ARM 的Thumb状态测试

作为一个使用ARM的学习者，有必要全面了解你的处理器内核。尽管有些内容可能在实际应用中用不到，但是“了解”还是很必要的。Thumb状态，是ARM的一个特色，但是你知道Thumb状态与ARM状态最大的区别是什么，ARM公司设计Thumb状态的初衷是什么？

带着这些问题，我就Thumb状态写了一个简单的程序以作测试。测试平台是ADS1.2，先贴上测试代码。

    GET 2440addr.inc    
    AREA    Init,CODE,READONLY
    CODE32

    ENTRY    
    EXPORT    __ENTRY
__ENTRY 
    b    ResetHandler
    b    HandlerUndef    ;handler for Undefined mode
    b    HandlerSWI    ;handler for SWI interrupt
    b    HandlerPabort    ;handler for PAbort
    b    HandlerDabort    ;handler for DAbort
    b    .        ;reserved
    b    HandlerIRQ    ;handler for IRQ interrupt
    b    HandlerFIQ    ;handler for FIQ interrupt    
HandlerFIQ
    b .     
HandlerIRQ    
    b . 
HandlerUndef
    b .     
HandlerSWI    
    b . 
HandlerDabort
    b .     
HandlerPabort    
    b . 
ResetHandler
    ldr    r0,=WTCON       ;watch dog disable
    ldr    r1,=0x0
    str    r1,[r0]
    
    mov r1,#0x34000000
    ldr r0,=ThumbState+1
    bx  r0
    
    CODE16 
ThumbState
    add r0,r0,r1
    ldr r0,=HandlerFIQ
    ldr r0,[r0]
    ldr r0,=BackARM
    bx  r0
    
    CODE32
    ALIGN
BackARM
  
    ldr    r0,=GPFCON
    ldr    r1,=0x55aa
    str    r1,[r0]
    ldr    r0,=GPFDAT
    ldr    r1,=0x0
    str    r1,[r0]    ; 
    b .    
        END

我们在看一下反汇编代码。

__ENTRY         [0xea00000c]   b        ResetHandler
00000004        [0xea000007]   b        HandlerUndef
00000008        [0xea000007]   b        HandlerSWI
0000000c        [0xea000008]   b        HandlerPabort
00000010        [0xea000006]   b        HandlerDabort
00000014        [0xeafffffe]   b        0x14  ; (__ENTRY + 0x14)
00000018        [0xea000001]   b        HandlerIRQ
0000001c        [0xeaffffff]   b        HandlerFIQ
HandlerFIQ      [0xeafffffe]   b        HandlerFIQ
HandlerIRQ      [0xeafffffe]   b        HandlerIRQ
HandlerUndef    [0xeafffffe]   b        HandlerUndef
HandlerSWI      [0xeafffffe]   b        HandlerSWI
HandlerDabort   [0xeafffffe]   b        HandlerDabort
HandlerPabort   [0xeafffffe]   b        HandlerPabort
ResetHandler    [0xe3a00453]   mov      r0,#0x53000000
0000003c        [0xe3a01000]   mov      r1,#0
00000040        [0xe5801000]   str      r1,[r0,#0]
00000044        [0xe3a015d0]   mov      r1,#0x34000000
00000048        [0xe59f0028]   ldr      r0,0x00000078 ; = #0x00000051
0000004c        [0xe12fff10]   bx       r0
ThumbState          [0x1840]   add      r0,r0,r1
00000052            [0x480a]   ldr      r0,0x0000007c ; = #0x00000020
00000054            [0x6800]   ldr      r0,[r0,#0]
00000056            [0x480a]   ldr      r0,0x00000080 ; = #0x0000005c
00000058            [0x4700]   bx       r0
0000005a            [0x0000]   dcw      0x000 （说明：为了使下边的CODE32代码4字节对齐起到占位作用）
BackARM         [0xe59f0020]   ldr      r0,0x00000084 ; = #0x56000050
00000060        [0xe59f1020]   ldr      r1,0x00000088 ; = #0x000055aa
00000064        [0xe5801000]   str      r1,[r0,#0]
00000068        [0xe59f001c]   ldr      r0,0x0000008c ; = #0x56000054
0000006c        [0xe3a01000]   mov      r1,#0
00000070        [0xe5801000]   str      r1,[r0,#0]
00000074        [0xeafffffe]   b        0x74  ; (BackARM + 0x18)

从反汇编代码中，我们可以看出Thumb状态的指令变为2个字节，所以指令代码密度更高。

下边，我再贴出用AXD调试过程中的现象。

mov r1,#0x34000000  ；运行后r1=0x34000000

ldr r0,=ThumbState+1 ；运行后 r0=x00000051

bx  r0                        ；跳转到Thumbstate位置处执行，并且切换处理器到Thumb状态

CODE16

ThumbState                      ；pc = x00000050

add r0,r0,r1               ；运行后r0=0x34000051

ldr r0,=HandlerFIQ     ；运行后r0=0x0x00000020

ldr r0,[r0]            ；运行后r0=0xeafffffe

ldr r0,=BackARM

bx  r0

分析结果，"add r0,r0,r1；运行后r0=0x34000051"说明加法运算是32位的，也就是说CPU在Thumb状态还是32位的，还能说明寄存器也是32位的，并非16位的。"ldr r0,[r0] ；运行后r0=0xeafffffe"也说明了寄存器仍然与ARM状态一样是32位的。

结论：虽然，ARM的Thumb状态的指令是16位的，但是CPU还是32位的，而且寄存器也是32位的。所以，Thumb状态最大的区别就是指令变成16位的，寄存器少了一点，其他没什么变化。

附上ARM的Thumb状态与ARM状态寄存器的对应关系图

懂得的越多，越是无知