Thumb指令集之： ARM和Thumb的混合編程

在實現ARM代碼和Thumb代碼轉換時，大部分的ARM指令有等價的Thumb指令，只有少數指令沒有。如加載字節指令（LDR）不支持自動變址，軟中斷指令不能條件執行。

在編寫Thumb代碼時要注意以下幾點。

①匯編器需要知道什么時候產生ARM代碼、什么時候產生Thumb代碼，程序中使用CODE32和CODE16偽操作提供給編譯器這些信息。

②由于處理器上電執行是在ARM狀態下完成的，所以要使用Thumb指令必須由ARM指令調用Thumb指令，這一過程是通過“BXLR”指令來實現的。需要注意的是，在使用“BXLR”指令前，要對寄存器LR做正確的初始化。

③在ARM和Thumb混合編程時，常使用ALIGN偽操作保證內存地址對齊。

11.10.2互交子程序

編寫ARM/Thumb互交代碼時，下面兩點需要注意。

①對于C/C++子程序而言，只要在編譯時指定--apcs/interwork選項，匯編器會生成合適的返回代碼，使得程序返回到和調用程序相同的狀態。

②在匯編語言子程序中，用戶必須自己編寫相應的返回代碼，使得程序返回到和調用程序相同的狀態。

如果目標代碼包含以下內容，應該在編譯或匯編時使用--apcs/interwork選項使處理器能夠在ARM和Thumb代碼間進行正確的切換，這種情況包含以下4種。

①需要返回到ARM狀態的Thumb子程序。

②需要返回到Thumb狀態的ARM子程序。

③間接調用ARM子程序的Thumb子程序。

④間接調用Thumb子程序的ARM子程序。

如果在程序連接階段，連接器發現ARM子程序和Thumb子程序間存在相互調用，而源文件在編譯時沒有使用--apcs/interwork選項，則連接器將報告以下錯誤。

Error:L6239E:CannotcallARMsymbol'arm_function'innon-interworkingobject

armsub.ofromTHUMBcodeinthumbmain.o(.text)

其中，“arm_function”為需要進行狀態切換的子程序名。

在這種情況下，用戶必須使用--apcs/interwork選項重新對源文件進行編譯。

但在下面兩種情況下，不必指定--apcs/interwork選項。

①在Thumb狀態下，發生異常中斷時，處理器自動切換到ARM狀態，這時不需要添加狀態切換代碼。

②當異常發生在Thumb狀態時，從異常返回不需要添加狀態切換的Veneer代碼。

1．使用匯編語言實現互交

對于匯編程序來說，可以有兩種方法來實現程序狀態的切換。第一種方法是利用連接器提供的交互子程序Veneer來實現程序狀態的切換，這時用戶可以使用指令BL來調用子程序；另一種方法是用戶自己編寫狀態切換的程序。

在ARMv4版本及其以前的版本中，可以使用BX指令實現程序狀態的切換。

從ARMv5版本開始，下面的指令也可以用來實現程序的狀態切換。

·BX（BranchandeXchange）

·BLX、LDR、LDM和POP

下面的兩個偽操作用來區分源程序中的ARM代碼和Thumb代碼。

·CODE16

·CODE32

下面簡單介紹用于狀態切換的指令和偽操作，更詳細的信息請分別參見相關章節。

（1）BX指令

ARM狀態下的BX指令，使程序跳轉到指令中指定的參數Rm指定的地址執行程序，Rm的第0位拷貝到CPSR中T位，位[31∶1]移入PC。若Rm的bit[0]為1，則跳轉時自動將CPSR中的標志位T置位，即把目標地址的代碼解釋為Thumb代碼；若Rm的位bit[0]為0，則跳轉時自動將CPSR中的標志位T復位，即把目標地址代碼解釋為ARM代碼。指令的語法格式如下。

BX{cond>}Rm>

①cond>

為指令編碼中的條件域。它指示指令在什么條件下執行。當cond>忽略時，指令為無條件執行（cond=AL（Alway））。

②Rm>

包含跳轉指令的目標地址。如果Rm的bit[0]=0，目標地址處指令為ARM指令；如果Rm的bit[0]=1，目標地址處指令為Thumb指令。

指令操作的偽代碼。

指令操作的偽代碼如下面程序段所示。

IfconditionPassed{cond}then

TFlag=Rm[0]

PC=RmAND0xfffffffe

Thumb狀態下的BX指令，用于ARM和Thumb代碼間的相互調用。

指令的語法格式。

BXRm>

其中Rm>為目標地址寄存器，包含程序的跳轉地址。BX指令的目標地址寄存器可以是r0～r15中的任意寄存器。