Thumb指令与ARM指令的性能相比如何？

一位同事提到Thumb指令比ARM指令慢得多（这是针对AT91SAM7S32处理器的）。这是真的？一个指令集比另一个指令集的性能优势是什么？

一般来说

就我所知，THUMB指令从本质上讲并不比ARM指令慢，但是功能上却更为有限。如果您的代码仅需要THUMB指令的功能，则它将比ARM占用更少的空间，但是指令数量相同，并且在其他条件相同的情况下，它们以相同的速度运行。如果您的代码需要更多的功能，则执行所需的THUMB指令要比ARM指令多，并且需要更长的时间（其他情况相同）（请参见下文）

由于较小的指令尺寸，THUMB在微控制器中很受欢迎，原因有二：

1. 程序空间通常有限
2. 许多微控制器的内部闪存都有16位数据总线

出于第二个原因，当您的代码不需要ARM指令集的功能时，THUMB代码实际上运行得更快。这是因为可以在一个I / O周期（而不是两个）中从闪存中获取指令。根据您的Flash接口的速度，第二条读取可能会导致每条指令产生一个或多个等待周期，而您的CPU只是停滞而无法执行任何操作。

如果您可以在执行之前将代码复制到RAM（对于最近的ARM微控制器，我通常将其视为32位），那么这将不再是一个问题，这里唯一需要考虑的是代码密度。为此，许多工具将尝试查找对于给定功能更有效的表示形式。如果编译器可以用较少的指令产生THUMB代码，它将产生结果，但是如果ARM导致较少的指令，您将得到ARM。如果我没记错的话，这是Keil的默认模式。

您的特定芯片

对于您的特定芯片（AT91SAM7S32），文档提到闪存控制器具有预取缓冲区，该缓冲区可以预测访问以使事情更高效，从而可以改善ARM指令的执行。但是，它还指出，预取是一个“双32位”缓冲区，可以“优化16位访问”，最适合“以Thumb模式运行”，这似乎表明它并非旨在加速ARM指令，但允许您的内核在THUMB模式下运行得更快。

从图中可以看出，芯片上的闪存实际上具有32位数据总线。预取器似乎可以通过读取整个32位，为CPU提供16位（在THUMB模式下）并缓存整个32位来工作。在下一个周期中，当CPU从高速缓存中读取后16位时，闪存控制器将读取后32位并将其进行高速缓存。这样，即使闪存速度比CPU核心速度稍慢，THUMB代码也可以运行而无需等待更多时间。第19.2.2节“读取操作”具有更多详细信息。

由于您的闪存是32位总线（据我所知），如果您的CPU和闪存时钟相同，则THUMB仅会为您提供ARM上的代码密度。如果您希望您的CPU内核比闪存运行更快（请注意，我没有查看该芯片的所有时序；我认为CPU可以运行得更快，因为它们允许您设置等待状态），这要比预取速度要快由于减少了实际的闪存访问，因此THUMB的优势。但是，该速度优势是每条指令的优势。如果THUMB指令与ARM指令的数量足够大，它将超过每个指令的速度，从而导致ARM具有更快的每个例程速度。