【正文】 處理器包含 ARM1020E、 ARM1022E和ARM1026EJS三種類型，以適用于不同的應用場合。 ?全性能的 MMU，支持眾多主流嵌入式操作系統(tǒng)。 ?6級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。 ?主頻最高可達 300M。 ?支持 32位的高速 AMBA總線接口。 ARM處理器系列 ARM9微處理器系列 ?ARM9系列微處理器主要應用于無線設備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機頂盒、高端打印機、數(shù)字照相機和數(shù)字攝像機等。 ?支持 32位的高速 AMBA總線接口。 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，支持片上斷點和調(diào)試點； ARM處理器系列 ARM9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)。 ARM7系列有如下特點： ?具有嵌入式 ICE－ RT邏輯，調(diào)試開發(fā)方便； ?極低的功耗，適合對功耗要求較高的應用，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)品升級換代； ?主頻最高可達 130M，高速的運算處理能力能勝任絕大多數(shù)的復雜應用。 CortexR系列：面向嵌入式實時領域的嵌入式處理器，支持 ARM, Thumb,和 Thumb2 指令集。 性 能： ，可達 300 MIPS (Dhrystone )，高性能 AHB, 軟核（ soft IP） ARM10 系列 ARM1020E, ARM1022E ARM1026EJS 6級流水支持分支預測（ branch prediction），支持 DSP指令。 ? Thumb2和 TrustZone 技術 也用于 ARMv6中。 ? ARM體系結(jié)構(gòu)版本 —— V3 ARM體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 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引起未定義指令異常發(fā)生，它相對 V3版本作了以下的改進： ?半字加載 /存儲指令； ?字節(jié)和半字的加載和符號擴展指令； ?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處理器模式。Thumb指令集為 ARM指令集的功能子集，但與等價的ARM代碼相比較，可節(jié)省 30％～ 40％以上的存儲空間，同時具備 32位代碼的所有優(yōu)點。諾依曼體系結(jié)構(gòu) 指令寄存器 控制器 數(shù)據(jù)通道 輸入 輸出 中央處理器 存儲器 程序 指令 0 指令 1 指令 2 指令 3 指令 4 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 0 數(shù)據(jù) 1 數(shù)據(jù) 2 處理器體系結(jié)構(gòu)概述 哈佛體系結(jié)構(gòu) 指令寄存器 控制器 數(shù)據(jù)通道 輸入 輸出 CPU 程序存儲器 指令 0 指令 1 指令 2 數(shù)據(jù)存儲器 數(shù)據(jù) 0 數(shù)據(jù) 1 數(shù)據(jù) 2 地址 指令 地址 數(shù)據(jù) 處理器體系結(jié)構(gòu)概述 ARM微處理器的特點 ?采用 RISC指令集 1. 低功耗、低成本、高性能 ?使用大量的寄存器 ?ARM/THUMB指令支持 ?流水線 ARM處理器的特點 ARM微處理器的特點 ?固定長度的指令格式，指令歸整、簡單、基 本尋址 方式有 2～ 3種； 2. 采用 RISC體系結(jié)構(gòu) ?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)處理指令只對寄存器進行操作，只有加載 /存儲指令可以訪問存儲器，以提高指令的執(zhí)行效率。 – 哈佛結(jié)構(gòu)則是不同于馮 UESTC UESTC UESTC UESTC UESTC 電子科技大學 電子科技大學 電子科技大學 電子科技大學 自動化工程學院 第 2章 嵌入式處理器體系結(jié)構(gòu) 嵌 入 式 系 統(tǒng) 設 計 (1)處理器設計的兩種結(jié)構(gòu)形式 CISC與 RISC (2)從計算機系統(tǒng)角度，強調(diào)訪問存儲器的設計原則 馮 諾依曼結(jié)構(gòu)的一種并行體系結(jié)構(gòu)，其主要特點是 程序和數(shù)據(jù)存儲在不同的存儲空間中 ，即程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是兩個相互獨立的存儲器，每個存儲器獨立編制、獨立訪問。 ARM處理器的特點 ARM微處理器的特點 ?31個通用寄存器，包括程序計數(shù)器（ PC 指針），均為 32位的寄存器； 3. 大量使用寄存器 ?6個狀態(tài)寄存器，用以標識 CPU的工作狀態(tài)及程序的運行狀態(tài)，均為 32位。 ARM處理器的特點 ? 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， 沒有商業(yè)化 ，其特點為： ?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體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 ? ARM體系結(jié)構(gòu)版本 —— V4 在 V4版本的基礎上，對現(xiàn)在指令的定義進行了必要的修正，對 V4版本的體系結(jié)構(gòu)進行了擴展并增加了指令，具體如下： ?改進了 ARM/Thumb狀態(tài)之間的切換效率； ?E增強型 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。ARMv6第一個實現(xiàn)是 2022年春推出的ARM1136J(F)STM處理器， 2022年又推出了 ARM1156T2(F)S 和 ARM1176JZ(F)S處理器。 性能： MIPS/MHz，可達 430+ Dhrystone MIPS， 可選支持高性能浮點操作 ， 雙 64位總線接口 ，內(nèi)部 64位數(shù)據(jù)通路 系列 相應產(chǎn)品 性能特點 ARM11 系列 ARM11MPCore, ARM1136J(F)S, ARM1156T2(F)S, ARM1176JZ(F)S 8級流水線 (9級 ARM1156T2(F)S)，獨立的 loadstore和 arithmetic流水線，支持分支預測和返回棧（ Return Stack）。 CortexM系列： 面向深嵌入式價格敏感的嵌入式處理器 ， 只支持 Thumb2指令集 SecurCore 系列 SecurCore SC100，SecurCore SC200 用于 Smart Card和 Secure IC的 32bit解決方案。 ARM處理器系列 ARM7微處理器系列 ? 主要應用領域：工業(yè)控制、 Inter設備、網(wǎng)絡和調(diào)制解調(diào)器設備、移動電話等多種多媒體和嵌入式應用。具有以下特點： ?5級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。 ?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)。 ARM處理器系列 ARM9E微處理器系列 ?ARM9E系列微處理器的主要特點如下： ?支持 DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號處理的場合。 ?支持 VFP9浮點處理協(xié)處理器。 ARM處理器系列 ARM9E微處理器系列 ?ARM9E系列微處理器主要應用于下一代無線設備、數(shù)字消費品、成像設備、工業(yè)控制、存儲設備和網(wǎng)絡設備等領域。 ?支持 32位 ARM指令集和 16位 Thumb指令集。 ?支持數(shù)據(jù) Cache和指令 Cache，具有更高的處理能力 ?主頻最高可達 400M。 ARM處理器系列 SecurCore微處理器系列 ?SecurCore系列微處理器除了具有 ARM體系結(jié)構(gòu)各種主要特點外，還在 系統(tǒng)安全 方面具有如下的特點： ?帶有靈活的保護單元，確保操作系統(tǒng)和應用數(shù)據(jù)的安全。 ? SecurCore系列微處理器包含 SecurCore SC100、SecurCore SC1 SecurCore SC200和 SecurCore SC210四種類型，以適用于不同的應用場合。 