Instruções condicionais em Thumb: IT blocks e execução condicional

No artigo anterior a gente viu o Thumb comprimindo instruções para 16 bits. Mas tem um detalhe que perdemos: no ARM, quase toda instrução é condicional (basta mudar os 4 bits do topo). No Thumb-1, poucas instruções aceitam condição — e o processador precisa de BLT, BGE etc. para decidir. O Thumb-2 resolve isso com os IT blocks (If-Then): permitem executar até 4 instruções condicionalmente, sem branch. É o que este texto explica — com bytes reais.

Por que execução condicional importa

Quando o processador encontra um BLT, ele precisa adivinhar se o desvio vai acontecer (branch prediction). Se errar, o pipeline é descarregado e 2–3 ciclos se perdem. Com execução condicional, o processador simplesmente não executa a instrução se a condição for falsa — sem branch, sem penalty, sem flush. É mais rápido e mais previsível.

Thumb-1: poucas condições

No Thumb-1, apenas algumas instruções têm formas condicionais: CMP, B (todos os desvios), MOV, ADD, SUB com registradores, e LSL/LSR/ASR. Para o resto, você precisa de um branch:

Oito instruções, 16 bytes. Dois branches (BLT e B) — cada um pode causar penalty se o predictor errar.

Thumb-2: os IT blocks

O IT (If-Then) é uma instrução de 16 bits que diz ao processador: "as próximas 1 a 4 instruções são condicionais". A máscara (bits 3..0) tem 4 bits e define quantas instruções seguem e quais são THEN/ELSE. Os padrões comuns são:

• IT — 1 THEN.
• ITE — 1 THEN + 1 ELSE.
• ITT — 2 THEN.
• ITEE — 1 THEN + 2 ELSE.
• ITTE — 2 THEN + 1 ELSE.
• ITTT — 3 THEN.
• ITEEE — 1 THEN + 3 ELSE.
• ITEET — 1 THEN + 1 ELSE + 1 ELSE + 1 THEN.
• ITETT — 1 THEN + 1 ELSE + 2 THEN.
• ITTTE — 3 THEN + 1 ELSE.
• ITTTT — 4 THEN.

Nota:ITT, ITTT e ITTTT normalmente usam condição AL (sempre executar) — servem para converter código ARM para Thumb sem mudar a lógica, preservando a execução incondicional.

O mesmo exemplo com IT block (bytes reais, ARMv7-A):

Sete instruções, 18 bytes. Parece maior — mas não tem nenhum branch. O ITE instrui o processador a executar movlt se a condição for verdadeira, ou movge se for falsa, sem desvio. Em loops pequenos ou blocos condicionais críticos, isso elimina penalties de pipeline.

Decodificando o IT

ITE LT = 0xbfb4. Vamos bit a bit:

• O firstcond (bits 7..4) é o código da condição do primeiro bloco (THEN). Para LT, é 1011.

  Tabela de Condições

  Código	Condição
  0000	EQ (Equal)
  0001	NE (Not Equal)
  0010	CS / HS (Carry Set / Unsigned Higher or Same)
  0011	CC / LO (Carry Clear / Unsigned Lower)
  0100	MI (Minus / Negative)
  0101	PL (Plus / Positive or Zero)
  0110	VS (Overflow)
  0111	VC (No Overflow)
  1000	HI (Unsigned Higher)
  1001	LS (Unsigned Lower or Same)
  1010	GE (Signed Greater than or Equal)
  1011	LT (Signed Less Than)
  1100	GT (Signed Greater Than)
  1101	LE (Signed Less than or Equal)
  1110	AL (Always / Unconditional)
  1111	Reserved / Unpredictable

• A máscara (bits 3..0) tem 4 bits e define quantas instruções seguem e quais são THEN/ELSE. O 1 menos significativo indica o fim da cadeia e e os bits anteriores indicam se a instrução é THEN (T) ou ELSE (E) baseado no bit menos significativo da firstcond. Se o bit for igual a firstcond[0], então é THEN (T), caso contrário é ELSE (E). Por exemplo, para ITE LT:
  1. firstcond = LT = 1011 → O bit menos significativo (firstcond[0]) é 1.
  2. máscara = 0100 → bits 3..0 = 0100.
  3. O bit 1 mais à direita está na posição do bit 2 (os bits são 3, 2, 1, 0). Ele atua exclusivamente como terminador, avisando a CPU que o bloco possui 2 instruções no total (a base + 1 extra).
  4. O bit restante acima do terminador (o bit 3) dita a condição da segunda instrução. O valor dele é 0.
  5. Como o bit 3 (0) é diferente de firstcond[0] (1), a segunda instrução recebe a condição oposta, ou seja, um ELSE (E).
  Portanto, a sequência final une o THEN obrigatório da primeira instrução com o ELSE calculado da segunda: ITE.

  Tabela de máscaras possíveis e como elas se traduzem em instruções THEN/ELSE dependendo do valor de firstcond[0]

  mask	Terminador	Qtd. de Instruções	Se firstcond[0] == 0	Se firstcond[0] == 1
  1000	Bit 3	1	IT	IT
  0100	Bit 2	2	ITT	ITE
  1100	Bit 2	2	ITE	ITT
  0010	Bit 1	3	ITTT	ITEE
  0110	Bit 1	3	ITTE	ITET
  1010	Bit 1	3	ITET	ITTE
  1110	Bit 1	3	ITEE	ITTT
  0001	Bit 0	4	ITTTT	ITEEE
  0011	Bit 0	4	ITTTE	ITEET
  0101	Bit 0	4	ITTET	ITETE
  0111	Bit 0	4	ITTEE	ITETT
  1001	Bit 0	4	ITETT	ITTEE
  1011	Bit 0	4	ITETE	ITTET
  1101	Bit 0	4	ITEET	ITTTE
  1111	Bit 0	4	ITEEE	ITTTT

• O assembler automaticamente inverte a condição para ELSE — por isso ITE LT gera MOVLT e MOVGE (GE = NOT LT).

Importante: as condições nos mnemônicos (MOVLT, MOVGE) são apenas documentação para o programador. O que realmente define a condição é a instrução IT — o processador lê a máscara do IT e aplica as condições automaticamente. Se você escrever MOVLT fora de um bloco IT, o assembler vai reclamar: sem o IT, não existe execução condicional em Thumb.

Quando usar IT vs branches

• IT: blocos curtos (1–4 instruções), condições simples, quando a previsibilidade é crítica (tempo real, DSP).
• Branches: blocos longos (>4 instruções), quando o predictor tem boa acurácia, ou quando o código é mais legível com labels.

Glossário: instruções e comandos

O que o arm-jitter faz com isso

Quando o arm-box executa com --arch=thumb2, o arm-jitter decoda o IT e registra quais instruções seguintes são condicionais. Para cada uma, ele verifica o CPSR antes de executar — se a condição for falsa, a instrução é pulada (como um NOP invisível). É a mesma semântica do hardware: sem branch, sem penalty, só execução condicional.

Próximo passo

Com ARM, Thumb, Thumb-2 e IT blocks no arsenal, o próximo texto pode explorar AArch64 (o modo de 64 bits do ARM, suportado pelo arm-box com --arch=aarch64) ou semihosting e syscalls (como o arm-box traduz chamadas de sistema EABI para o host). Até lá, tente montar um ITE com 3 instruções ELSE e conte os bytes — a codificação da máscara vai fazer sentido.