【正文】 2 ARM體系結(jié)構(gòu) ARM簡(jiǎn)介 ? ARM公司簡(jiǎn)介 ARM是 Advanced RISC Machines的縮寫，它是一家微處理器行業(yè)的知名企業(yè)，該企業(yè)設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的 RISC （精簡(jiǎn)指令集）處理器。 公司的特點(diǎn)是只設(shè)計(jì)芯片，而不生產(chǎn)。它將技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體、軟件和 OEM廠商，并提供服務(wù)。 1 ARM簡(jiǎn)介 ? 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 . . . ARM的發(fā)展歷程 ? ARM即 Advanced RISC Machines的縮寫。 ? 1985年 4月 26日，第一個(gè) ARM原型在英國(guó)劍橋的 Acorn計(jì)算機(jī)有限公司誕生，由美國(guó)加州San Jose VLSI技術(shù)公司制造。 ? 20世紀(jì) 80年代后期， ARM很快開(kāi)發(fā)成 Acorn的臺(tái)式機(jī)產(chǎn)品，形成英國(guó)的計(jì)算機(jī)教育基礎(chǔ)。 ? 1990年成立了 Advanced RISC Machines Limited。 ARM的發(fā)展歷程 ? 20世紀(jì) 90年代， ARM32位嵌人式 RISC（ Reduced Instruction Set Computer）處理器擴(kuò)展到世界范圍，占據(jù)了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。 ? 32位 RISC處理器受到青睞，領(lǐng)先的是 ARM嵌入式微處理器系列。 ? ARM公司雖然只成立 10多年，但在 1999年因移動(dòng)電話火爆市場(chǎng)，其 32位 RISC處理器占市場(chǎng)份額超過(guò)了 50%， 2021年初， ARM公司的 32位 RISC處理器市場(chǎng)占有率超過(guò)了 75%。 ARM公司是知識(shí)產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，是設(shè)計(jì)公司。由合作伙伴公司來(lái)生產(chǎn)各具特色的芯片。 ARM的發(fā)展歷程 ? ARM公司商業(yè)模式的強(qiáng)大之處在于其價(jià)格合理，全世界范圍有超過(guò) 100個(gè)合作伙伴 包括半導(dǎo)體工業(yè)的著名公司。 ARM公司專注于設(shè)計(jì)，其內(nèi)核耗電少、成本低、功能強(qiáng)，特有 16/32位雙指令集。 ARM已成為移動(dòng)通信、手持計(jì)算、多媒體數(shù)字消費(fèi)等嵌入式解決方案的 RISC標(biāo)準(zhǔn)。 ? 在所有 ARM處理器系列中， ARM7處理器系列應(yīng)用最廣，采用 ARM7處理器作為內(nèi)核生產(chǎn)芯片的公司最多。 ARM處理器的特點(diǎn) ARM處理器的 3大特點(diǎn)如下： ? 小體積、低功耗、成本低、高性能； ? 16位 /32位雙指令集； ? 全球眾多的合作伙伴。 當(dāng)前 ARM體系結(jié)構(gòu)的擴(kuò)充包括： ? Thumb:16位指令集，用以改善代碼密度； ? DSP：用于 DSP應(yīng)用的算術(shù)運(yùn)算指令集； ? Jazeller：允許直接執(zhí)行 Java代碼的擴(kuò)充。 ARM處理器系列提供的解決方案包括： ? 在無(wú)線、消費(fèi)電子和圖像應(yīng)用方面的開(kāi)放平臺(tái)； ? 存儲(chǔ)、自動(dòng)化、工業(yè)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)； ? 智能卡和 SIM卡的安全應(yīng)用。 ARM處理器的特點(diǎn) ? ARM處理器本身是 32位設(shè)計(jì)，但也配備 16位指令集，以允許軟件編碼為更短的 16位指令。與等價(jià)的 32代碼相比，占用的存儲(chǔ)器空間節(jié)省高達(dá) 35%，然而保留了 32位系統(tǒng)所有的優(yōu)勢(shì)。 ? ARM還提供了兩個(gè)前沿特性 —— 嵌入式 ICE— RT邏輯和嵌入式跟蹤宏核系列，用以輔助帶深嵌入式處理器核的、高集成的 SOC器件的調(diào)試。 ? ARM業(yè)界領(lǐng)先的跟蹤解決方案 —— 嵌入式跟蹤宏單元（ ETM,Embeddeb Trace Macrocell），被設(shè)計(jì)成駐留在 ARM處理器上，用以監(jiān)控內(nèi)部總線，并能以該速度無(wú)妨礙地跟蹤指令和數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。 ARM簡(jiǎn)介 ?ARM處理器的應(yīng)用 ?當(dāng)前主要應(yīng)用于消費(fèi)類電子領(lǐng)域； ?到目前為止，基于 ARM技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了 32位嵌入式微處理器 75％以上的市場(chǎng)份額 ?全球 80%的 GSM/3G手機(jī)、 99%的 CDMA手機(jī)以及絕大多數(shù) PDA產(chǎn)品均采用 ARM體系的嵌入式處理器， ?“ 掌上計(jì)算 ” 相關(guān)的所有領(lǐng)域皆為其所主宰。 ?ARM技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面。 ARM簡(jiǎn)介 ? ARM體系結(jié)構(gòu) ARM處理器為 RISC芯片，其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)使ARM內(nèi)核非常小，這使得器件的功耗也非常低。