【正文】 ? 優(yōu)化編譯 。 操作數(shù)由加載 /存儲指令從存儲器取出放寄存器內(nèi)操作 。 。 返回 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 43 ARM10E ? ARM10E微處理器系列 特點(diǎn)： 帶分支預(yù)測的 6級整數(shù)流水線； ? 在 430MIPS（ Dhrystone ）； ? 對于 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)提高了處理器訪問低速存儲器的性能； ? 可在 , , 返回 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 44 ARM11 ? ARM11微處理器系列 特點(diǎn)： 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 550MHz； ? MPCore在 740MIPS（Dhrystone ）； ? 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 返回 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 45 ARM處理器工作狀態(tài) ?ARM和 Thumb狀態(tài) ARM指令系統(tǒng)（ V4版以后具有 Thumb指令集）： ? 32位 ARM指令集：固定的 32位指令， Load/Store RISC特征， 3地址格式。在接下來的時(shí)鐘周期，當(dāng)處理器請求存儲器訪問時(shí)，它為低。 nRW為高表明是 ARM7TDMI的寫周期， nRW為低表明是 ARM7TDMI的讀周期。若 nRESET保持到超過最大地址界限，則地址溢出為零。 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 35 nRESET信號 ? nRESET(not reset) ? 用于從已知的地址啟動處理器。當(dāng)nWAIT不使用時(shí)，它必須接高。時(shí)鐘速度可以減慢到以允許訪問慢速外設(shè)或存儲器。此信號用來防止控制器允許其它器件訪問存儲器。若系統(tǒng)沒有要求，則禁止地址驅(qū)動， ABE必須接高。 ? 例如，當(dāng)與 ROM接口時(shí)，在數(shù)據(jù)被讀出之前地址必須一直有效。 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 29 ALE信號 ? ALE(address latch enable) ? 提供這個(gè)信號用以與以前的 ARM處理器兼容。 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 22 ARM處理器的分類 結(jié)構(gòu)體系版本（ Architecture） ? ARM v4T ? ARM v5TE ? ARM v6 ? ARM Cortex (v7) Processor Family ? ARM7 ? ARM9 ? ARM10 ? ARM11 ? ARM Cortex 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 23 ARM各系列處理器 ? ARM公司開發(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)很罕見了。 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 20 ARM體系結(jié)構(gòu)版本 ? 各 ARM體系結(jié)構(gòu)版本 —— V6 V6版架構(gòu)是 2022年發(fā)布的，首先在 2022年春季發(fā)布的 ARM11處理器中使用。 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 16 ARM體系結(jié)構(gòu)版本 ? 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 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 /存儲指令 SWP和 SWPB。 算術(shù)邏輯單元 寄存器 組 控制單元 CU 微處理器 存儲器 輸入 輸出 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 13 ARM協(xié)處理器接口 ? ARM為了便于片上系統(tǒng) SOC的設(shè)計(jì)， ARM處理器內(nèi)核盡可能精簡，要增加系統(tǒng)的功能，可以通過協(xié)處理器來實(shí)現(xiàn)。目前， ARM已經(jīng)牢牢占領(lǐng)手機(jī)、PDA以及其他的掌上電子產(chǎn)品市場，這些領(lǐng)域都非常注重軟件兼容和設(shè)計(jì)延續(xù)性， ARM在這些領(lǐng)域會繼續(xù)保持優(yōu)勢。而相對同時(shí)期的其他解決方案， ARM架構(gòu)的能效比優(yōu)勢非常明顯。 數(shù)字信號處理器 DSP通常采用哈佛結(jié)構(gòu) ， ARM9嵌入式微處理器亦采用此結(jié)構(gòu)。 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 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 指令和數(shù)據(jù)存儲在相同的內(nèi)存空間，但存儲地址不同。 諾依曼結(jié)構(gòu) /普林斯頓結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 4 馮 指令與數(shù)據(jù)的存取采用不同總線，取指令和存取數(shù)據(jù)可同時(shí)進(jìn)行，微處理器具有較高的執(zhí)行效率。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) 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 8 ARM ARM公司簡介 將技術(shù)授權(quán)給其它芯片廠商 形成各具特色的 ARM芯片 . . . 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 9 ARM Family ARM7? Family ARM9? Family ARM10? Family ARM11? Family 150DMIPS 300 DMIPS 500 DMIPS 1000 DMIPS ARM Cortex ? Family ARM720T ARM1136J ARM1176JZ ARM1026E ARM920T/ARM922T ARM926EJ Cortex A Application Processor ARM7TDMI ARM1156T2 ARM1026E ARM946E Cortex R Embedded RT Controller ARM7TDMI ARM966E ARM968E Cortex M Microcontroller ARM Architecture 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 10 ARM處理器的技術(shù)優(yōu)勢 ? 