一般為半導體存儲器，也稱為短期存儲器；解決讀寫 速度 問題； 包括磁盤（中期存儲器）、磁帶、光盤（長期存儲）等； 解決存儲 容量 問題； 其中： cache主存結(jié)構(gòu)解決 高速度與低成本 的矛盾； 主存 輔存結(jié)構(gòu)利用虛擬存儲器解決 大容量與低成本 的矛盾； ARM處理器的先進技術 ARM處理器的先進技術 （ 4）總線和總線橋 ? 總線是 CPU與 存儲器 和 設備 通信的機制，是計算機各部件之間傳送數(shù)據(jù)、地址和控制信息的公共通道 。 通常用 MHz表示。 – 成本：高速總線通常采用更昂貴的電路和連接器 。 – APB（ Advanced Peripheral Bus）： 用于較低性能外設的簡單連接，一般是接在 AHB系統(tǒng)總線上的第二級總線。 ? 當處理器處于 Thumb狀態(tài)時發(fā)生異常（如 IRQ、 FIQ、Undef、 Abort、 SWI等），則異常處理返回時，自動切換到 Thumb狀態(tài)。 ARM處理器的工作狀態(tài) 。 可以通過硬件的方式設置（沒有提供軟件的方式）端模式 ARM處理器的存儲器組織 大端格式 在這種格式中，字數(shù)據(jù)的高字節(jié)存儲在低地址中，而字數(shù)據(jù)的低字節(jié)則存放在高地址中 ARM處理器的存儲器組織 大端的數(shù)據(jù)存放格式 低地址 高地址 地址 A 地址 A+1 地址 A+2 地址 A+3 最高有效字節(jié)的地址就是該 word的地址 最高有效字節(jié)位于最低地址 word a=0x f6 73 4b cd f6 73 4b cd 小端格式 低地址中存放的是字數(shù)據(jù)的低字節(jié)，高地址存放的是字數(shù)據(jù)的高字節(jié) ARM處理器的存儲器組織 小端的數(shù)據(jù)格式 低地址 高地址 地址 A 地址 A+1 地址 A+2 地址 A+3 最低有效字節(jié)的地址就是該 word的地址 最低有效字節(jié)位于最低地址 word a=0x f6 73 4b cd f6 73 4b cd 數(shù)據(jù)信息 狀態(tài)信息 控制信息 數(shù)字量 模擬量 開關量 連續(xù)幾位二進制形式表示的數(shù)或字符。 ? 特權模式中，除系統(tǒng)模式外，其他 5種模式又稱為異常模式 ? 大多數(shù)的用戶程序運行在用戶模式下，此時，應用程序不能夠訪問一些受操作系統(tǒng)保護的系統(tǒng)資源，應用程序也不能直接進行處理器模式的切換。此外，特權模式可以自由的切換處理器模式，而用戶模式不能直接切換到別的模式。每種異常模式都有一些獨立的寄存器，以避免異常退出時用戶模式的狀態(tài)不可靠。 系統(tǒng) (sys) 用戶 (usr) 寄存器組織 ? ARM微處理器共有 37個 32位寄存器，其中31個為通用寄存器， 6個為狀態(tài)寄存器 。 ARM處理器的寄存器組織 分組寄存器 R8～ R12 ?每次所訪問的物理寄存器與處理器當前的運行模式有關 ?R8～ R12：每個寄存器對應兩個不同的物理寄存器 ? 當使用 fiq模式時，訪問寄存器 R8_fiq～ R12_fiq； ? 當使用除 fiq模式以外的其他模式時，訪問寄存器R8_usr～ R12_usr。 ? 由于處理器的每種運行模式均有自己獨立的物理寄存器R13，在初始化部分，都要初始化每種模式下的 R13，這樣，當程序的運行進入異常模式時，可以將需要保護的寄存器放入 R13所指向的堆棧，而當程序從異常模式返回時，則從對應的堆棧中恢復 。 ? 在每一種運行模式下，都可用 R14保存子程序的返回地址，當用 BL或 BLX指令調(diào)用子程序時，將 PC的當前值拷貝給R14，執(zhí)行完子程序后，又將 R14的值拷貝回 PC，即可完成子程序的調(diào)用返回。 ? 由于用戶模式和系統(tǒng)模式不屬于異常模式，他們沒有 SPSR，當在這兩種模式下訪問 SPSR，結(jié)果是未知的。它們是完全通用的寄存器，不會被體系結(jié)構(gòu)作為特殊用途，并且可用于任何使用通用寄存器的指令。一個用于除 FIQ模式之外的所有寄存器模式，另一個用于 FIQ模式。 fi i t i t 寄存器類別 寄存器在匯編中的名稱 各模式下實際訪問的寄存器 用戶 系統(tǒng) 管理 中止 未定義 中斷 快中斷 通用寄存器和程序計數(shù)器 R0(a1) R0 R1(a2) R1 R2(a3) R2 R3(a4) R3 R4(v1) R4 R5(v2) R5 R6(v3) R6 R7(v4) R7 R8(v5) R8 R8_fiq R9(SB,v6) R9 R9_fiq R10(