它具有經(jīng)典 RISC的特點(diǎn)： ?大的、統(tǒng)一的寄存器文件； ?裝載 /保存結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)處理 操作只針對(duì)寄存器的內(nèi)容，而不直接對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行操作； ?簡(jiǎn)單的尋址模式 。 ?統(tǒng)一和固定長(zhǎng)度的指令域，簡(jiǎn)化了指令的譯碼，便于指令流水線設(shè)計(jì)。 ARM簡(jiǎn)介 ? ARM體系結(jié)構(gòu) ARM體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)： ?每條數(shù)據(jù)處理指令都對(duì)算術(shù)邏輯單元和移位器控制，實(shí)現(xiàn)了 ALU和移位器的最大利用； ?地址自動(dòng)增加和減少尋址模式，優(yōu)化程序循環(huán)； ?多寄存器裝載和存儲(chǔ)指令實(shí)現(xiàn)最大數(shù)據(jù)吞吐量 。 ?所有指令的條件執(zhí)行實(shí)現(xiàn)最快速的代碼執(zhí)行。 ARM簡(jiǎn)介 ? 各 ARM體系結(jié)構(gòu)版本 ARM體系結(jié)構(gòu)從最初開(kāi)發(fā)到現(xiàn)在有了很大的改進(jìn)，并仍在完善和發(fā)展。為了清楚的表達(dá)每個(gè)ARM應(yīng)用實(shí)例所使用的指令集， ARM公司定義了 6種主要的 ARM指令集體系結(jié)構(gòu)版本，以版本號(hào)V1～ V6表示。 ARM簡(jiǎn)介 ? 各 ARM體系結(jié)構(gòu)版本 —— V1 該版本的 ARM體系結(jié)構(gòu)，只有 26位的尋址空間，沒(méi)有商業(yè)化，其特點(diǎn)為： ?基本的數(shù)據(jù)處理指令（不包括乘法）； ?字節(jié)、字和半字加載 /存儲(chǔ)指令； ?具有分支指令，包括在子程序調(diào)用中使用的分支和鏈接指令； ?在操作系統(tǒng)調(diào)用中使用的軟件中斷指令。 ARM簡(jiǎn)介 ? 各 ARM體系結(jié)構(gòu)版本 —— V2 同樣為 26位尋址空間，現(xiàn)在已經(jīng)廢棄不再使用，它相對(duì) V1版本有以下改進(jìn)： ?具有乘法和乘加指令； ?支持協(xié)處理器； ?快速中斷模式中的兩個(gè)以上的分組寄存器； ?具有原子性加載 /存儲(chǔ)指令 SWP和 SWPB。 ARM簡(jiǎn)介 ? 各 ARM體系結(jié)構(gòu)版本 —— V3 尋址范圍擴(kuò)展到 32位（目前已廢棄），具有獨(dú)立的程序： ?具有乘法和乘加指令； ?支持協(xié)處理器； ?快速中斷模式中具有的兩個(gè)以上的分組寄存器； ?具有原子性加載 /存儲(chǔ)指令 SWP和 SWPB。 ARM簡(jiǎn)介 ? 各 ARM體系結(jié)構(gòu)版本 —— V4 不在為了與以前的版本兼容而支持 26位體系結(jié)構(gòu)，并明確了哪些指令會(huì)引起未定義指令異常發(fā)生，它相對(duì) V3版本作了以下的改進(jìn)： ?半字加載 /存儲(chǔ)指令； ?字節(jié)和半字的加載和符號(hào)擴(kuò)展指令； ?具有可以轉(zhuǎn)換到 Thumb狀態(tài)的指令（ BX）； ?增加了用戶模式寄存器的新的特權(quán)處理器模式。 ARM簡(jiǎn)介 ? 各 ARM體系結(jié)構(gòu)版本 —— V5 在 V4版本的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)在指令的定義進(jìn)行了必要的修正，對(duì) V4版本的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了擴(kuò)展并并增加了指令，具體如下： ?改進(jìn)了 ARM/Thumb狀態(tài)之間的切換效率； ?E增強(qiáng)型 DSP指令集 ,包括全部算法操作和 16位乘法操作； ?J支持新的 JAVA,提供字節(jié)代碼執(zhí)行的硬件和優(yōu)化軟件加速功能。 ARM簡(jiǎn)介 ? ARM處理器核簡(jiǎn)介 ARM公司開(kāi)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(jiàn)了。目前應(yīng)用比較廣泛的系列是： ARM7 ARM9 ARM9E ARM10 SecurCore Xscale ARM11 Cortex 預(yù)取 （ Fetch） 譯碼 （ Decode） 執(zhí)行 （ Execute） 預(yù)取 （ Fetch） 譯碼 （ Decode） 執(zhí)行 （ Execute） 訪存 （ Memory） 寫入 （ Write） 預(yù)取 （ Fetch） 譯碼 （ Decode） 發(fā)送 （ Issue） 預(yù)取 （ Fetch） 預(yù)取 （ Fetch） 執(zhí)行 （ Execute） 訪存 （ Memory） 寫入 （ Write） 譯碼（ Decode） 發(fā)送 （ Issue） 執(zhí)行 （ Execute） 轉(zhuǎn)換 （ Snny） 訪存 （ Memory） 寫入 （ Write） ARM7 ARM9 ARM10 ARM11 ARM簡(jiǎn)介 項(xiàng)目 ARM7 ARM9 ARM10 ARM11 流水線 3 5 6 8 典型頻率（ MHz） 80 150 260 335 功耗（ mW/MHz） （ +cache） （ +cache） （ +cache） 性能 MIPS**/MHz 架構(gòu) 馮 ?諾伊曼 哈佛 哈佛 哈佛 ARM簡(jiǎn)介 ARM系列 微處理器核 特點(diǎn) ARM7 ARM7TDMI：整數(shù)處理核ARM7TDMI 處理器的可綜合版本；