第5章Thumb指令 在ARM体系结构中，ARM指令是32位的，具有很高的执行效率。但是对于嵌入式设备而言，其存储空间极其有限，由于每条ARM指令都要占用4字节，对存储空间的要求较高。为了压缩代码的存储，增加代码存储密度，ARM公司设计了16位的Thumb指令。因此在程序状态寄存器中有一个T标志位，用来标志处理器运行的指令类型。当处理器在执行ARM程序段时，称ARM处理器处于ARM工作状态； 当处理器在执行Thumb程序段时，称ARM处理器处于Thumb工作状态。 严格来讲，Thumb指令集是ARM指令集的一个子集，所有的Thumb指令都有对应的ARM指令，在应用程序的编写过程中，只要遵循一定调用的规则，Thumb子程序和ARM子程序就可以互相调用。 编程时，可根据任务需求和存储资源合理地选择应用哪种类型的指令： 若对系统的性能有较高要求，应使用32位的存储系统和ARM指令集； 若对系统的成本及功耗有较高要求，则应使用16位的存储系统和Thumb指令集。本章将对Thumb指令做详细介绍。 5.1Thumb数据处理指令 Thumb数据处理操作包括数据传送、算术运算、逻辑运算、移位操作和比较操作等。具体的Thumb数据处理指令如表51所示。 表51Thumb数据处理指令 指 令 类 型汇编语法格式操作 数据传送指令 MOV Rd，#exprRd←expr，Rd为R0~R7 MOV Rd，RmRd←Rm， Rd、Rm均可为R0~R7 数据非传送指令MVN Rd，RmRd←(～Rm），Rd、Rm均为R0~R7 数据取负指令NEG Rd，RmRd←(-Rm)，Rd、Rm均为R0~R7 续表 指 令 类 型汇编语法格式操作 加法运算指令 ADD Rd，Rn，RmRd←Rn+Rm，Rd、Rn、Rm为R0~R7 ADD Rd，Rn，#expr3Rd←Rn+expr3，Rd、Rn均为R0~R7 ADD Rd，#expr8Rd←Rd+expr8，Rd为R0~R7 ADD Rd，RmRd←Rd+Rm，Rd、Rm均可为R0~R15 SP/PC加法运算指令ADD Rd，Rp，#exprRd←SP+expr或PC+expr，Rd为R0~R7 SP加法运算指令ADD SP，#exprSP←SP+expr 减法运算指令 SUB Rd，Rn，RmRd←Rn-Rm，Rd、Rn、Rm均为R0~R7 SUB Rd，Rn，#expr3Rd←Rn-expr3，Rd、Rn均为R0~R7 SUB Rd，#expr8Rd←Rn-expr8，Rd为R0~R7 SP减法运算指令SUB SP，#exprSP←SP-expr 带进位加法指令ADC Rd，RmRd←Rd+Rm+Carry，Rd、Rm为R0~R7 带进位减法指令SBC Rd，RmRd←Rd-Rm-(NOT)Carry，Rd、Rm为R0~R7 乘法运算指令MUL Rd，RmRd←Rd*Rm，Rd、Rm为R0~R7 逻辑“与”操作指令AND Rd，RmRd←Rd & Rm，Rd、Rm为R0~R7 逻辑“或”操作指令ORR Rd，RmRd←Rd | Rm，Rd、Rm为R0~R7 逻辑“异或”操作指令EOR Rd，RmRd←Rd ∧ Rm，Rd、Rm为R0~R7 位清除指令BIC Rd，RmRd←Rd & (～Rm)，Rd、Rm为R0~R7 算术右移指令 ASR Rd，RsRd←Rd算术右移Rs位，Rd、Rs为R0~R7 ASR Rd，Rm，#exprRd←Rm算术右移expr位，Rd、Rm为R0~R7 逻辑左移指令 LSL Rd， RsRd←Rd<>Rs， Rd、Rs为R0~R7 LSR Rd， Rm， #exprRd←Rm>>expr， Rd、Rm为R0~R7 循环右移指令ROR Rd， RsRd←Rd循环右移Rs位，Rd、Rs为R0~R7 比较指令 CMP Rn， Rm标识状态←Rn-Rm， Rn、Rm均可为R0~R7 CMP Rn， #expr标识状态←Rn-expr， Rn为R0~R7 负数比较指令CMN Rn， Rm标识状态←Rn+Rm， Rn、Rm为R0~R7 位测试指令TST Rn， Rm标识状态←Rn & Rm， Rn、Rm为R0~R7 5.1.1寄存器移位指令 Thumb指令将移位操作作为独立的指令进行操作，可以对寄存器内容直接进行移位操作。 这类指令的汇编语法格式为： opcode Rd， Rs， #shift_immed_5 Thumb寄存器移位指令16位编码格式如下： 其中： Rd： 目标寄存器； Rs： 源操作数寄存器； shift_immed_5： 寄存器移位的数值，取值范围为0~31； opcode： 指令操作码，其编码类型如表52所示。 