基于ARM的嵌入式系統程序開發要點(五)
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在前面的文章中提到過,很多情況下應用程序需要在ARM跟Thumb狀態之間相互切換,這部分就討論交互工作的實現方法和一些注意問題。
1需要交互的原因
前面提到過,Thumb指令在某些特殊情況下具有比ARM指令更為出色的表現,主要是在代碼長度和窄帶寬存儲器系統性能兩方面。正是因為Thumb指令在特定環境下的優勢,它在很多方面得到了廣泛應用。但是因為下面一些原因,Thumb又不可能獨立地組成一個應用系統。
◇ Thumb指令集在功能上只是ARM指令集的一個子 集,某些功能只能在ARM狀態下執行,如CPSR和 協處理器的訪問。
◇ 進行異常響應時,處理器會自動進入ARM狀態。
◇ 從系統優化考慮,在寬帶存儲器上不應該放置 Thumb代碼,很多窄帶系統具有寬帶的內部存儲器。
◇ 即使是一個單純的Thumb應用系統,也必須加一 個匯編的交互頭程序,因為系統總是自動從ARM 開始啟動。
所以,不可避免地會產生ARM與Thumb之間交互的問題。
2狀態切換的實現
處理器在 ARM/Thumb之間的狀態切換是通過一條專用的跳轉交換指令BX來實現的。BX指令以通用寄存器（R0~R15）為操作數,通過拷貝Rn到PC來實現 4GB空間范圍內的一個絕對跳轉。BX利用Rn寄存器中存儲的目標地址值的最后一位來判斷跳轉后的狀態。如圖1所示,是用BX指令實現狀態切換。
無論ARM還是Thumb,其指令存儲在存儲器中都是邊界對齊的（4字節或2字節對齊）。因此,在執行跳轉過程中,PC寄存器中的最低位肯定被舍棄,不起作用。在BX指令的執行過程中,最低位正好被用作狀態判斷的標識,不會造成存儲器訪問不對齊的錯誤。
圖 2 中是一段直接進行狀態切換的例程：
下面是一段直接進行狀態切換的例程。
;從ARM狀態開始
CODE32 ;匯編關鍵字
ADR R0, Into_Thumb+1 ;得到目標地址,末位置1, ;轉向Thumb
BX R0 ;執行 ? ;其它代碼
CODE16 ;匯編關鍵字
Into_Thumb ;Thumb代碼段起始地址
… ;Thumb代碼
ADR R5, Back_to_ARM ;得到目標地址,末位缺 ;省為0,轉向ARM
BX R5 ;執行
… ;其它代碼
CODE32 ;匯編關鍵字
Back_to_ARM ;ARM代碼段起始地址
我們知道,在ARM的狀態寄存器CPSR 中,bit-5是狀態控制位T-bit,決定當前處理器的運行狀態。如果直接修改CPSR的狀態位,也能夠達到改變處理器運行狀態的目的。但是這樣會帶來一個問題,因為ARM采用多級流水線的結構,所以在程序執行過程中,指令流水線上會存在幾條預取指令（具體數目視流水線級數而不同）。當修改CPSR的 T-bit后,狀態的轉變會造成流水線上預取指令的執行錯誤。而如果用BX指令,則執行后會進行流水線的刷新動作,清除流水線上的殘余指令,在新的狀態下重新開始指令預取,從而保證狀態轉變時指令流的正確銜接。
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