【正文】 第 2章 ARM/THUMB微處理器結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng) 本章主要內(nèi)容： (1) ARM/Thumb及相關(guān)技術(shù)簡(jiǎn)介 (2) ARM/Thumb微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn) (3) ARM/Thumb微處理器系列 (4) ARM/Thumb微處理器的結(jié)構(gòu) (5) ARM/Thumb指令系統(tǒng) 第二章 目錄 ? 1 ARM微處理器概述 ARM處理器系列 RISC體系結(jié)構(gòu) ARM和 Thumb狀態(tài) 寄存器 ARM指令集概述 Thumb指令集概述 ? 2 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu) ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器格式 ?3 ARM/Thumb指令系統(tǒng) ※ 1 ARM微處理器概述 ● ARM處理器系列 ● RISC體系結(jié)構(gòu) ● ARM和 Thumb狀態(tài) ● 寄存器 ● ARM指令集概述 ● Thumb指令集概述 ※ 2 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu) ● 數(shù)據(jù)類型 ● ARM微處理器的工作狀態(tài) ● ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器格式 ● 處理器模式 ● 寄存器組織 ● 異常 ※ 3 ARM/Thumb指令系統(tǒng) ● 處理器尋址方式 ● 指令集介紹 ● 指令集介紹 第二章 目錄 1 ARM微處理器概述 ? ARM簡(jiǎn)介： ARM(Advanced RISC Machines)，既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。 1991年 ARM公司成立于英國劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。目前，采用 ARM 技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP)核的微處理器已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng)， ARM ? ARM公司簡(jiǎn)介 將技術(shù)授權(quán)給其它芯片廠商 形成各具特色的 ARM芯片 . . . 第二章 目錄 ※ 1 ARM微處理器概述 ● ARM處理器系列 ● RISC體系結(jié)構(gòu) ● ARM和 Thumb狀態(tài) ● 寄存器 ● ARM指令集概述 ● Thumb指令集概述 ※ 2 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu) ● 數(shù)據(jù)類型 ● ARM微處理器的工作狀態(tài) ● ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器格式 ● 處理器模式 ● 寄存器組織 ● 異常 ※ 3 ARM/Thumb指令系統(tǒng) ● 處理器尋址方式 ● 指令集介紹 ● 指令集介紹 ? ARM處理器核簡(jiǎn)介 ARM公司開發(fā)了很多系列的 ARM處理器核，目前最新的系列已經(jīng)是 ARM11了，而 ARM6核以及更早的系列已經(jīng)很罕見了。目前應(yīng)用比較廣泛的系列是： ARM7 ARM9 ARM9E ARM10 SecurCore Xscale ? ARM處理器核簡(jiǎn)介 —— ARM7 該系列包括 ARM7TDMI、 ARM7TDMIS、帶有高速緩存處理器宏單元的 ARM720T和擴(kuò)充了Jazelle的 ARM7EJS。該系列處理器提供 Thumb 16位壓縮指令集和 EmbededICE軟件調(diào)試方式，適用于更大規(guī)模的 SoC設(shè)計(jì)中。 Jazelle是 ARM體系結(jié)構(gòu)的一種相關(guān)技術(shù)，用于在處理器指令層次對(duì) JAVA加速 ARM7系列廣泛應(yīng)用于多媒體和嵌入式設(shè)備，包括 Inter設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備，以及移動(dòng)電話、 PDA等無線設(shè)備。 ? ARM處理器核簡(jiǎn)介 —— ARM9 該系列包括 ARM9TDMI、 ARM920T和帶有高速緩存處理器宏單元的 ARM940T。除了兼容ARM7系列，而且能夠更加靈活的設(shè)計(jì)。 ARM9系列主要應(yīng)用于引擎管理、儀器儀表、安全系統(tǒng)和機(jī)頂盒等領(lǐng)域。 ? ARM處理器核簡(jiǎn)介 —— ARM10 該系列包括 ARM1020E和 ARM1022E處理器核，其核心在于使用向量浮點(diǎn)（ VFP）單元 VFP10提供高性能的浮點(diǎn)解決方案，從而極大提高了處理器的整型和浮點(diǎn)運(yùn)算性能。 可以用于視頻游戲機(jī)和高性能打印機(jī)等場(chǎng)合。 ? ARM處理器核簡(jiǎn)介 —— SecurCore 該系列涵蓋了 SC100、 SC1 SC200和 SC210處理核。該系列處理器主要針對(duì)新興的安全市場(chǎng)，以一種全新的安全處理器設(shè)計(jì)為智能卡和其它安全I(xiàn)C開發(fā)提供獨(dú)特的 32位系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并具有特定反偽造方法，從而有助于防止對(duì)硬件和軟件的盜版。 ? ARM處理器核簡(jiǎn)介 —— Xscale Intel Xscale微控制器則提供全性能、高性價(jià)比、低功耗的解決方案，支持 16位 Thumb指令并集成數(shù)字信號(hào)處理（ DSP）指令。 