11.9 Thumb指令應(yīng)用
　　11.9.1 Thumb的實(shí)現(xiàn)
　　對(duì)3級(jí)流水線的ARM處理器來說，做相對(duì)較小的改動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)Thumb指令集（5級(jí)流水線的實(shí)現(xiàn)要復(fù)雜些）。為實(shí)現(xiàn)Thumb指令集，在指令流水線中增加了Thumb指令解碼邏輯，該解碼邏輯將預(yù)取的Thumb指令轉(zhuǎn)換成等價(jià)的ARM指令。圖11.66顯示了Thumb指令的擴(kuò)展邏輯組織。
　　從圖11.66可以看出，Thumb指令增加了解碼擴(kuò)展邏輯（Decompressor）與指令譯碼器串連，但這并不會(huì)增加指令的譯碼時(shí)間。在指令流水線譯碼周期的第一階段只做了很少的工作，因此可以把擴(kuò)展邏輯安排在這里而不會(huì)影響周期時(shí)間或增加流水線延時(shí)。
　　Thumb指令解碼擴(kuò)展邏輯將16位的Thumb指令靜態(tài)地轉(zhuǎn)換為等價(jià)的32位ARM指令。這主要包括主操作碼和次操作碼的查表轉(zhuǎn)換，3位寄存器指示符（specifier）零擴(kuò)展成4位寄存器指示符，以及所需要的其他域的映射。
　　例如，Thumb指令“ADD Rd，＃imm8”與對(duì)應(yīng)的ARM指令“ADD Rd，Rd，＃8”的映射如圖11.67所示。
　　
　　圖11.66 Thumb指令的擴(kuò)展邏輯組織
　　
　　圖11.67 Thumb指令到ARM指令的映射
　　Thumb指令解碼邏輯實(shí)現(xiàn)Thumb指令到ARM指令映射時(shí)遵循以下規(guī)則：
　?、?ARM指令的條件域（cond，bits［31：28］）默認(rèn)使用always。
　　注意轉(zhuǎn)移指令除外，轉(zhuǎn)移指令是Thumb指令集中惟一一個(gè)條件執(zhí)行的指令。
　?、?在Thumb指令操作碼中隱含地指定Thumb數(shù)據(jù)處理指令是否應(yīng)該修改CPSR中的條件標(biāo)志位，在ARM指令中要明確指定。
　?、?通過重復(fù)寄存器指示符將Thumb指令的2地址指令格式轉(zhuǎn)換為ARM的3地址指令格式。
　　Thumb指令解碼擴(kuò)展邏輯的簡單性對(duì)Thumb指令集的效率是非常重要的。如果Thumb指令解碼擴(kuò)展邏輯構(gòu)成復(fù)雜、速度低并且功耗大，那么Thumb指令就沒有什么價(jià)值了。
　　11.9.2 Thumb的特點(diǎn)
　　Thumb指令把32位的ARM指令集的一個(gè)子集進(jìn)行編碼，成為一個(gè)16位的指令集。所以在16位的外部數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)來實(shí)現(xiàn)同樣的功能，所以Thumb指令比ARM指令語義內(nèi)涵少，因而實(shí)現(xiàn)特定程序所需要的Thumb指令數(shù)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％。
　　注意代碼密度是Thumb指令集的主要優(yōu)勢。由于Thumb指令集的設(shè)計(jì)是面向編譯器的，而不是針對(duì)手寫匯編的，所以推薦使用高級(jí)語言如C或C++語言來編程，然后用編譯器生成Thumb指令的目標(biāo)碼。
　　下面的例子分別使用ARM指令和Thumb指令實(shí)現(xiàn)了同樣的除法運(yùn)算。雖然Thumb指令的實(shí)現(xiàn)使用了更多的指令，但是它所占的總的存儲(chǔ)空間卻比較少。