【正文】 中斷 (irq) 用于通用中斷處理 IRQ異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式 管理 (svc) 操作系統(tǒng)保護(hù)代碼 系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式 中止 (abt) 用于支持虛擬內(nèi)存和 /或存儲(chǔ)器保護(hù) 在 ARM7TDMI沒有大用處 未定義 (und) 支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真 未定義指令異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式 這兩種模式都不能由異常進(jìn)入，而且它們使用完全相同的寄存器組。 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)?16KB； ARM1026EJS：同時(shí)具有 MPU和MMU，可綜合版本； ?帶分支預(yù)測的 6級(jí)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(chǔ)器的性能； ?可在 , , 現(xiàn) 52 ARM處理器結(jié)構(gòu)綜述（三） ARM11 ARM11 MPCore：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 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 CPU和系統(tǒng)安全架構(gòu)擴(kuò)展的 TrustZone技術(shù)。 ? LDR指令沒有引起流水線互鎖 1 2 3 4 5 6 7 8 9 F D E W F D E W F E W F D E W F D W E F D E W F – 取指（ Fetch） D – 解碼（ Decode） E – 執(zhí)行（ Execute） I – 互鎖（ Interlock） M – 存儲(chǔ)器（ Memory ） W –寫回（ Writeback） M D 46 LDM互鎖 (1) ? 本例中，用了 8個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行 5條指令， CPI = ? 在 LDM期間，有并行的存儲(chǔ)器訪問和回寫周期 周期 操作 LDMIA R13!, {R0R3} SUB R9, R7, R8 ORR R8, R4, R3 AND R6, R3, R1 1 2 3 4 5 6 7 8 STR R4, [R9] 9 F – 取指（ Fetch） D – 解碼（ Decode） E – 執(zhí)行（ Execute） MW存儲(chǔ)器和回寫同時(shí)執(zhí)行 I – 互鎖（ Interlock） M – 存儲(chǔ)器（ Memory ） W –寫回（ Writeback） F D E W F D E W D E F D E W F M D W E I I I I I I M F MW MW MW 47 LDM 互鎖 (2) ? 本例中，用了 9個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行 5條指令， CPI = ? 此處 SUB 使用了 R3，增加了一個(gè)額外的互鎖周期來完成該寄存器數(shù)據(jù)的獲取 ? 這種情況對任何 LDM 指令，像帶 IA, DB, FD,等，都會(huì)發(fā)生 。適用于要求有存儲(chǔ)器保護(hù)但沒有復(fù)雜存儲(chǔ)器系統(tǒng)映射的系統(tǒng)； ? 提供全面保護(hù)的存儲(chǔ)器管理單元（ MMU）： MMU使用一組轉(zhuǎn)化表，以提供精細(xì)的存儲(chǔ)器控制。 18 ARM的發(fā)展歷程 2 ? 1991 ARM 推出第一款 RISC嵌入式微處理器核 ARM6 ? 1993 ARM 推出 ARM7 核 ? 1995 – ARM的 Thumb擴(kuò)展指令集結(jié)構(gòu)為 16位系統(tǒng)增加了 32位的性能 ,提供業(yè)界領(lǐng)先的代碼密度 19 ARM的發(fā)展歷程 3 ARM 8,810ARM 7D,7DMARM 2,31985 90 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997ARM 7TDM IARM 6,60,610ARM 7,710M IP S204060801000St ron gARMARM 9,92020 ARM處理器的 3大特點(diǎn)如下： ? 小體積、低功耗、成本低、高性能； ? 16位 /32位雙指令集； ? 全球眾多的合作伙伴。目前， Motorola、 IBM、 TI、 Philips、VLSI、 Atmel和 Samsung等幾十家大的半導(dǎo)體公司都獲得了 ARM公司的授權(quán)，生產(chǎn)形態(tài)各異的 ARM芯片 ARM的發(fā)展歷程 2 16 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。 ARM2可能是當(dāng)時(shí)最簡化的 32位微處理器，上面僅有30000個(gè)晶體管（ 4年前 Motorola公司的 68000則有 68000個(gè)晶體管）。 EEMBC驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室研究指出，Dhrystone不適于作為嵌入式系統(tǒng)的測試向量。主要是從存儲(chǔ)器中所得到的數(shù)據(jù)（這些數(shù)據(jù)被送到算術(shù)邏輯單元中進(jìn)行處理）和算術(shù)邏輯單元中處理好的數(shù)據(jù)（再進(jìn)行算術(shù)邏輯運(yùn)行或存入到存儲(chǔ)器中。為實(shí)現(xiàn)多媒體加速功能，嵌入式微處理器的設(shè)計(jì)者在傳統(tǒng)的微處理器指令集的基礎(chǔ)上增加JPEG和 MPEG解壓縮的離散余弦變換指令。（影響代碼密度的另外一個(gè)主要因素是所采用的 C編譯器。 4 嵌入式處理器評價(jià)指標(biāo)（ 1） ? 功耗。目前 32位嵌入式微處理器是市場的主流。傳統(tǒng)的 CISC指令集計(jì)算機(jī)具有較好的代碼存儲(chǔ)密度。嵌入式微處理器一般都為專用市場設(shè)計(jì)的，需要較高的集成度。 