第二章 目錄 ※ 1 ARM微處理器概述 ● ARM處理器系列 ● RISC體系結(jié)構(gòu) ● ARM和 Thumb狀態(tài) ● 寄存器 ● ARM指令集概述 ● Thumb指令集概述 ※ 2 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu) ● 數(shù)據(jù)類型 ● ARM微處理器的工作狀態(tài) ● ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器格式 ● 處理器模式 ● 寄存器組織 ● 異常 ※ 3 ARM/Thumb指令系統(tǒng) ● 處理器尋址方式 ● 指令集介紹 ● 指令集介紹 RISC體系結(jié)構(gòu) ● RISC特點(diǎn) 如下： 精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī) RISC結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生是相對(duì)于傳統(tǒng)的復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī) CISC 結(jié)構(gòu)而言的。 RISC體系結(jié)構(gòu) ■ 指令規(guī)整、對(duì)稱、簡(jiǎn)單。指令小于 100條，基本尋址方 式有 2~3種。 ■ 單周期指令。 ■ 指令字長(zhǎng)度一致，單拍完成，便于流水操作 。 ■ ARM7 三級(jí)流水線：取指、譯碼、執(zhí)行； ■ ARM9 五級(jí)流水線； ■ ARMl0 六級(jí)流水線。 ■ 大量的寄存器。寄存器不少于 32個(gè)。數(shù)據(jù)處理器的指令只對(duì)寄存器的內(nèi)容操作。只有加載／存儲(chǔ)指令可以訪問存儲(chǔ)器。 ● RISC特點(diǎn) 如下： 第二章 目錄 ※ 1 ARM微處理器概述 ● ARM處理器系列 ● RISC體系結(jié)構(gòu) ● ARM和 Thumb狀態(tài) ● 寄存器 ● ARM指令集概述 ● Thumb指令集概述 ※ 2 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu) ● 數(shù)據(jù)類型 ● ARM微處理器的工作狀態(tài) ● ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器格式 ● 處理器模式 ● 寄存器組織 ● 異常 ※ 3 ARM/Thumb指令系統(tǒng) ● 處理器尋址方式 ● 指令集介紹 ● 指令集介紹 ARM和 Thumb狀態(tài) Thumb指令集的功能是 32位 ARM指令集的功能子集。 Thumb在性能和代碼大小之間提供了出色的折中。 ? 正在執(zhí)行 Thumb指令集的處理器是工作在Thumb狀態(tài)下。 ? 正在執(zhí)行 ARM指令集的處理器是工作在 ARM狀態(tài)下。 第二章 目錄 ※ 1 ARM微處理器概述 ● ARM處理器系列 ● RISC體系結(jié)構(gòu) ● ARM和 Thumb狀態(tài) ● 寄存器 ● ARM指令集概述 ● Thumb指令集概述 ※ 2 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu) ● 數(shù)據(jù)類型 ● ARM微處理器的工作狀態(tài) ● ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器格式 ● 處理器模式 ● 寄存器組織 ● 異常 ※ 3 ARM/Thumb指令系統(tǒng) ● 處理器尋址方式 ● 指令集介紹 ● 指令集介紹 . 寄存器 ? ARM處理器有 37(31+6)個(gè)物理寄存器 ,有 18個(gè)可編程訪問的寄存器。 ? 寄存器被安排成部分重疊的組。每種處理器模式都有不同的寄存器組。 ? 分組的寄存器在異常處理和特權(quán)操作時(shí) ,可得到快速的上下文切換。 第二章 目錄 ※ 1 ARM微處理器概述 ● ARM處理器系列 ● RISC體系結(jié)構(gòu) ● ARM和 Thumb狀態(tài) ● 寄存器 ● ARM指令集概述 ● Thumb指令集概述 ※ 2 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu) ● 數(shù)據(jù)類型 ● ARM微處理器的工作狀態(tài) ● ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器格式 ● 處理器模式 ● 寄存器組織 ● 異常 ※ 3 ARM/Thumb指令系統(tǒng) ● 處理器尋址方式 ● 指令集介紹 ● 指令集介紹 數(shù)據(jù)處理指令 加載和存儲(chǔ)指令 分支指令 協(xié)處理器指令 雜項(xiàng)指令 ? ARM指令集 ARM指令集概述 ARM指令集可分為 5大類指令 ， 所有指令都可以 條件 執(zhí)行 ， 其中一些指令還可以根據(jù)執(zhí)行結(jié)果更新 CPSR寄存器的相關(guān)標(biāo)志位： 第二章 目錄 ※ 1 ARM微處理器概述 ● ARM處理器系列 ● RISC體系結(jié)構(gòu) ● ARM和 Thumb狀態(tài) ● 寄存器 ● ARM指令集概述 ● Thumb指令集概述 ※ 2 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu) ● 數(shù)據(jù)類型 ● ARM微處理器的工作狀態(tài) ● ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器格式 ● 處理器模式 ● 寄存器組織 ● 異常 ※ 3 ARM/Thumb指令系統(tǒng) ● 處理器尋址方式 ● 指令集介紹 ● 指令集介紹 Thumb指令集可分為 4大類指令： ?分支指令； ?數(shù)據(jù)處理指令； ?寄存器加載和存儲(chǔ)指令； ?異常產(chǎn)生指令 。 ? Thumb指令集 Thumb指令集概述 第二章 目錄 ※ 1 ARM微處理器概述 ● ARM處理器系列 ● RISC體系結(jié)構(gòu) ● ARM和 Thumb狀態(tài) ● 寄存器 ● ARM指令集概述 ● Thumb指令集概述 ※ 2 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu) ● 數(shù)據(jù)類型 ● ARM微處理器的工作狀態(tài) ● ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器格式 ● 處理器模式 ● 寄存器組織 ● 異常 ※ 3 ARM/Thumb指令系統(tǒng) ● 處理器尋址方式 ● 指令集介紹 ● 指令集介紹 上節(jié)內(nèi)容回顧 : ARM— 公司名稱、微處理器名稱和嵌入式技術(shù)名稱； 特點(diǎn) — 高性能、小體積、低功耗、緊代碼密度、多供應(yīng)商、高占有率； 系列 — ARM ARM9(E)、 ARM Xscale、StrongARM和 SecurCore等 ； 結(jié)構(gòu) — 兩種 CPU工作狀態(tài)、 32位 RISC結(jié)構(gòu)、多寄存器、多處理器模式 、兩種指令集；