Thumb扩展

Thumb扩展

ARM处理器已在嵌入式系统，手持计算机和其系统中得到了最大的应用，在这些系统中，系统对使用有限资源进行大量工作的要求很高。Thumb扩展是为解决资源消耗中的某些方面而创建的，已成为当今几乎所有ARM芯片上的标准扩展。

小型系统上受限的资源之一是指令存储器。有限的指令存储器限制了可以在处理器上运行的程序的大小，因此想寻找减小代码大小的方法。当可以找到编译优化时，编译时优化是实现此目标的一种显而易见的方法。增大指令集的大小是另一种方法，但这通常会导致整个板上各个指令的大小增加，这将导致存储指令所需的存储量相应增加。可能无法通过减少编写程序所需的指令数量来抵消。

正在寻找的质量称为代码密度。希望以某种方式完成同样数量的工作，但使程序占用更少的空间。这是Thumb扩展的用处。Thumb尝试通过允许使用大（32位）指令集，同时提供可以完成大部分工作的备用小（16位）指令集来获得两全其美的效果。而仅占用一半的空间。称此概念为“代码压缩”，其思想是在运行之前将小型Thumb指令“解压缩”为等效的全尺寸32位ARM指令。

Thumb指令的外观如何，与32位指令相比如何？

下图显示了如何将ADD指令从Thumb转换为ARM的示例。注意，立即操作数（Thumb中的8位）是如何用等于ARM的零填充的。还要注意，add指令在解压缩时会采用一个附加的操作数。

较小的指令意味着必须具有较小的操作码，并且必须具有更少或更少（或两者都有）的操作数。Thumb通过将其大部分指令限制为使用8个通用寄存器来代替通常的15个寄存器，从而部分确保了较小的操作数。一些指令可以访问完整的寄存器集（例如MOV），以解决较小的一些限制。寄存器组。

ARM如何知道正在运行的指令是Thumb指令还是常规ARM指令？

ARM芯片包含一个特殊的状态位，该位告诉CPU是期望压缩的Thumb指令还是标准的ARM指令。该位由其自己的指令BX切换，每次程序员或编译器希望在Thumb模式和标准ARM模式之间切换时，都必须将其插入代码中。显而易见的结果是，在模式之间进行切换会产生一些开销，因此切换到Thumb可能不是一个好主意，除非可以为节省两条以上的等​​效ARM代码指令。