rn{!},rtglist 批量(寄存器)存儲 [Rn…]← reglist,Rn 回存等 STM{cond}{more}
SWP Rd,Rm,Rn 寄存器和存儲器字數據交換 Rd←[Rd],[Rn]←[Rm](Rn≠Rd 或 Rm) SWP{cond}
SWPB Rd,Rm,Rn 寄存器和存儲器字節數據交換 Rd←[Rd],[Rn]←[Rm](Rn≠Rd 或 Rm) SWP{cond}B

二、ARM 數據處理指令
助記符號 說明 操作 條件碼位置
MOV Rd ,operand2 數據轉送 Rd←operand2 MOV {cond}{S}
MVN Rd ,operand2 數據非轉送 Rd←(operand2) MVN {cond}{S}
ADD Rd,Rn operand2 加法運算指令 Rd←Rn+operand2 ADD {cond}{S}
SUB Rd,Rn operand2 減法運算指令 Rd←Rn-operand2 SUB {cond}{S}
RSB Rd,Rn operand2 逆向減法指令 Rd←operand2-Rn RSB {cond}{S}
ADC Rd,Rn operand2 帶進位加法 Rd←Rn+operand2+carry ADC {cond}{S}
SBC Rd,Rn operand2 帶進位減法指令 Rd←Rn-operand2-(NOT)Carry SBC {cond}{S}
RSC Rd,Rn operand2 帶進位逆向減法指令 Rd←operand2-Rn-(NOT)Carry RSC {cond}{S}
AND Rd,Rn operand2 邏輯與操作指令 Rd←Rn&operand2 AND {cond}{S}
ORR Rd,Rn operand2 邏輯或操作指令 Rd←Rn|operand2 ORR {cond}{S}
EOR Rd,Rn operand2 邏輯異或操作指令 Rd←Rn＾operand2 EOR {cond}{S}
BIC Rd,Rn operand2 位清除指令 Rd←Rn&(～operand2) BIC {cond}{S}
CMP Rn,operand2 比較指令 標志 N、Z、C、V←Rn-operand2 CMP {cond}
CMN Rn,operand2 負數比較指令 標志 N、Z、C、V←Rn＋operand2 CMN {cond}
TST Rn,operand2 位測試指令 標志 N、Z、C、V←Rn＆operand2 TST {cond}
TEQ Rn,operand2 相等測試指令 標志 N、Z、C、V←Rn＾operand2 TEQ {cond}

三、乘法指令
具有 32×32 乘法指令,32×32 乘加指令,32×32 結果為 64 位的乘/乘法指令.
助記符 說明 操作 條件碼位置
MUL Rd,Rm,Rs 32 位乘法指令 Rd←Rm*Rs (Rd≠Rm) MUL{cond}{S}
MLA Rd,Rm,Rs,Rn 32 位乘加指令 Rd←Rm*Rs+Rn (Rd≠Rm) MLA{cond}{S}
UMULL RdLo,RdHi,Rm,Rs 64 位無符號乘法指令 (RdLo,RdHi)←Rm*Rs UMULL{cond}{S}
UMLAL RdLo,RdHi,Rm,Rs 64 位無符號乘加指令 (RdLo,RdHi)←Rm*Rs+(RdLo,RdHi) UMLAL{cond}{S}
SMULL RdLo,RdHi,Rm,Rs 64 位有符號乘法指令 (RdLo,RdHi)←Rm*Rs SMULL{cond}{S}
SMLAL RdLo,RdHi,Rm,Rs 64 位有符號乘加指令 (RdLo,RdHi)←Rm*Rs+(RdLo,RdHi) SMLAL{cond}{S}

四、跳轉指令
在 ARM 中有兩種方式可以實現程序的跳轉,一種是使用跳轉指令直接跳轉,另一種則是直接向 PC 寄存器賦值實現跳轉.

助記符 說明 操作 條件碼位置
B label 跳轉指令 Pc←label B{cond}
BL label 帶鏈接的跳轉指令 LR←PC-4, PC←label BL{cond}
BX Rm 帶狀態切換的跳轉指令 PC←label,切換處理狀態 BX{cond}

五、ARM協處理器指令
ARM 支持協處理器操作,協處理器的控制要通過協處理器命令實現.
助記符 說明 操作 條件碼位置
CDP
coproc,opcodel,CRd,CRn,CRm{,opcode2} 協處理器數據操作指令 取決于協處理器 CDP{cond}
LDC{L} coproc,CRd〈地址〉 協處理器數據讀取指令 取決于協處理器 LDC{cond}{L}
STC{L} coproc,CRd,〈地址〉 協處理器數據寫入指令 取決于協處理器 STC{cond}{L}
ARM 寄存器到協處理器
MCR coproc, opcodel,Rd,CRn,{,opcode2} 寄存器的數據傳送指令 取決于協處理器 MCR{cond}
協處理器寄存器到 ARM
MRC coproc, opcodel,Rd,CRn,{,opcode2} 寄存器到數據傳送指令 取決于協處理器MCR{cond}

五、ARM 雜項指令
助記符 說明 操作 條件碼位置
SWI immed_24 軟中斷指令 產生軟中斷，處理器進入管理模式 SWI{cond}
MRS Rd,psr 讀狀態寄存器指令 Rd←psr,psr 為 CPSR 或 SPSR MRS{cond}
MSR psr_fields,Rd/#immed_8r 寫狀態寄存器指令 psr_fields←Rd/#immed_8r,psr 為 CPSR 或 SPSR MSR{cond}