【正文】 ARM 原理與應(yīng)用 ARM原理與應(yīng)用 所選教材： 《 ARM體系結(jié)構(gòu)與編程 》 杜春雷 編著 清華大學(xué)出版社 ARM 原理與應(yīng)用 ARM 原理與應(yīng)用 第一章 ARM概述及編程模型 ARM－ Advanced RISC Machines １、是一個(gè)公司的名字 ２、是對(duì)一類微處理器的通稱 ３、是一種技術(shù)的名字。 ?1991年 ARM公司成立于英國(guó)劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。 ARM 原理與應(yīng)用 ARM 公司的 Chip less模式 ? 世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從 ARM公司購買其設(shè)計(jì)的 ARM微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，從而形成自己?ARM微處理器芯片進(jìn)入市場(chǎng)。 ? 基于 ARM技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了 32位 RISC微處 理器 75％以上的市場(chǎng)份額， ARM技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面。 ? 我國(guó)的 中興集成電路、 大唐電訊、中芯國(guó)際和上海華虹，以及國(guó)外的一些公司如德州儀器、意法半導(dǎo)體、 Philips、Intel、 Samsung等都推出了自己設(shè)計(jì)的基于 ARM核的處理器。 ARM 原理與應(yīng)用 ARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域 ? 工業(yè)控制領(lǐng)域：作為 32的 RISC架構(gòu)，基于 ARM核的微控制器芯片不但占據(jù)了高端微控制器市場(chǎng)的大部分市場(chǎng)份額，同時(shí)也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展， ARM微控制器的低功耗、高性價(jià)比，向傳統(tǒng)的 8位 /16位微控制器提出了挑戰(zhàn)。 ARM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn) ? 到目前為止， ARM微處理器及技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)廣泛深入到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域 ARM 原理與應(yīng)用 ARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域 ARM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn) ? 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用 ARM技術(shù)的ADSL芯片正逐步獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。此外， ARM在語音及視頻處理上行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，也對(duì) DSP的應(yīng)用領(lǐng)域提出了挑戰(zhàn)。 ? 消費(fèi)類電子產(chǎn)品： ARM技術(shù)在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機(jī)頂盒和游戲機(jī)中得到廣泛采用。 ? 成像和安全產(chǎn)品：現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機(jī)和打印機(jī)中絕大部分采用 ARM技術(shù)。手機(jī)中的 32位 SIM智能卡也采用了ARM技術(shù)。 ? …… ARM 原理與應(yīng)用 ARM微處理器的特點(diǎn) 低功耗 低成本 高性能 ?采用 RISC指令集 ARM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn) ?使用大量的寄存器 ?ARM/THUMB指令支持 ?三 /五級(jí)流水線 ARM 原理與應(yīng)用 ARM微處理器的特點(diǎn) — 采用 RISC體系結(jié)構(gòu) ARM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn) ? 采用 RISC架構(gòu)的 ARM處理器一般具有如下特點(diǎn)： ? 固定長(zhǎng)度的指令格式，指令歸整、簡(jiǎn)單、基 本尋址方式有 2～ 3種； ? 使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行； ? 大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對(duì)寄存器進(jìn)行操作，只有加載 /存儲(chǔ)指令可以訪問存儲(chǔ)器，以提高指令的執(zhí)行效率。 ARM 原理與應(yīng)用 ARM微處理器的特點(diǎn) — 大量使用寄存器 ARM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn) ? ARM 處理器共有 37個(gè)寄存器，被分為若干個(gè)組，這些寄存器包括： ? 31個(gè)通用寄存器，包括程序計(jì)數(shù)器（ PC 指針），均為 32位的寄存器； ? 6個(gè)狀態(tài)寄存器，用以標(biāo)識(shí) CPU的工作狀態(tài)及程序的運(yùn)行狀態(tài)，均為 32位。 ARM 原理與應(yīng)用 ARM微處理器的特點(diǎn) — 高效的指令系統(tǒng) ARM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn) ? ARM微處理器支持兩種指令集： ARM指令集和 Thumb指令集。 ? ARM指令為 32位的長(zhǎng)度， Thumb指令為 16位長(zhǎng)度。Thumb指令集為 ARM指令集的功能子集，但與等價(jià)的 ARM代碼相比較，可節(jié)省 30％～ 40％以上的存儲(chǔ)空間，同時(shí)具備32位代碼的所有優(yōu)點(diǎn)。 ARM 原理與應(yīng)用 ARM微處理器的特點(diǎn) — 其他技術(shù) ARM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn) 除此以外， ARM體系結(jié)構(gòu)還采用了一些特別的技術(shù)，在保證高性能的前提下盡量縮小芯片的面積，并降低功耗： ? 所有的指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結(jié)果決定是否被執(zhí)行，從而提高指令的執(zhí)行效率。 ? 可用加載 /存儲(chǔ)指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。 ? 可在一條數(shù)據(jù)處理指令中同時(shí)完成邏輯處理和移位處理。 ? 在循環(huán)處理中使用地址的自動(dòng)增減來提高運(yùn)行效率。 ARM 原理與應(yīng)用 ARM微處理器系列 ARM微處理器系列 ? ARM7系列 ? ARM9系列 ? ARM9E系列 ? ARM10E系列 ? SecurCore系列 ? Intel的 Xscale ? 其中， ARM ARM ARM9E和 ARM10為 4個(gè)通用處理器系列，每一個(gè)系列提供一套相對(duì)獨(dú)特的性能來滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。 SecurCore系列專門為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。 ARM 原理與應(yīng)用 ARM7微處理器系列 ? ARM7系列是為低功耗的 32位 RISC處理器，最適合用于對(duì)價(jià)位和功耗要求較高的消費(fèi)類應(yīng)用。 ARM7系列有如下特點(diǎn)： ?具有嵌入式 ICE－ RT邏輯，調(diào)試開發(fā)方便； ?極低的功耗，適合對(duì)功耗要求較高的應(yīng)用，如便攜式產(chǎn)品； ?能夠提供 ； ?代碼密度高，并兼容 16位的 Thumb指令集； ?對(duì)操作系統(tǒng)的支持廣泛，如 Windows CE、 Linux、 Palm OS等； ?指令系統(tǒng)與 ARM9系列、 ARM9E系列和 ARM10E系列兼容，便于用戶的產(chǎn)品升級(jí)換代； ?主頻最高可達(dá) 130M，高速的運(yùn)算處理能力能勝任絕大多數(shù)的復(fù)雜應(yīng)用。 ARM微處理器系列 ARM 原理與應(yīng)用 ARM7微處理器系列 ARM微處理器系列 ? 主要應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)控制、 Inter設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備、移動(dòng)電話等多種多媒體和嵌入式應(yīng)用。 ? ARM7系列微處理器包括如下幾種類型的核：ARM7TDMI、 ARM7TDMIS、 ARM720T、 ARM7EJ。其中， ARM7TMDI是目前使用最廣泛的 32位嵌入式 RISC處理器，屬低端 ARM處理器核。 TDMI的基本含義為： T：支持 16為壓縮指令集 Thumb； D：支持片上 Debug； M：內(nèi)嵌硬件乘法器（ Multiplier） I：嵌入式 ICE，支持片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)； ARM 原理與應(yīng)用 ARM9微處理器系列 ARM微處理器系列 ? ARM9系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的表現(xiàn)。具有以下特點(diǎn)： ?5級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。 ?提供 。 ?支持 32位 ARM指令集和 16位 Thumb指令集。 ?支持 32位的高速 AMBA總線接口。 ?全性能的 MMU，支持 Windows CE、 Linux、 Palm OS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。 ?MPU支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。 ?支持?jǐn)?shù)據(jù) Cache和指令 Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。 ARM 原理與應(yīng)用 ARM9微處理器系列 ?ARM9系列微處理器主要應(yīng)用于無線設(shè)備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機(jī)頂盒、高端打印機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等。 ARM微處理器系列 ?ARM9系列微處理器包含 ARM920T、 ARM922T和 ARM940T三種類型，以適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。 ARM 原理與應(yīng)用 ARM9E微處理器系列 ARM微處理器系列 ?ARM9E系列微處理器的主要特點(diǎn)如下： ?支持 DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場(chǎng)合。 ?5級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。 ?支持 32位 ARM指令集和 16位 Thumb指令集。 ?支持 32位的高速 AMBA總線接口。 ?支持 VFP9浮點(diǎn)處理協(xié)處理器。 ?全性能的 MMU，支持眾