【正文】 3C H A P T E RARM7體系結(jié)構(gòu)第 3章 目錄內(nèi)部框圖數(shù)據(jù)類(lèi)型q8.程序狀態(tài)寄存器I/O第 3章 目錄內(nèi)部框圖數(shù)據(jù)類(lèi)型q8.程序狀態(tài)寄存器I/OARM簡(jiǎn)介n ARM公司簡(jiǎn)介 ARM是 Advanced RISC Machines的縮寫(xiě)，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)。ARM簡(jiǎn)介n 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簡(jiǎn)介n 微處理器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，通常由 3大部分組成：控制單元、算術(shù)邏輯單元和寄存器。 算術(shù)邏輯單元寄存器控制單元微處理器存儲(chǔ)器輸入 輸出ARM簡(jiǎn)介nARM處理器的應(yīng)用n 當(dāng)前主要應(yīng)用于消費(fèi)類(lèi)電子領(lǐng)域；n 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n 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，n “ 掌上計(jì)算 ” 相關(guān)的所有領(lǐng)域皆為其所主宰。n 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n 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)：167。大的、統(tǒng)一的寄存器文件；167。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；167。簡(jiǎn)單的尋址模式 。167。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n ARM體系結(jié)構(gòu)ARM體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：167。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；167。地址自動(dòng)增加和減少尋址模式，優(yōu)化程序循環(huán)；167。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 。167。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n 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n 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：167?；镜臄?shù)據(jù)處理指令（不包括乘法）；167。字節(jié)、字和半字加載 /存儲(chǔ)指令；167。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；167。在操作系統(tǒng)調(diào)用中使用的軟件中斷指令。ARM簡(jiǎn)介n 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)：167。具有乘法和乘加指令；167。支持協(xié)處理器；167。快速中斷模式中的兩個(gè)以上的分組寄存器；167。具有原子性加載 /存儲(chǔ)指令 SWP和 SWPB。ARM簡(jiǎn)介n 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：167。具有乘法和乘加指令；167。支持協(xié)處理器；167?？焖僦袛嗄Ｊ街芯哂械膬蓚€(gè)以上的分組寄存器；167。具有原子性加載 /存儲(chǔ)指令 SWP和 SWPB。ARM簡(jiǎn)介n 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)：167。半字加載 /存儲(chǔ)指令；167。字節(jié)和半字的加載和符號(hào)擴(kuò)展指令；167。具有可以轉(zhuǎn)換到 Thumb狀態(tài)的指令（ BX）；167。增加了用戶(hù)模式寄存器的新的特權(quán)處理器模式。ARM簡(jiǎn)介n 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：167。