【正文】 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計 信息工程學院計算機科學技術(shù)系 xxx 副教授 第三章 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)與指令集 3． 1 ARM嵌入式微處理器概述 嵌入式微處理器簡介 32位嵌入式微處理器的評價指標 [1]功耗： 有三種模式：運行模式 節(jié)電模式 待機模式 [2]代碼存儲密度： ARM使用 32/16位指令 [3]集成度： 簡化系統(tǒng)設(shè)計方案 [4]多媒體加速： 增加 JPEC、 MPEG指令 第三章 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)與指令集 3． 1 ARM嵌入式微處理器概述 ARM微處理器概述 ARM（ Advanced RISC Machine） ARM公司本身不生產(chǎn)芯片，只是設(shè)計芯片之后轉(zhuǎn)讓設(shè)計許可。 1981年： ARM公司成立（ Acon RISC Machine） 1985年：第一款 ARM（ ARM1） 被設(shè)計出來 1986年： ARM2推出（實用化） 1990年：另組建 Advanced RISC Machines公司 1998年： ARM公司上市 第三章 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)與指令集 3． 1 ARM嵌入式微處理器概述 ARM微處理器概述（續(xù)） 目前全世界眾多半導體生產(chǎn)廠家獲得授權(quán)生產(chǎn) ARM微處理器 包括： Motorola、 IBM、 TI、 Philips、 VLSI、 Atmel、 Samsung ARM特點： [1]低功耗特性 [2]架構(gòu)靈活： ARM只提供一個核心，各公司可以增加資源 /指令 [3]得到主流系統(tǒng)軟件支持： WindowsCE、 PalmOS、 Symbian 目前： ARM系列微處理器占據(jù)嵌入式處理器市場的 75%以上 第三章 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)與指令集 3． 1 ARM嵌入式微處理器概述 ARM架構(gòu)版本與產(chǎn)品系列 版本 對應(yīng)微處理器系列 特點 ARMv1 ARM1 樣機 ARMv2 ARM2/ARM3 實用化 ARMv4 ARM7TDMI 應(yīng)用最廣泛的 ARM體系結(jié)構(gòu) ARMv5 ARM9E/ARM10E 增加 DSP、 Java指令 ARMv6 ARM11 增加 SIMD指令 第三章 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)與指令集 3． 1 ARM嵌入式微處理器概述 ARM架構(gòu)版本與產(chǎn)品系列（續(xù)） ARM7： 3級流水線（預取、譯碼、執(zhí)行） ARM9： 5級流水線（預取、譯碼、執(zhí)行、 訪存、寫入 ） ARM10： 6級流水線（預取、 發(fā)送、 譯碼、執(zhí)行、訪存、寫入） ARM11： 8級流水線 （預取、 預取、 譯碼、發(fā)送、 轉(zhuǎn)換、 執(zhí)行、訪存、寫入） 目前 ARM水平：以 ARM11為例 工藝： 90nM 工作主頻： 1GHZ 第三章 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)與指令集 3． 2 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu) ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)概述 結(jié)構(gòu)： ARM7： 馮 .諾依曼 結(jié)構(gòu) ARM9及以上版本 ： 哈佛 結(jié)構(gòu) 支持的數(shù)據(jù)類型： [1]字： 32位 [2]半字： 16位 [3]字節(jié)： 8位 地址： 32位地址總線 最大尋址空間 4GB 第三章 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)與指令集 3． 2 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu) ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)概述 第三章 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)與指令集 3． 2 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu) 流水線 3級流水線 5級流水線 第三章 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)與指令集 3． 2 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu) ARM的寄存器組織 1） 未分組寄存器 R0R7： 所有 模式下使用同一組寄存器 2） 分組寄存器 R8R14： R8R12： FIQ模式下使用 R8_fiq — R12_fiq 其余 模式下使用 R8 — R12 R13R14： 系統(tǒng) /用戶 模式下使用 R13/R14 其余 模式下使用對應(yīng)該模式的 R13/R14 一般情況下： R13作為堆棧指針 SP R14作為子程序返回指針 LP 第三章 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)與指令集 3． 2 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu) ARM的寄存器組織 3） R15：程序指針，相當于 PC 在 ARM狀態(tài)： PC的 D D0 = 00 在 Thumb狀態(tài)： PC的 D0 = 0 由于 ARM采用多級流水線技術(shù) 對于 ARM指令， （ PC） = 當前指令地址 + 8 指向下兩條指令的地址 第三章 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)與指令集 用戶模式 系統(tǒng)模式 管理模式 中止模式 未定義模式 中斷模式 快中斷模式 R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R8_fiq R9 R9_fiq R10 R10_fiq R11 R11_fiq R12 R12_fiq R13 R13_svc R13_abt R13_und R13_irq R13_fiq R14 R14_svc R14_abt R14_und R14_irq R14_fiq R15 CPSR SPSR_svc SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq 第三章 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)與指令集 用戶模式 系統(tǒng)模式 管理模式 中止模式 未定義模式 中斷模式 快中斷模式 R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R8_fiq R9 R9_fiq R10 R10_fiq R11 R11_fiq R12 R12_fiq R13 R13_svc R13_abt R13_und R13_irq R13_fiq R14 R14_svc R14_abt R14_und R14_irq R14_fiq R15 C