表52Thumb寄存器移位指令操作码编码类型 opcodeThumb汇编语法格式实现的操作 00LSL Rd，Rs，#shift_immed_5将Rs逻辑左移shift_immed_5位，并将结果传送到Rd中 01LSR Rd，Rs，#shift_immed_5将Rs逻辑右移shift_immed_5位，并将结果传送到Rd中 10ASR Rd，Rs，#shift_immed_5将Rs算术右移shift_immed_5位，并将结果传送到Rd中 注意事项：  Rd、Rs必须在R0~R7中选取。  指令执行结果影响N、Z、C标志位。 【例51】指令功能解析。 LSR R2， R5， #10； 将R5逻辑右移10位，并将结果传送到R2中，并影响N、Z、C标志位 LSL R0， R3， #8； 将R3逻辑左移8位，并将结果传送到R0中，并影响N、Z、C标志位 ASR R1， R2， #3； 将R2算术右移3位，并将结果传送到R1中，并影响N、Z、C标志位 5.1.2低位寄存器算术运算指令 低位寄存器算术运算指令所操作的寄存器选取范围必须在R0~R7中选取。 1. 加法与减法运算指令(对R0~R7操作） 这类指令的汇编语法格式为： opcode Rd，Rs，Rm opcode Rd，Rs，#immed_3 Thumb加法减法运算指令16位编码格式如下： 其中： Rd： 目标寄存器； Rs： 源操作数寄存器； Rm： 第二操作数寄存器； immed_3： 第二操作数为立即数； I： 决定第二操作数是寄存器还是立即数； opcode： 指令操作码，其编码类型如表53所示。 表53Thumb加法与减法运算指令操作码编码类型 opcodeIThumb汇编语法格式实现的操作 00ADDRd，Rs，RmRd←Rs+Rm 0 1ADDRd，Rs，#immed_3Rd←Rs+immed_3 10SUBRd，Rs，RmRd←Rn-Rm 11SUBRd，Rs，#immed_3Rd←Rn-immed_3 注意事项：  Rd、Rs、Rm必须在R0~R7中选取。  指令执行结果影响N、Z、C、V标志位。 【例52】指令功能解析。 ADD R0， R3， R2； R0←R3 + R2，指令执行结果影响N、Z、C、V标志位 SUB R1， R2， #4 ； R1←R2 - 4，指令执行结果影响N、Z、C、V标志位 2. MOV、CMP、ADD与SUB指令(对R0~R7操作） 这类指令的汇编语法格式为： opcode Rd， # immed_8 Thumb MOV、CMP、ADD与SUB指令16位编码格式如下： 其中： immed_8： 寄存器移位的数值； Rd： 目标寄存器； opcode： 指令操作码，其编码类型如表54所示。 表54Thumb MOV、CMP、ADD与SUB指令操作码编码类型 opcodeThumb汇编语法格式实现的操作 0 0MOVRd，# immed_8Rd←immed_8 01CMPRd，# immed_8标识状态←Rd-immed_8 10ADDRd，# immed_8Rd←Rd+immed_8 11SUBRd，# immed_8Rd←Rn-immed_8 注意事项：  Rd必须在R0~R7中选取。  MOV指令执行结果影响N、Z标志位，CMP、ADD、SUB指令执行结果影响N、Z、C、V标志位。 【例53】指令功能解析。 MOV R1， #50； R0←50，指令执行结果影响标志位 CMP R2， #0x30； 根据R2 - 0x30的结果来影响标志位 ADD R1， #0xAA； R1←R1 + 0xAA，指令执行结果影响标志位 SUB R6， #0xAA ； R6←R6 - 0xAA，指令执行结果影响标志位 5.1.3ALU操作指令 这类指令的汇编语法格式为： opcode Rd， Rs 对应的16位Thumb指令编码格式如下： 其中： Rd： 目标寄存器； Rs： 源操作数寄存器； opcode： 指令操作码，其编码类型如表55所示。 表55Thumb ALU操作指令操作码编码类型 opcodeThumb汇编语法格式实现的操作 0000ANDRd，RsRd←Rd & Rs 0001EORRd，RsRd←Rd ∧ Rs 0010LSL Rd，RsRd←Rd<>Rs 0100ASR Rd，RsRd←Rd算术右移Rs位 0101ADC Rd，RsRd←Rd+Rs+Carry 0110SBC Rd，RsRd←Rd-Rs-(NOT)Carry 0111ROR Rd，RsRd←Rd循环右移Rs位 1000TST Rd，Rs标识状态←Rd & Rs 1001NEG Rd，RsRd←(-Rs) 1010CMP Rd，Rs标识状态←Rn-Rs 1011CMN Rd，Rs标识状态←Rn+Rs 1100ORR Rd，RsRd←Rd | Rs 1101MUL Rd，RsRd←Rd * Rs 1110BICRd，RsRd←Rd & (～Rs) 1111MVN Rd，RsRd←(～Rs） 注意事项：  Rd、Rs必须在R0~R7中选取。  