ARM Thumb Thumb-2指令集

ral pools可以保存常量并简化访问这些常量的代码，但是，在Harvard架构的处理器中会引起额外的开销。这些开销来自于需要额外的时钟周期来使数据端 口能够对指令流进行访问；这种访问可能是需要把指令流加载的数据缓存中，或者从数据端口直接访问指令存储器。将32位常量分成16比特的两个部分保存在两条指令中，意味着数据直接在指令流中，不再需要通过数据端口来访问了。相对于literal pool方式，这种解决办法可以消除通过数据端口访问指令流的额外开销，进而提高性能，降低功耗。

ARM/Thumb状态切换

在基于ARM 处理器的嵌入式开发中，为了增强系统的灵活性以及提高系统的整体性能经常需要使用16 位的Thumb 指令，所以需要在ARM 和Thumb 状态之间来切换（Interworking）微处理器状态。只要遵循ATPCS调用规则，Thumb子程序和ARM子程序就可以互相调用。首先介绍切换（Interwoking）的基本概念及切换时的子函数调用。

ARM处理器总是从ARM状态开始执行。因而，如果要在调试器中运行Thumb程序，必须为该Thumb程序添加一个ARM程序头，然后再切换到Thumb状态，调用该Thumb程序。

• Thumb状态 BX Rn
• ARM状态 BX Rn

其中Rn可以是寄存器R0—R15中的任意一个。指令可以通过将寄存器Rn的内容拷贝到程序计数器PC来完成在4Gbyte地址空间中的绝对跳转，而状态切换是由寄存器Rn的最低位来指定的，如果操作数寄存器的状态位Bit0=0，则进入ARM状态，如果Bit0=1，则进入Thumb状态。在非Interworking函数调用中，调用函数使用BL（Branch with Link）指令，即将返回地址保存在连接寄存器LR中，同时跳转到被调用的子函数程序入口。从子函数返回时执行指令 MOV PC, LR(当然也可能是其他形式的指令，如出栈指令)将LR值直接放入PC中，从而返回到调用函数中的下一条指令的地址，然后继续执行程序。在Interworking函数的调用中，需要在编译时对此函数所在的源程序指定编译开关选项：-apcs / interwork ，即保证程序遵守ARM/Thumb程序混合使用的ATPCS规则。一般来说，这时生成的目标代码会增加2%左右。这样在编译器(compiler)处理这个函数时就会用BX 指令取代MOV PC,LR指令，而且连接器（linker）会自动的产生一小段代码（veneers）来改变处理器状态(ARM/Thumb)，对于C/C++程序来说，当编译时如果增加 –apcs/interwork 选项，那就是告诉连接器自动增加一小段代码（veneer）来实现函数调用时ARM/Thumb的状态切换。但是对于使用C程序中的Interwork选项，需要注意的是：

• 对于一个C /C++源程序中不能同时包含ARM/Thumb指令；

• 如果C/C++程序间接的调用另一种指令系统下的子程序，编译该程序时需要增加-apcs/interwork选项；

  • 编译用于交互工作的ARM C代码： armcc -apcs/interwork
  • 编译用于交互工作的Thumb C代码：tcc -apcs/interwork
• 如果调用程序和被调用程序是不同的指令，而被调用程序是Non-Interworking代码，这时不要使用函数指针来调用该被调用程序。

对于汇编程序来说，如果本代码是被调用的函数，则需按照以下步骤处理：

• 编译时增加-apcs/interwork 选项；ARM汇编armasm -32 -apcs /interwork；Thumb汇编代码：armasm -16 -apcs /interwork；
• 在入口处保护返回地址（lr）以及寄存器（r0-r7,r8-r12（ARM））
• 返回前恢复保护的寄存器
• 用BX来返回；
• EXPORT本函数名；

如果本代码是调用函数，那就只需要用BL指令来实现子函数的调用即可，也就是正常的处理。当然，用户也可以自己来编写这些状态切换程序，这样执行代码的效率会更高些。对于C/C++程序和汇编程序的相互调用同样需要遵守以上的规则。另外，在实际应用中，如果要在ARM/Thumb状态间来切换程序，最好的办法是所有的函数在编译时都增加 -apcs/interwork选项。关于汇编代码，也可在程序中使用CODE32或CODE16命令明确告知汇编程序下面的代码是ARM代码还是Thumb代码，这样在汇编时则无需使用-32、-16选项；当然也可在单个汇编原文件中混合使用ARM以及Thumb代码，这是需要使用CODE32以及CODE16命令，并且需要注意状态的切换，使用BX Rn，根据Rn的Bit[0]来确定目标是ARM代码还是Thumb代码。如AREA Init，CODE，READONLY CODE32；通知编译器其后的指令为32位的ARM指令。

前面所提到的内容是针对ARM微处理器内核为V4T架构时的切换情况，而对于V5TE架构的ARM内核，除了完全支持V4T架构的代码（具有veneers）外，代码在连接时不再增加veneers，而是使用新的指令BLX（Branch and Link with Exchang）来实现状态切换。这条指令完成完成的任务是：在跳转时将返回的