改進(jìn)了 ARM/Thumb狀態(tài)之間的切換效率；167。E增強(qiáng)型 DSP指令集 ,包括全部算法操作和 16位乘法操作；167。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n 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 ARM10SecurCoreXscaleARM11Cortex預(yù)?。?Fetch）譯碼（ Decode）執(zhí)行（ Execute）預(yù)?。?Fetch）譯碼（ Decode）執(zhí)行（ Execute）訪存（ Memory）寫(xiě)入（ Write）預(yù)?。?Fetch）譯碼（ Decode）發(fā)送（ Issue）預(yù)?。?Fetch）預(yù)?。?Fetch）執(zhí)行（ Execute）訪存（ Memory）寫(xiě)入（ Write）譯碼（Decode）發(fā)送（ Issue）執(zhí)行（ Execute）轉(zhuǎn)換（ Snny）訪存（ Memory）寫(xiě)入（ Write）ARM7ARM9ARM10ARM11ARM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； ARM720T： 帶 MMU的 處 理器核心，支持操作系 統(tǒng) ；ARM7EJS： 帶 有 DSP和 JazelleTM技 術(shù) ，能 夠?qū)崿F(xiàn) Java加速功能? 馮 ?諾 伊曼體系 結(jié) 構(gòu)；? ARMTDMI是目前 應(yīng) 用最廣的微 處 理器核? ARM720T帶 有 MMU和 8KB的指令數(shù)據(jù)混合cache；? ARM7EJ執(zhí) 行 ARMv5TEJ指令， 5級(jí) 流水 線，提供 Java加速指令，沒(méi)有存 儲(chǔ) 器保 護(hù) 。ARM9 ARM920T： 帶 有獨(dú)立的 16KB數(shù)據(jù)和指令 Cache；ARM922T： 帶 有獨(dú)立的 8位 KB數(shù)據(jù)和指令 Cache；ARM940T–包括更小數(shù)據(jù)和指令Cache和一個(gè) MPU? 基于 ARM9TDMI， 帶 16位的 Thumb指令集，增 強(qiáng) 代 碼 密度最多到 35%；? 在 藝 下最高性能可達(dá)到 300MIPS（ Dhrystone 準(zhǔn)）；? 集成了數(shù)據(jù)和指令 Chche；? 32位 AMBA總線 接口的 MMU支持；? 可在 、 藝 的硅芯片上 實(shí)現(xiàn) 。ARM簡(jiǎn)介ARM9E ARM926EJS： Jazelle技 術(shù) ，有MMU，可配置的數(shù)據(jù)和指令Cache,TCM接口；ARM946ES：可配置的數(shù)據(jù)和指令 Cache及 TCM。ARM966ES： 針對(duì) 要求高性能和低功耗的可 預(yù)測(cè) 的指令 執(zhí) 行 時(shí)間的硬 實(shí)時(shí)應(yīng) 用 設(shè)計(jì) ARM968ES：最小、功耗最小的ARM9E系列 處 理器， 針對(duì) 嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng) 用 設(shè)計(jì) ；?ARM9E是 針對(duì) 微控制器、 DSP和 Java的 單處理器解決方案； ?ARMJazelle技 術(shù) 提供 8倍的 Java加速性能 (ARM926EJS)；?5級(jí) 整數(shù)流水 線 ； ?在 藝 下最高性能可達(dá)到 300MIPS（Dhrystone 準(zhǔn)）；?可 選擇 的 向量浮點(diǎn) 單 元 VFP9協(xié)處 理器指令優(yōu) 秀海浮點(diǎn)性能， 對(duì) 于 3D圖 形加速和 實(shí)時(shí) 控制可達(dá)到 215MFLOPS。?高性能的 AHB總線 ， 帶 MMU?可在 ,, 藝 的硅芯片上實(shí)現(xiàn) 。 ARM10E ARM1020E： 帶 DSP指令集，在片調(diào)試 功能，獨(dú)立的 32KB數(shù)據(jù)和指令 Cache， MMU支持；ARM1022E：與 ARM1020E相同，只是獨(dú)立的數(shù)據(jù)和指令 Cache變?yōu)?6KB；ARM1026EJS：同 時(shí) 具有 MPU和MMU，可 綜 合版本； ?