AND、EOR、ORR、MUL、BIC、MVN指令执行结果影响N、Z标志位。  LSL、LSR、ASR、ROR指令执行结果影响N、Z、C标志位。  ADC、SBC、TST、NEG、CMP、CMN指令执行结果影响N、Z、C、V标志位。 【例54】指令功能解析。 EOR R3， R4 ； R3←R3 EOR R4，指令执行结果影响标志位 ROR R1， R0 ； R1←R1循环右移R0位，指令执行结果影响标志位 MUL R0， R7 ； R0←R7 * R0，指令执行结果影响标志位 NEG R5， R3； R5←(-R3)，指令执行结果影响标志位 CMP R2， R6 ； 根据R2 - R6 来影响标志位 5.1.4带高位寄存器操作的Thumb指令 带高位寄存器操作的Thumb指令所操作的寄存器可以在R8~R15中选取。 这类指令的汇编语法格式为： opcodeRd， Hs opcodeHd， Rs opcodeHd， Hs 对应的16位Thumb指令编码格式如下： 其中： Rd： 目标寄存器，寄存器在R0~R7中选取； Hd： 目标寄存器； 寄存器在R8~R15中选取； Rs： 源操作数寄存器； 寄存器在R0~R7中选取； Hs： 源操作数寄存器； 寄存器在R8~R15中选取； opcode： 指令操作码，其编码类型如表56所示。 表56带高位寄存器操作的Thumb指令操作码编码类型 opcodeH1H2Thumb汇编语法格式实现的操作 0001ADD Rd，HsRd←Rd+Hs 0010ADD Hd，RsHd←Hd+Rs 0011ADD Hd，HsHd←Hd+Hs 0101CMP Rd，Hs影响标识状态←Rd-Hs 0110CMP Hd，Rs影响标识状态←Hd-Rs 0111CMP Hd，Hs影响标识状态←Hd-Hs 1001MOV Rd，HsRd←Hs 1010MOV Hd，RsHd←Rs 1011MOV Hd，HsHd←Hs 注意事项：  带高位寄存器的Thumb中，ADD、MOV指令不影响标志位。  CMP指令执行结果影响N、Z、C、V标志位。 【例55】指令功能解析。 ADD PC， R1； PC←PC + R1，指令执行结果不影响标志位 MOV R13， R14 ； R13←R14，指令执行结果不影响标志位 CMPR4， R12 ； 根据R4 - R12来影响标志位 CMP PC， R12； 根据PC - R12来影响标志位 5.1.5带SP/PC的算术运算指令 带SP/PC的算术运算指令的操作数中包含SP或PC，分为两种类型： SP/PC加法运算指令、SP加法/减法运算指令。 1. SP/PC加法运算指令 这类指令的汇编语法格式为： ADDRd，PC，#immed_8 × 4 ADDRd，SP，#immed_8 × 4 对应的16位Thumb指令编码格式如下： 其中： immed_8： 偏移量，它是一个无符号的立即数表达式，取值范围是0~255； Rd： 目标寄存器； X： 区别SP、PC操作，其编码类型如表57所示。 表57Thumb SP/PC加法运算指令操作码编码类型 XThumb汇编语法格式实现的操作 0ADD Rd，PC，#immed_8 × 4Rd←PC+ immed_8 × 4 1ADD Rd，SP，#immed_8 × 4Rd←SP+ immed_8 × 4 注意事项：  寄存器Rd必须在R0~R7中选取；  指令执行结果不影响标志位。 【例56】指令功能解析。 ADDR1，PC，#0x40； R1←PC + 0x40，指令执行结果不影响标志位 ADDR1，SP，#576； R1←SP +576，指令执行结果不影响标志位 2. SP加法/减法运算指令 这类指令的汇编语法格式为： ADDSP，#immed_7 × 4 SUBSP，#immed_7 × 4 对应的16位Thumb指令编码格式如下： 其中： SP： 目标寄存器； immed_7： 偏移量，它是一个无符号的立即数表达式，取值范围是0~127； S： 用于区别ADD、SUB操作，其编码类型如表58所示。 表58Thumb SP加法/减法运算指令操作码编码类型 SThumb汇编语法格式实现的操作 0ADD SP，#immed_7 × 4SP←PC+immed_7 × 4 1SUB SP，#immed_7 × 4SP←SP-immed_7 × 4 注意事项： 指令执行结果不影响标志位。 【例57】指令功能解析。 ADDSP，#0x40； SP←SP+0x40，指令执行结果不影响标志位 SUBSP，#0x20； SP←SP-0x20，指令执行结果不影响标志位 5.2Thumb存储器操作指令 Thumb存储器操作指令包括无符号字节、半字和字数据的存储与加载，多寄存器的加载与存储指令和栈操作指令。对存储器操作的Thumb指令如表59所示。 