1、Thumb指令集來源

ARM的RISC體系結構的發展中已經提供了低功耗、小體積、高性能的方案。而為了解決代碼長度的問題，ARM體系結構又開發了一種新的指令體系，就是Thumb指令集，稱之為T變種。

Thumb是ARM體系結構的擴展（thumb不是一個完整的體系結構，不能指望處理器只執行thumb指令集而不支持arm指令集）。它從標準32位ARM指令集抽出來的36條指令格式，重新編成16位的操作碼。這能帶來很高的代碼密度，例如：在1K的存儲空間中，可以放32條ARM指令，就可以放64條Thumb指令，因此Thunb指令代碼密度高。

2、Thumb指令集和ARM指令的時間復雜度和空間復雜度對比

在ARM處理器中，內核同時支持32位的ARM指令和16位的Thumb令。

• 當用戶使用C程序來處理應用時，如果編譯為Thumb指令，Thumb代碼使用的指令數要比ARM代碼多約30%~40%，但最終生成的目標代碼所需的存儲空間約為ARM代碼的60%~70%（因為每條指令所占空間是arm指令的一半）。

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• 使用32位存儲器，ARM代碼比Thumb代碼快約40%；使用16位存儲器，Thumb代碼比ARM指令快約40%~50%。具體解釋如下：

在存儲器是32位的情況下，ARM性能較好，這時因為同樣的代碼編譯的結果Thumb指令將會比ARM 多，Thumb指令仍舊花費指令周期來從32-bit塊內存預取。在16-bit內存上，即使有比ARM多的代碼，這時Thumb性能也較好，因為Thumb每一條指令預取需要一個周期而每條ARM指令需要兩個周期。
另外在16-bit內存上，Thumb的性能降低了；這是因為數據去操作和特殊的堆棧操作，即使在Thumb下，堆棧操作仍是32-bit操作，導致低的性能在16-bit內存架構上。一個改進的方法是提供32-bit的內存來放置堆棧。在這種情況下的性能提高到了32-bit內存架構的水平。主要的差別是因為使用的整型的(32-bit)全局數據將仍被存儲在16-bit內存上。

與ARM代碼相比較，使用Thumb代碼，存儲器的功耗會降低約30%。

3、Thumb指令集和ARM指令的混合編程

若兩者結合使用，充分發揮其各自的優點，會取得更好的效果。Thumb以其較高的代碼密度和在窄存儲器上的性能，使得它在很多系統中得到廣泛應用。但在很多情況下，還是不得不使用ARM指令，這是因為：

①ARM處理器的一些特定功能必須由ARM指令實現，其中包括PSR指令（不能直接訪問CPSR 和SPSR，必須先切換到ARM狀態下，再使用MSR和MRS來實現）、協處理器指令；

②異常發生時，處理器自動進入ARM狀態，即在異常中斷處理程序入口的一些指令是ARM指令（ARM程序頭ARMassemblerheader），然后根據需要程序可以切換到Thumb狀態，在異常中斷處理程序返回前，程序再切換到ARM狀態。如果異常處理程序需要使用Thumb指令也必須通用一個。

③ARM處理器總是從ARM狀態開始執行，如果要在調試器中運行Thumb程序，必須為該Thumb程序添加一個ARM程序頭，然后再切換到Thumb狀態，調用該Thumb程序。

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基于以上原因，即使程序需要由Thumb代碼實現，也必須通過ARM-Thumb互交（ARM-Thumbinterworking）進入Thumb狀態。ARM-Thumb互交是指對匯編語言和C/C++語言的ARM和Thumb代碼進行連接的方法，它進行兩種狀態（ARM和Thumb狀態）間的切換。在進行這種切換時，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過程調用的標準。
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ref：

https://www.sohu.com/a/339622340_100281310

https://www.21ic.com/app/mcu/201812/780644.htm

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https://www.21ic.com/embed/jiaocheng/jichu/201806/61024.html

https://www.xuebuyuan.com/1257101.html

https://www.cnblogs.com/fx427103/p/3968243.html

總結

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