11.9 Thumb指令應(yīng)用
　　11.9.1 Thumb的實現(xiàn)
　　對3級流水線的ARM處理器來說，做相對較小的改動就可以實現(xiàn)Thumb指令集（5級流水線的實現(xiàn)要復(fù)雜些）。為實現(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)換成等價的ARM指令。圖11.66顯示了Thumb指令的擴展邏輯組織。
　　從圖11.66可以看出，Thumb指令增加了解碼擴展邏輯（Decompressor）與指令譯碼器串連，但這并不會增加指令的譯碼時間。在指令流水線譯碼周期的第一階段只做了很少的工作，因此可以把擴展邏輯安排在這里而不會影響周期時間或增加流水線延時。
　　Thumb指令解碼擴展邏輯將16位的Thumb指令靜態(tài)地轉(zhuǎn)換為等價的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指令解碼邏輯實現(xiàn)Thumb指令到ARM指令映射時遵循以下規(guī)則：
　　① ARM指令的條件域（cond，bits［31：28］）默認使用always。
　　注意轉(zhuǎn)移指令除外，轉(zhuǎn)移指令是Thumb指令集中惟一一個條件執(zhí)行的指令。
　　② 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。
　　③ 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指令解碼擴展邏輯的簡單性對Thumb指令集的效率是非常重要的。如果Thumb指令解碼擴展邏輯構(gòu)成復(fù)雜、速度低并且功耗大，那么Thumb指令就沒有什么價值了。
　　11.9.2 Thumb的特點
　　Thumb指令把32位的ARM指令集的一個子集進行編碼，成為一個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)計是面向編譯器的，而不是針對手寫匯編的，所以推薦使用高級語言如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指令實現(xiàn)了同樣的除法運算。雖然Thumb指令的實現(xiàn)使用了更多的指令，但是它所占的總的存儲空間卻比較少。