表59对存储器操作的Thumb指令 汇编语法格式说明操作 LDR Rd，［Rn，#immed_5×4］加载字数据Rd←［Rn，#immed_5×4］，Rd、Rn为R0~R7 LDRHRd，［Rn，#immed_5×2］加载无符号半字数据Rd←［Rn，#immed_5×2］，Rd、Rn为R0~R7 LDRBRd，［Rn，#immed_5×1］加载无符号字节数据Rd←［Rn，#immed_5×1］，Rd、Rn为R0~R7 STR Rd，［Rn，#immed_5×4］存储字数据［Rn，#immed_5×4］←Rd，Rd、Rn为R0~R7 STRHRd，［Rn，#immed_5×2］存储无符号半字数据［Rn，#immed_5×2］←Rd，Rd、Rn为R0~R7 STRBRd，［Rn，#immed_5×1］加载无符号字节数据［Rn，#immed_5×1］←Rd，Rd、Rn为R0~R7 LDRRd，［Rn，Rm］加载字数据Rd←［Rn，Rm］，Rd、Rn、Rm为R0~R7 续表 汇编语法格式说明操作 LDRH Rd，［Rn，Rm］加载无符号半字数据Rd←［Rn，Rm］，Rd、Rn、Rm为R0~R7 LDRB Rd，［Rn，Rm］加载无符号字节数据Rd←［Rn，Rm］，Rd、Rn、Rm为R0~R7 LDRSHRd，［Rn，Rm］加载有符号半字数据Rd←［Rn，Rm］，Rd、Rn、Rm为R0~R7 LDRSBRd，［Rn，Rm］加载有符号字节数据Rd←［Rn，Rm］，Rd、Rn、Rm为R0~R7 STRRd，［Rn，Rm］存储字数据［Rn，Rm］←Rd，Rd、Rn、Rm为R0~R7 STRHRd，［Rn，Rm］存储无符号半字数据［Rn，Rm］←Rd，Rd、Rn、Rm为R0~R7 STRBRd，［Rn，Rm］存储无符号字节数据［Rn，Rm］←Rd，Rd、Rn、Rm为R0~R7 LDR Rd，［Pc，#immed_8×4］基于PC加载字数据Rd←［PC，#immed_8×4］，Rd为R0~R7 LDR Rd，label基于PC加载字数据Rd←［label］，Rd为R0~R7 LDR Rd，［SP，#immed_8×4］基于SP加载字数据Rd←［SP，#immed_8×4］，Rd为R0~R7 STR Rd，［SP，#immed_8×4］基于SP存储字数据［SP，#immed_8×4］←Rd，Rd为R0~R7 LDMIARn{!}，reglist多寄存器加载Reglist←［Rn…］，Rn回写等(R0~R7) STMIARn{!}，reglist多寄存器存储［Rn…］←reglist，Rn回写等(R0~R7) PUSH{reglist，LR}寄存器入栈指令［SP…］←reglist，LR，SP回写等(R0~R7、LR) POP{reglist，PC}寄存器出栈指令reglist，PC←［SP…］，SP回写等(R0~R7、PC) 5.2.1字节、半字和字的加载/存储指令 1. 立即数偏移量的加载/存储指令 这类指令的汇编语法格式为： LDR{B}Rd，［Rn，#immed_5 × 4］ STR{B}Rd，［Rn，#immed_5 × 4］ 对应的16位Thumb指令编码格式如下： 其中： Rd： 目标/源寄存器； Rn： 基址寄存器； immed_5： 偏移量，它是一个无符号的立即数表达式，取值范围是0~31； L： 区分是LDR指令还是STR指令； B： 区分存储的是无符号的字节数据还是字数据。 根据L、B的编码的不同，所对应的汇编指令如表510所示。 表510立即数偏移量的加载/存储指令 LBThumb汇编语法格式实现的操作 00STRRd，［Rn，#immed_5 × 4］［Rn+immed_5×4］←Rd 10LDRRd，［Rn，#immed_5 × 4］Rd←［Rn+immed_5×4］字数据单元 01STRB Rd，［Rn，#immed_5 × 1］［Rn+immed_5×1］←Rd低8位 11LDRB Rd，［Rn，#immed_5 × 1］Rd←［Rn+immed_5×1］字节数据单元 注意事项：  Rd、Rn寄存器在R0~R7中选取。  Thumb立即数偏移量的加载/存储指令不影响标志位。 【例58】指令功能解析。 LDR R2， ［R5，#116］； 将内存地址R5+116开始的字数据单元加载到R2中 LDRB R0， ［R3，#8］ ； 将内存地址为R3+8的字节数据单元加载到R0中，高24位清零 STR R1， ［R0，#13］ ； 将R1存储到内存地址为R0+13开始的字数据单元 STRB R1， ［R0，#13］ ； 将R1的低8位存储到内存地址为R0+13的字节数据单元 2. 