Thumb指令集之： Thumb指令應用

11.9.2Thumb的特點

Thumb指令把32位的ARM指令集的一個子集進行編碼，成為一個16位的指令集。所以在16位的外部數據總線寬度下，在ARM處理器上使用Thumb指令的性能要比使用ARM指令性能更好；而在32位外部數據總線寬度下，使用Thumb指令的性能要比使用ARM指令的性能差。

16位的Thumb指令只用ARM指令一半的位數來實現同樣的功能，所以Thumb指令比ARM指令語義內涵少，因而實現特定程序所需要的Thumb指令數比ARM指令多。一般情況下，Thumb代碼所需要的空間為ARM代碼的70％。

下面的例子分別使用ARM指令和Thumb指令實現了同樣的除法運算。雖然Thumb指令的實現使用了更多的指令，但是它所占的總的存儲空間卻比較少。

ARM代碼：

MOVr0，＃10

MOVr1，＃4

MOVr3，＃0

LOOP

SUBSr0，r0，r1

ADDGEr3，r3，＃1

BGELOOP

ADDr2，r0，r1

Thumb代碼：

MOVr0，＃10

MOVr1，＃4

MOVr3，＃0

LOOP

ADDr3，＃1

SUBr0，r1

BGELOOP

SUBr3，＃1

ADDr2，r0，r1

上面的ARM和Thumb代碼分別實現了同樣的除法運算。程序中分別使用r0和r1作為輸入寄存器分別存放被除數和除數，而r2和r3用來存放指令的執行結果，分別為除法的余數和商。例子中ARM指令所占的存儲空間為7×4=28字節，而Thumb指令所占存儲空間為8×2=16字節。

從上例中不難看出，雖然實現特定程序所需要的Thumb指令數比ARM指令多，但Thumb指令所占用的內存空間要小于ARM指令。

當程序在選擇使用ARM指令或Thumb指令時，要注意參考以下Thumb指令的特點。

①Thumb代碼所需空間為ARM代碼的70％。

②Thumb代碼使用的指令數比ARM代碼多40％。

③使用16位的存儲器，Thumb代碼比ARM代碼快40％。

④使用Thumb代碼，外部存儲器的功耗比ARM代碼少30％。

因此，若性能更重要，則系統應使用32位存儲器并運行ARM代碼；如果成本及功耗更重要，則最好選擇16位的Thumb代碼。如果能在同一個工程中，將兩者結合使用，會在兩方面取得最好的結果：在高端的32位ARM系統可以使用Thumb代碼實現特定的非關鍵程序，以節省功耗或降低對存儲器的要求；低端的16位系統可以使用小規模的32位片上RAM運行ARM代碼的關鍵程序，所有非關鍵程序使用片外Thumb代碼。