低能耗：當(dāng)初剛剛起步的嵌入式應(yīng)用對運(yùn)算性能并不苛求，但對芯片的功耗卻相當(dāng)敏感。 ? 得到大量的軟件支持：包括 Windows CE、 Symbian和Palm OS在內(nèi)的手持設(shè)備三種主要操作系統(tǒng)系統(tǒng)都是基于 ARM架構(gòu)所設(shè)計(jì)。 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 12 ARM處理器內(nèi)核 ? 微處理器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，通常由 4部分組成：控制 部件 、算術(shù)邏輯 部件、 寄存器 組和內(nèi)部總線 。 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 14 協(xié)處理器號 功能 15 系統(tǒng)控制 14 調(diào)試控制器 138 保留 74 用戶 30 保留 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 15 ARM體系結(jié)構(gòu)版本 ? 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。 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 19 ARM體系結(jié)構(gòu)版本 ? 各 ARM體系結(jié)構(gòu)版本 —— V5 在 V4版本的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)在指令的定義進(jìn)行了必要的修正，對 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。 ? 所有 ARMv7 profiles實(shí)現(xiàn) Thumb2技術(shù)，同時(shí)還包括了 NEON?技術(shù)的擴(kuò)展提高 DSP和多媒體處理吞吐量 400％ ，并提供浮點(diǎn)支持以滿足下一代 3D圖形和游戲以及傳統(tǒng)嵌入式控制應(yīng)用的需要。 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 25 A L E A [ 3 1 : 0 ] A B En E N O U T n E N I ND B E D [ 3 1 : 0 ]掃 描 控 制指 令 譯 碼 和邏 輯 控 制D B G R Q IB R E A K P T ID B G A C KE C L Kn E X E CI S Y N CB L [ 3 : 0 ]A P EM C L Kn W A I Tn R WM A S [ 1 : 0 ]n I R Qn F I Qn R E S E TA B O R Tn T R A N Sn M R R E Qn O P CS E QL O C Kn C P IC P AC P Bn M [ 4 : 0 ]T B ET B I TH I G H Z指 令 流 水 線讀 數(shù) 據(jù) 寄 存 器T h u m b 指 令 控 制 器寫 數(shù) 據(jù) 寄 存 器PC總線A總線桶 形 移 位 器3 2 X 8 乘 法 器寄 存 器 組( 3 1 x 3 2 位 寄 存 器 )( 6 狀 態(tài) 寄 存 器 )地 址 寄 存 器B總線地 址增 量 器增量器總線ALU總線3 2 位 A L U計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 26 A R M 7 T D M IM C L Kn W A I TE C L Kn I R Qn F I QI S Y N Cn R E S E TB U S E NH I G H Zn H I G H ZB I G E N On E N I Nn E N O U Tn E N O U T IA B EA L EA P ED B ET B EB U S D I SE C A P A L KD B G R QB R E A K P TD B G A CKn E X E CE X T E R N 1E X T E R N 0D B G E NR A N G E O U T0R A N G E O U T1D B G R Q IC O M M R XC O M M T XI N S T R V A L I DD O U T [ 3 1 : 0 ]D [ 3 1 : 0 ]D I N [ 3 1 : 0 ]n M R E QS E Qn R WM A S [ 1 : 0 ]B L [ 3 : 0 ]L O C Kn T R A N SA B O R TV D DV S Sn O P Cn C P IC P AC P BT C KT M ST D In T R S TT D On T R S TT D OT A P S M [ 3 : 0 ]I R [ 3 : 0 ]n T D O E NT C K 1T C K 2S C R E G [ 3 : 0 ]n M [ 4 : 0 ]T B I TA [ 3 1 : 0 ]1 1邊 界掃 描邊 界 掃 描控 制 信 號處 理 器 模 式處 理 器 狀 態(tài)存 儲 器接 口存 儲 器管 理 接 口電 源協(xié) 處 理接 口調(diào) 試總 線控 制中 斷時(shí) 鐘 和定 時(shí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 27 ARM7TDIM部分信號解釋 ? APE(address pipe line enable) ? ALE(address latch enable) ? ABE(address bus enable) ? LOCK(locked operation) ? MCLK(memory clock input) ? nWAIT(not wait) ? ECLK(external clock output) ? nRESET(not reset) ? nRW(not read/write) ? nMREQ(not memory request) 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 28 APE信號 ? APE(address pipe line enable) ? 選擇地址總線、 LOCK、 MAS[1:0]、 nRW、 nOPC和 nTRANS信號是操作在流水線方式 (APE為高 )還是非流水線方式 (APE為低 )。這可允許這些地址信號在整個(gè)存儲器訪問周期內(nèi)都有效。 ? 也用同樣的方法控制 LOCK、 MAS[1:0]、 nRW、 nOPC和nTRANS信號。 ? 當(dāng)處理器執(zhí)行一個(gè)鎖定內(nèi)存區(qū)訪問時(shí)為高，則表明正在執(zhí)行 SWP和 SWPB指令。 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所 32 MCLK信號 ? MCLK(memory clock input) ? 所有存儲器訪