寄存器偏移量的加载/存储指令 寄存器偏移量的加载/存储指令的汇编语法格式为： LDR{B}Rd，［Rn，Rm］ STR{B}Rd，［Rn，Rm］ 对应的16位Thumb指令编码格式如下： 其中： Rd： 目标/源寄存器； Rn： 基址寄存器； Rm： 偏移量寄存器； L： 区分是LDR指令还是STR指令； B： 区分存储的是无符号的字节数据还是字数据。 根据L、B的编码的不同，所对应的汇编指令如表511所示。 表511Thumb寄存器偏移量的加载/存储指令 LBThumb汇编语法格式实现的操作 00STRRd，［Rn，Rm］［Rn+Rm］←Rd 10LDRRd，［Rn，Rm］Rd←［Rn+Rm］字数据单元 01STRB Rd，［Rn，Rm］［Rn+Rm］←Rd低8位 11LDRB Rd，［Rn，Rm］Rd←［Rn+Rm］字节数据单元 注意事项：  Rd、Rn、Rm寄存器在R0~R7中选取。  Thumb寄存器偏移量的加载/存储指令不影响标志位。 【例59】指令功能解析。 LDR R2， ［R5，R0］ ； 将内存地址R5+R0开始的字数据单元加载到R2中 LDRB R0， ［R3，R1］ ； 将内存地址为R3+R1的字节数据单元加载到R0中 STR R1， ［R0，R2］ ； 将R1存储到内存地址为R0+R2开始的字数据单元 STRB R1， ［R0，R2］ ； 将R1的低8位存储到内存地址为R0+R2的字节数据单元 3. 有符号字节/半字的加载/存储指令 有符号字节/半字的加载/存储指令的汇编语法格式为： LDRHRd，［Rn，Rm］ STRHRd，［Rn，Rm］ LDRSBRd，［Rn，Rm］ LDRSHRd，［Rn，Rm］ 对应的16位Thumb指令编码格式如下： 其中： Rd： 目标/源寄存器； Rn： 基址寄存器； Rm： 偏移量寄存器； S： 区分是对有符号数操作还是对无符号数操作； H： 区分是对有符号字节数据操作还是对半字数据操作。 根据S、H的编码的不同，所对应的汇编指令如表512所示。 表512Thumb有符号字节/半字的加载/存储指令 SHThumb汇编语法格式实现的操作 00STRHRd， ［Rn，Rm］［Rn+Rm］←Rd的低16位 01LDRHRd，［Rn，Rm］Rd←［Rn，Rm］ 半字数据单元，Rd高16位清零 10LDRSBRd，［Rn，Rm］Rd←［Rn，Rm］ 字节数据单元，Rd高24位扩展为符号位 11LDRSHRd，［Rn，Rm］Rd←［Rn，Rm］ 半字数据单元，Rd高16位扩展为符号位 注意事项：  Rd、Rn、Rm寄存器在R0~R7中选取。  指令执行不影响标志位。 【例510】指令功能解析。 LDRH R2， ［R5，R0］ ； 将内存地址R5+R0开始的半字数据单元加载到R2中，R2的高16位清零 LDRSH R0， ［R3，R1］ ； 将内存地址为R3+R1的半字数据单元加载到R0中，R0的高16位用 ； 符号位扩展 STRH R1， ［R0，R2］ ； 将R1的低16位存储到内存地址为R0+R2开始的半字数据单元 LDRSB R1， ［R0，R2］ ； 将内存地址为R0+R2的字节数据单元加载到R1中，R1的高24位用 ； 符号位扩展 4. 偏移量为立即数的半字加载/存储指令 偏移量为立即数的半字加载/存储指令的汇编语法格式为： LDRH Rd，［Rn，#immed_5 × 2］ STRH Rd，［Rn，#immed_5 × 2］ 对应的16位Thumb指令编码格式如下： 其中： Rd： 目标/源寄存器； Rn： 基址寄存器； immed_5： 偏移量，它是一个无符号的立即数表达式，取值范围是0~31； L： 区分是LDR指令还是STR指令。 根据L的编码的不同，所对应的汇编指令如表513所示。 表513偏移量为立即数的半字操作指令 LThumb汇编语法格式实现的操作 0STRHRd， ［Rn，# immed_5 × 2］［Rn+immed_5 × 2］←Rd的低16位 1LDRHRd，［Rn，#immed_5 × 2］Rd←［Rn，immed_5 × 2］ 半字数据单元，Rd高16位清零 注意事项：  Rd、Rn寄存器在R0~R7中选取。  指令执行不影响标志位。 【例511】指令功能解析。 LDRH R2， ［R5， #0x10］ ； 将内存地址R5+0x10开始的半字数据单元加载到R2中 ； R2的高16位清零 STRH R1， ［R0， #0x20］； 将R1的低16位存储到内存地址为R0+0x20开始的半字 ； 数据单元 5. PC作为基址寄存器的字加载指令 PC作为基址寄存器的加载指令的汇编语法格式为： LDR Rd， ［PC，# immed_8×4］ 对应的16位Thumb指令编码格式如下： 其中： immed_8： 偏移量，它是一个8位的无符号的立即数表达式，取值范围是0~255； Rd： 目标/源寄存器； 功能描述： 将内存地址PC + immed_8×4为基地址的字数据单元加载到Rd中。 注意事项：  Rd寄存器在R0~R7中选取。  