Thumb指令集之： ARM和Thumb的混合編程

11.10ARM和Thumb的混合編程

11.10.1互交工作基礎(chǔ)

Thumb以其較高的代碼密度和在窄存儲器上的性能，使得它在很多系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。但在很多情況下，還是不得不使用ARM指令，這是因為：

①ARM代碼比Thumb代碼有更快的執(zhí)行速度；

②ARM處理器的一些特定功能必須由ARM指令實(shí)現(xiàn)，其中包括PSR指令、協(xié)處理器指令；

③異常發(fā)生時，處理器自動進(jìn)入ARM狀態(tài)，如果異常處理程序需要使用Thumb指令也必須通用一個ARM程序頭（ARMassemblerheader）。

基于以上原因，即使程序需要由Thumb代碼實(shí)現(xiàn)，也必須通過ARM-Thumb互交（ARM-Thumbinterworking）進(jìn)入Thumb狀態(tài)。

ARM-Thumb互交是指對匯編語言和C/C++語言的ARM和Thumb代碼進(jìn)行連接的方法，它進(jìn)行兩種狀態(tài)（ARM和Thumb狀態(tài)）間的切換。在進(jìn)行這種切換時，有時需使用額外的代碼，這些代碼被稱為Veneer。AAPCS定義了ARM和Thumb過程調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)。

從一個ARM例程調(diào)用一個Thumb例程，內(nèi)核必須進(jìn)行狀態(tài)切換。狀態(tài)的變化由CPSR的T位來顯示。在跳轉(zhuǎn)到一個例程時BX指令可用于ARM和Thumb狀態(tài)切換，具體用法如下。

在Thumb狀態(tài)調(diào)用ARM例程時，采用：

BXRn；

在ARM狀態(tài)調(diào)用Thumb例程時，采用：

BX{cond}Rn;

其中，Rn可以是r0～r15中的任意寄存器。

這種帶狀態(tài)切換的跳轉(zhuǎn)指令BX，將寄存器Rn的內(nèi)容拷貝到程序計數(shù)器寄存器PC，因此可以實(shí)現(xiàn)4G空間的跳轉(zhuǎn)。指令根據(jù)寄存器Rn的bit[0]來決定處理器是否進(jìn)行狀態(tài)切換，詳細(xì)內(nèi)容參見ARM指令一節(jié)。

下面是一段ARM程序，該程序調(diào)用虛擬的SWI_writeC子程序從存儲器的固定地址取出字符串“helloworld”并輸出。

AREAHello,CODE,READONLY

SWI_WriteCEQU0 ;軟中斷調(diào)用參數(shù)

SWI_ExitEQU11 ;程序退出軟中斷調(diào)用參數(shù)

ENTRY

STARTADRr1,TEXT ;取字符串地址

LOOPLDRBr0,[r1],#1 ;取下一字節(jié)內(nèi)容

CMPr0,#0 ;判斷是否為字符串尾

SWINESWI_WriteC ;軟中斷調(diào)用打印字符

BENLOOP ;循環(huán)

SWISWI_Exit ;軟中斷調(diào)用退出程序執(zhí)行

TEXT=“HelloWorld”,0a,0d,0

END

下面的代碼將上面的ARM代碼轉(zhuǎn)換成等價的Thumb代碼。

AREAHelloW_Thumb,CODE,READONLY

SWI_WriteCEQU0 ;軟中斷調(diào)用參數(shù)

SWI_ExitEQU11 ;程序退出軟中斷調(diào)用參數(shù)

ENTRY ;程序入口點(diǎn)

CODE32進(jìn)入ARM狀態(tài)

ADRr0,START+1 ;取得Thumb代碼入口地址

BXr0 ;進(jìn)入Thumb代碼

CODE16 ;Thumb代碼入口點(diǎn)

STARTADRr1,TEXT ;r1->HelloWorld

LOOPLDRBr0,[r1] ;取下一字節(jié)內(nèi)容

ADDr1,r1,#1 ;地址指針加1**T

CMPr0,#0 ;判斷是否為字符串尾

BEQDONE ;完成?**T

SWISWI_WriteC ;如果不是字符串尾

BLOOP ;繼續(xù)循環(huán)

DONESWISWI_Exit ;程序退出

ALIGN ;字對齊

TEXTDATA

HelloWorld,0a,0d,00

END

上例中，ARM代碼到Thumb代碼轉(zhuǎn)換過程中新增加的指令用“**T”標(biāo)注。