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 7 嵌入式處理器的基本結(jié)構(gòu)（ 2） ? 控制單元：主要負(fù)責(zé)取指、譯碼和取操作數(shù)等基本動(dòng)作，并發(fā)送主要的控制指令。測試方法是計(jì)算在單位時(shí)間內(nèi)各類指令的平均執(zhí)行條數(shù)，單位： MIPS?；诿棵腌娝惴▓?zhí)行的次數(shù)和編譯代碼大小的統(tǒng)計(jì)結(jié)果 。 1998年 ARM公司在倫敦證券交易所和 NASDAQ上市。如廠商可為多媒體信號(hào)處理加入相關(guān)的指令集，或?yàn)?Java相關(guān)的應(yīng)用加入高效執(zhí)行單元，或增加 3D圖形協(xié)處理器等等。 ARM處理器的特點(diǎn) 21 ARM 授權(quán)費(fèi) IP ARM 創(chuàng)造和 設(shè)計(jì) IP Partner 產(chǎn)品，例如：芯片 Partner把 ARM IP 和其他 IP 集成進(jìn)產(chǎn)品 OEM Customer 版權(quán)費(fèi) 單價(jià) OEM 用來自ARM Partner的芯片設(shè)計(jì)制造最終用戶產(chǎn)品 業(yè)務(wù)拓展 / 市場格局 ARM的業(yè)務(wù)模型 22 ARM 微處理器 ? 微處理器核 : ARM6, ARM7, ARM9, ARM10, ARM11 ? 擴(kuò)展 : Thumb, DSP, SIMD, Jazelle etc. ? 其它 IP核 : UART, GPIO, memory controllers, etc 23 ARM處理器的使用量 ARM 2022 24 ARM體系結(jié)構(gòu)版本 1 ? Version 1 (obsolete) ? 基本數(shù)據(jù)處理 ? 字節(jié) ,字以及多字 load/store ? 軟件中斷 ? 26 bit 地址總線 ? Version 2 (obsolete) ? Multiply amp。 38 協(xié)處理器 ? 協(xié)處理器可以附屬于 ARM處理器，一個(gè)協(xié)處理器通過擴(kuò)展指令或提供配臵寄存器來擴(kuò)展內(nèi)核處理功能； ? 協(xié)處理器可以通過一組專門的、提供 loadstore類型接口的 ARM指令來訪問。 49 帶 Cache的 ARM9TDMI ARM9TDMI D Cache I Cache MMU GLUE 外部 存儲(chǔ)器 ARM920T 2x 16K caches MMU 支持虛擬地址和內(nèi)存保護(hù) 寫緩沖 ARM940T 2x 4K caches MPU 寫緩沖 ARM9xxT 50 ARM處理器結(jié)構(gòu)綜述（一） 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 Jazelle TM 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，沒有存儲(chǔ)器保護(hù)。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。 系統(tǒng) (sys) 用戶 (usr) 67 寄存器類別 寄存器在匯編中的名稱 各模式下實(shí)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(jì)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(SL,v7) R10 R10_fiq * R11(FP,v8) R11 R11_fiq * R12(IP) R12 R12_fiq * R13(SP) R13 R13_svc* R13_abt * R13_und * R13_irq * R13_fiq * R14(LR) R14 R14_svc * R14_abt * R14_und * R14_irq * R14_fiq * R15(PC) R15 狀態(tài)寄存器 R16(CPSR) CPSR SPSR 無 SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq ARM狀態(tài)各模式下的寄存器 68 寄存器類別 寄存器在匯編中的名稱 各模式下實(shí)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(jì)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(SL,v7) R10 R10_fiq R11(FP,v8) R11 R11_fiq R12(IP) R12 R12_fiq R13(SP) R13 R13_svc R13_abt R13_und R13_irq R13_fiq R14(LR) R14 R14_svc R14_abt R14_und R14_irq R14_fiq R15(PC) R15 狀態(tài)寄存器 CPSR CPSR SPSR 無 SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq ARM狀態(tài)各模式下的寄存器 SPSR_fiq SPSR_irq SPSR_und SPSR_abt SPSR_abt CPSR R15 R14_fiq R14_irq R14_und R14_abt R14_svc R14 R13_fiq R13_irq R13_und R13_abt R13_svc R13 R12_fiq R12 R11_fiq R11 R10 fiq R10 R9_fiq R9 R8_fiq R8 R7 R6 R5 R4R3 R2 R1R0 所有的 37個(gè)寄存器，分成兩大類： ?31個(gè)通用 32位寄存器； ?6個(gè)狀態(tài)寄存器。 74 寄存器類別 寄存器在匯編中的名稱 各模式下實(shí)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(jì)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(SL,v7) R10 R10_fiq R11(FP,v8) R11 R11_fiq R12(IP) R12 R12_fiq R13(SP) R13 R13_svc R13_abt R13_und R13_irq R13_fiq R14(LR) R14 R14_svc R14_abt R14_und R14_irq