指令执行不影响标志位。 【例512】指令功能解析。 LDR R2， ［PC， #0x10］ ； 将内存地址PC + 0x10开始的字数据单元加载到R2中 LDR R0， ［R15， #0x40］； 将内存地址PC + 0x40开始的字数据单元加载到R0中 6. SP作为基址寄存器的加载/存储指令 SP作为基址寄存器的加载/存储指令的汇编语法格式为： LDRRd， ［SP，# immed_8×4］ STRRd， ［SP，# immed_8×4］ 对应的16位Thumb指令编码格式如下： 其中： immed_8： 偏移量，它是8位的一个无符号的立即数表达式，取值范围是0~255； Rd： 目标/源寄存器； L： 区分是LDR指令还是STR指令。 根据L的编码的不同，所对应的汇编指令如表514所示。 表514SP作为基址寄存器的加载/存储指令 LThumb汇编语法格式实现的操作 0STRRd， ［SP，#immed_8 × 2］［SP+immed_8 × 4］←Rd 1LDRRd，［SP，#immed_8 × 2］Rd←［SP+immed_8 × 4］ 字数据单元 注意事项：  Rd 寄存器在R0~R7中选取。  指令执行不影响标志位。 【例513】指令功能解析。 LDR R2， ［SP， #0x10］ ； 将内存地址SP+0x10开始的字数据单元加载到R2中 STR R1， ［SP， #0x20］ ； 将R1存储到内存地址为SP+0x20开始的字数据单元 5.2.2批量加载/存储指令 1. 寄存器入栈出栈指令 ARM处理器进行异常处理服务或子程序调用时，可使用寄存器入栈指令PUSH和寄存器出栈指令POP来保存和恢复现场信息。堆栈地址由SP寄存器设置，堆栈是满递减类型。这类指令的汇编语法格式为： PUSH{reglist} POP {reglist} PUSH{reglist， LR} POP{reglist， PC} 对应的16位Thumb指令编码格式如下： 其中： reglist： 入栈/出栈寄存器列表； R： 程序计数器PC和链接寄存器LR是否出现在寄存器列表中，由指令编码的该位来决定； L： 区分是PUSH指令还是POP指令。 根据L、R的编码的不同，所对应的汇编指令如表515所示。 表515Thumb寄存器入栈、出栈指令 LRThumb汇编语法格式实现的操作 00PUSH{ reglist }将reglist中的寄存器顺序入栈，并更新SP 即［SP…］←reglist，SP回写 01PUSH { reglist，LR }将reglist中的寄存器和LR顺序入栈，并更新SP 即［SP…］←reglist，LR，SP回写 10POP{ reglist }将堆栈中的数据顺序弹出到reglist中的寄存器中，并更新SP。即reglist←［SP…］ ，SP回写 11POP{ reglist，PC }将堆栈中的数据顺序弹出到reglist中的寄存器和PC中，并更新SP。即reglist，PC←［SP…］ ，SP回写 注意事项：  reglist 为低编号寄存器(R0~R7）的全部或子集，编号低的寄存器对应内存低地址单元。  指令执行不影响标志位。 【例514】指令功能解析。 PUSH{R0R3，R5}； 将寄存器R0、R1、R2、R3、R5压栈 POP{R0R3，R5}； 将堆栈中的数据弹出到寄存器R0、R1、R2、R3、R5中 PUSH{R0R3，R5，LR}； 将寄存器R0、R1、R2、R3、R5和LR顺序压栈 POP{R0R3，R5，PC}； 将堆栈中的数据弹出到寄存器R0、R1、R2、R3、R5和PC中 2. 多寄存器加载/存储指令 在Thumb多寄存器加载/存储指令中，只使用后增的形式(IA），可以将低编号寄存器(R0~R7）的全部或子集存储到内存中，还可以将内存中的数据加载到低编号寄存器(R0~R7）的全部或子集中。这类指令的汇编语法格式为： LDMIARn! {reglist} STMIARn! {reglist} 对应的16位Thumb指令编码格式如下： 其中： reglist： 入栈/出栈寄存器列表； L： 区分是LDM指令还是STM指令。 根据L的编码的不同，所对应的汇编指令如表516所示。 表516Thumb多寄存器加载/存储指令 LThumb汇编语法格式实现的操作 0STMIA Rn!， { reglist }将reglist中的寄存器以后增(IA）的方式顺序存储到以Rn为基地址的内存单元中，并更新Rn。即［Rn…］←reglist， Rn回写 1LDMIA Rn!， { reglist }将以Rn为基地址的内存单元数据以后增(IA）的方式顺序加载到reglist中的寄存器中， 并更新Rn。即reglist←［Rn…］ ， Rn回写 注意事项：  reglist 为低编号寄存器(R0~R7）的全部或子集，编号低的寄存器对应内存低地址单元。  