11.9Thumb指令應(yīng)用

11.9.1Thumb的實(shí)現(xiàn)

對(duì)3級(jí)流水線的ARM處理器來(lái)說(shuō)，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“ADDRd，＃imm8”與對(duì)應(yīng)的ARM指令“ADDRd，Rd，＃8”的映射如圖11.67所示。

圖11.66Thumb指令的擴(kuò)展邏輯組織

圖11.67Thumb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：

①ARM指令的條件域（cond，bits[31：28]）默認(rèn)使用always。

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(guò)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(jiǎn)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(méi)有什么價(jià)值了。