帶 分支 預(yù)測(cè) 的 6級(jí) 整數(shù)流水 線 ；?在 藝 下最高性能可達(dá)到 430MIPS（Dhrystone 準(zhǔn)）；?對(duì) 于 3D圖 形運(yùn)算和 實(shí)時(shí) 控制采用 VFP協(xié)處 理器，浮點(diǎn)運(yùn)算性能最高可達(dá) 650MFLOPS；?雙 64位 AMBA總線 接口和 64位內(nèi)部 總 路 線 接口；?優(yōu) 化的 緩 存 結(jié) 構(gòu)提高了 處 理器 訪問(wèn) 低速存 儲(chǔ)器的性能；?可在 ,, 藝 的硅芯片上實(shí)現(xiàn)ARM簡(jiǎn)介ARM11 ARM11MPCore：可 綜 合的多處 理器核， 1至 4個(gè) 處 理器可配置；ARM1136J(F)S：可配置的數(shù)據(jù)和指令 Cache，可提供 的 MPEG4編碼 加速功能；ARM1156T2(F)S： 帶 集成浮點(diǎn) 協(xié)處 理器， 帶 內(nèi)存保 護(hù)單元 MPU；ARM1176JZ(F)S： 帶針對(duì)CPU和系 統(tǒng) 安全架構(gòu) 擴(kuò) 展的TrustZone技 術(shù) 。?增 強(qiáng) 的 Thumb、 Jazelle、 DSP擴(kuò) 展支持； ?帶 片上和系 統(tǒng) 安全 TrustZone技 術(shù) 支持 ；?在 藝 下最高可達(dá)到 550MHz；?MPCore在 藝 下最高性能可達(dá)到740MIPS（ Dhrystone 準(zhǔn)）；?支持多媒體指令 SIMD；?采用三種 電 源模式：全速 /待命 /休眠?集成 DMA的 TCM?低功耗、高性能。 SecurCoreSC100：第一個(gè) 32位安全 處 理器；、 SC110：在 SC100上增加密 鑰協(xié)處 理器；SC200： 帶 Jazelle技 術(shù) 的高 級(jí)安全 處 理器；SC210：在 SC200上增加密 鑰協(xié)處 理器?SecurCore是 專(zhuān)門(mén)為 智能卡、安全 IC提供的 32位安全 處 理器， 為電 子商 務(wù) 、 銀行、網(wǎng) 絡(luò) 、移 動(dòng) 多媒體、公共交通提供安全解決方案；?體 積 小、功耗低，代 碼壓縮 密度高；?為 快速增 長(zhǎng) 的 Java卡平臺(tái)提供 Java加速功能；ARM簡(jiǎn)介Cortex CortexA：面向 應(yīng) 用的微 處 理器， 針對(duì) 復(fù) 雜 操作系 統(tǒng) 和 應(yīng)用程序 設(shè)計(jì) ；CortexR： 針對(duì)實(shí)時(shí) 系 統(tǒng) 的嵌入式 處 理器；CortexM： 針對(duì) 成本敏感 應(yīng)用 優(yōu) 化的深度嵌入式 處 理器；?2023年 發(fā) 布，提供增 強(qiáng) 的媒體和數(shù)字 處理能力，增加了系 統(tǒng) 性能；?支持 ARM、 Thumb、 Thumb2指令集；?Thumb2指令集提供了更高的代 碼 存 儲(chǔ)密度， 進(jìn) 一步降低成本；Intel系列 StrongARM： ARMv4體系XScale： ARMv5TE體系，增加 MMX指令?StrongARM主要 應(yīng) 用于手持 設(shè)備 和 PDA， 5級(jí) 流水 線 ，具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)和指令Cache，不支持 Thumb指令集，目前已停產(chǎn) ；?XScale是目前 Intel公司主推的高性能嵌入式 處 理器，分通用 處 理器、網(wǎng) 絡(luò)處 理器和 I/O處 理器三 類(lèi) 。其中通用 處 理器有PXA25x、 PXA26x、 PXA27x三個(gè)系列，被廣泛 應(yīng) 用于智能手機(jī)、 PDA領(lǐng) 域。ARM簡(jiǎn)介第 3章 目錄內(nèi)部框圖數(shù)據(jù)類(lèi)型q8.程序狀態(tài)寄存器I/OARM7TDMIn 簡(jiǎn)介 ARM7TDMI基于 ARM體系結(jié)構(gòu) V4版本，是目前低端的 ARM核 。具有廣泛的應(yīng)用，其最顯著的應(yīng)用為數(shù)字移動(dòng)電話。注意 ： “ARM 核 ” 并不是芯片， ARM核與其它部件如 RAM、 ROM、片內(nèi)外設(shè)組合在一起才能構(gòu)成現(xiàn)實(shí)的芯片。ARM7TDMIn 簡(jiǎn)介 ARM7TDMI支持 32位尋址范圍，并彌