指令执行不影响标志位。 【例515】指令功能解析。 STMIAR4！，{R0R3，R5}； 将R0、R1、R2、R3、R5中的数据以后增的方式顺序 ； 存储到以R4为基地址的内存单元中，并更新R4 LDMIAR4！，{R0R3，R5}； 将以R4为基地址的内存单元数据以后增的方式顺序 ； 加载到R0、R1、R2、R3、R5中， 并更新R4 5.3Thumb分支指令 与ARM指令一样，在Thumb指令集中，也有相应的分支指令实现程序的跳转和子程序的调用。Thumb分支指令可分为B分支指令、带链接的分支指令和带状态切换的分支指令。 5.3.1B分支指令 在Thumb指令中，B分支指令又分为条件分支指令和无条件分支指令。 1. 条件分支指令 当指令执行的条件成立时，条件分支指令跳转到指定的地址执行程序。这是Thumb指令中唯一的有条件执行指令。这类指令的汇编语法格式为： B{cond}label 对应的16位Thumb指令编码格式如下： 其中： signed_immed_8： 8位有符号的立即数，由汇编语法格式中的label右移一位得到； cond： 指令执行的条件码。 根据cond的编码的不同，所对应的标志位及描述如表517所示。 表517Thumb分支指令对应的标志位及描述 条件码条件码助记符描述PSR中的标志位 0000EQ相等Z=1 0001NE不相等Z=0 0010CS无符号大于或等于C=1 0011CC无等号小于C=0 0100MI负数N=1 0101PL非负数N=0 0110VS上溢出V=1 0111VC没有上溢出V=0 1000HI无符号数大于C=1且Z=0 1001LS无符号小于或等于C=0或Z=1 1010GE有符号数大于或等于N=1且V=1或N=0且V=0 1011LT有符号数小于N=1且V=0或N=0且V=1 1100GT有符号数大于Z=0且N=V 1101LE有符号数小于/等于Z=1或N!=V 【例516】指令功能解析。 CMPR0，#0x10 BEQstop； 当R0等于16时，程序跳转到stop标号处 … stop … … 2. 无条件分支指令 这类指令的汇编语法格式为： Blabel 对应的16位Thumb指令编码格式如下： 其中， signed_immed_11为11位有符号的立即数，由汇编语法格式中的label右移一位得到，程序可以跳转为-2KB~2KB。 【例517】指令功能解析。 Bstop； 程序无条件跳转到stop标号处 … stop： … … 5.3.2带链接的分支指令 带链接的分支指令BL将下一条指令的地址拷贝到R14(LR）链接寄存器中，然后跳转到指定的地址运行程序。指令的汇编语法格式为： BLlabel 对应的16位Thumb指令编码格式如下： 其中： immed_11： 11位立即数，作为长跳转的高11位/低11位； H： 区别+/-4MB范围的高11位偏移或低11位偏移，其对应的汇编指令如表518 所示。 表518Thumb带链接的分支指令 HThumb汇编语法格式实现的操作 0LR←PC+高11位偏移量<<12 BLlabelPC←LR+低11位偏移量<<1 1LR←下一条指令地址|1 由于BL指令通常需要大的地址范围，无法用一条16位的指令格式来实现，因此，Thumb指令采用两条指令来实现此功能。具体做法是： 两条指令中的immed_11组合成22位的偏移量，并有符号扩展为32位，使指令转移范围为-4MB~+4MB。 注意事项：  BL指令为无条件执行指令。  带链接的分支指令BL提供了一种在Thumb状态下程序间相互调用的方法，当从子程序返回时，通常使用下面的方式之一： MOVPC，LR BXLR POP{PC} 5.3.3带状态切换的分支指令 带状态切换的分支指令的汇编语法格式为： BXRs BXHs Thumb寄存器移位指令16位编码格式如下： 其中： Rs： 源操作数寄存器； 寄存器在R0~R7中选取； Hs： 源操作数寄存器； 寄存器在R7~R15中选取； H： 区分源操作数寄存器是高编号寄存器还是低编号寄存器，其对应的汇编指令如表519所示。 表519Thumb带状态切换的分支指令 H2Thumb汇编语法格式实现的操作 0BX RsPC←Rs，切换处理器状态 1BX HsPC←Hs，切换处理器状态 注意事项： 如果R［1:0］=0b10，处理器切换为ARM状态时，指令的执行结果不可预知。 【例518】指令功能解析。 ADRR1， go_to_ARM BXR1； 程序跳转到go_to_ARM标号处，处理器切换到ARM状态 … ALIGN CODE32 go_to_ARM … 5.4Thumb软中断指令 Thumb软中断指令SWI与ARM指令集下的软中断指令相似，用于使处理器产生软件异常，使用这种机制实现在用户模式下对操作系统中特权模式的程序调用。