ARM指令如何在thumb和arm模式切换

根据arm spec, 跳转地址最低位( lsb ) 为0表示 arm 指令；最低位为1表示thumb指令。

一、绝对地址跳转进入 thumb模式

如下指令可以切换到thumb模式。

LDR R6, =0x24000
ADD R6, #1       @ (set lsb to 1)
BX R6

如果已经知道 0x24000 地址存放的是 thumb 指令， 可以直接使用如下方式切换到arm 模式

LDR R6, =0x24001
BX R6

因此， 无论当前处理器模式是thumb或者arm, 只要0x24000 地址处存放的是 thumb 指令， 就可以通过 BX 指令跳转到 thumb 模式。

二、标号跳转进入thumb 模式

如果不知道链接地址，只知道标号，可以用如下指令跳转。

ldr r6,=label
bx r6

上述指令的问题在于，如果linker 知道 label 对应的是一条 arm 指令或者 thumb 指令，该指令能正常工作。

如果linker不能正确区别 label 的指令类型，将会导致错误。

指令示例

.thumb
ping:
    ldr r0,=pong
    bx r0
.code 32
pong:
    ldr r0,=ping
    bx r0

编译链接后如下

d6008148 :
d6008148:   4803        ldr r0, [pc, #12]   ; (d6008158 )
d600814a:   4700        bx  r0

d600814c :
d600814c:   e59f0008    ldr r0, [pc, #8]    ; d600815c 
d6008150:   e12fff10    bx  r0

d6008158:   d600814c    strle   r8, [r0], -ip, asr #2
d600815c:   d6008148    strle   r8, [r0], -r8, asr #2

ping 可以正确 bx r0 跳转到 0xd6008158。

但是pong 不能。 因为 pong 通过 bx r0 跳转到 0xd600815c 地址后得到的是一条 arm 地址 0xd6008148 （ lsb=0 )。

GNU linker 帮助开发者解决了这些麻烦。GNU 汇编器 as 定义了 .thumb_func 符号。

如果正确的使用了该符号， GNU assembler/linker 将会正确的生成对应的指令序列。

改写后的指令示例

.thumb
.thumb_func
ping:
    ldr r0,=pong
    bx r0
.code 32
pong:
    ldr r0,=ping
    bx r0

编译链接后的指令

d6008148 :
d6008148:   4803        ldr r0, [pc, #12]   ; (d6008158 )
d600814a:   4700        bx  r0

d600814c :
d600814c:   e59f0008    ldr r0, [pc, #8]    ; d600815c 
d6008150:   e12fff10    bx  r0

d6008158:   d600814c    strle   r8, [r0], -ip, asr #2
d600815c:   d6008149    strle   r8, [r0], -r9, asr #2

这样生成的代码正是我们所期待的。 0xd600815c 地址对应的指令 ( lsb=1 ) 已经被正确设置成 thumb 指令。

对于 C 函数， GNU Compiler 将会正确处理类似关系。

但是对于 arm assmebly 函数， 必须要通过 使用.thumb_func 符号或者其他被  as 工具定义的符号， 使得 as 工具知道这是一个thumb label.

参考

1. http://stackoverflow.com/questions/9368360/arm-thumb-using-bx-in-thumb-code-to-call-a-thumb-function-or-to-jump-to-a-thu

2. http://stuff.mit.edu/afs/sipb/project/egcs/src/egcs/gcc/config/arm/README-interworking