SWI指令的汇编语法格式为： SWIimmed_8 SWI指令16位编码格式如下： 其中， immed_8是8位无符号的立即数，它是软中断的请求号。 注意事项：  进行SWI软中断时，处理器切换到ARM状态，并处于管理模式，CPSR保存到管理模式的SPSR中，程序跳转到地址0x08处(SWI中断向量地址）。  在执行SWI时，immed_8被处理器忽略，但在指令编码中，它用来确定所请求的服务号。  SWI指令执行不影响条件标志位。 【例519】指令功能解析。 SWI0x10； 产生软中断，所请求的软中断服务号为16 5.5Thumb指令功能码段分析 5.5.1Thumb与ARM实现功能比较 1. 实现乘法的功能段 1) 与 2n (1，2，4，8，…)相乘 Thumb ： LSL Ra， Rb， LSL #n ARM： MOV Ra， Rb， LSL #n 2) 与 2n +1(3，5，9，17，…)相乘 Thumb ： LSL Rt， Rb， #n ADD Ra， Rt， Rb ARM： ADD Ra， Rb， Rb， LSL #n 3) 与2n-1(3，7，15，…) 相乘 Thumb ： LSL Rt， Rb， #n SUB Ra， Rt， Rb ARM： RSB Ra， Rb， Rb， LSL #n 4) 与-2n(-2， -4， -8， …)相乘 Thumb ： LSL Ra， Rb， #n MVN Ra， Ra ARM： MOV Ra， Rb， LSL #n RSB Ra， Ra， #0 5) 与-2n+1(-1，-3， -7， -15， …)相乘 Thumb ： LSL Rt， Rb， #n SUB Ra， Rb， Rt ARM： SUB Ra， Rb， Rb， LSL #n 2. 实现除法的功能段 下面的ARM代码实现除法运算，R0用来存放被除数，R1用来存放除数，R2用来存放两数除法运算结果的商，R3用来存放两数除法运算结果的余数。 MOVR0，#0x0F； (4字节） MOV R1，#0x06； (4字节） MOV R2，#0x0； (4字节） Loop SUBSR0，R0，R1； (4字节） ADDGE R2，R2，#1； (4字节） BGELoop； (4字节） ADDR3，R0，R1； (4字节） 上面程序代码的7条ARM指令占用的存储空间大小为 7×4字节=28字节 如果用Thumb代码来实现相同的功能，程序代码如下： MOVR0，#0x0F； (2字节） MOV R1，#0x06； (2字节） MOV R2，#0x0； (2字节） Loop ADDR2，#1； (2字节） SUBR0，R1； (2字节） BGELoop； (2字节） SUBR2，#1； (2字节） ADDR3，R0，R1； (2字节） 上面程序代码的8条Thumb指令占用的存储空间大小为8×2字节=16字节，可见Thumb代码在存储密度上高于ARM代码。 5.5.2Thumb与ARM性能比较 Thumb指令具有较高的代码密度，因为Thumb指令的长度为16位，即只用ARM指令一半的位数来实现同样的功能。但是，要实现特定的程序功能，一般所需的Thumb指令的条数较ARM指令多。在一般的情况下，Thumb指令与ARM指令的时间效率和空间效率关系为：  Thumb代码所需的存储空间为ARM代码的60％～70％。  Thumb代码使用的指令数比ARM代码多30％～40％。  若使用32位的存储器，ARM代码比Thumb代码快约40％。  若使用16位的存储器，Thumb代码比ARM代码快40％～50％。  与ARM代码相比较，使用Thumb代码，存储器的功耗会降低约30％。 在实际应用中，一般将二者结合起来，也就是ARM、Thumb混合编程，充分发挥各自的优势。 思考与练习题 1. 与32位的ARM指令集相比较，16位的Thumb指令集具有哪些优势？ 2. Thumb指令可分为哪几类？Thumb指令有条件执行指令吗？如果有，请说明哪些指令是条件执行的。 3. 分析下面的Thumb指令程序代码，指出程序所完成的功能。 .global _start .text .equnum，20 _start: .arm MOVSP， #0x400 ADRR0， Thumb_start + 1 BXR0 .thumb Thumb_start: ASRR2， R0， #31 EORR0， R2 SUBR3， R0， R2 stop: Bstop .end 4. 用多种方法实现将寄存器R0 中的数据乘以10。 5. 带链接的分支指令BL提供了一种在Thumb状态下程序间相互调用的方法，当从子程序返回时，可以采用哪几种返回方式？ 6. 指出下列的Thumb程序代码所完成的功能： ASR R0， R1， #31 EOR R1， R0 SUB R1， R0