【文章內(nèi)容簡介】 27 CortexM3 實現(xiàn) $1 ARM芯片 ? ARM Cortex Architecture ? Thumb2 ISA ? 3 Stage Pipeline ? DMIPS/MHz – 30% over ARM7TDMI ? 33K gates – 30% smaller than ARM7TDMI ? Luminary Micro的 Stellaris系列 MCU產(chǎn)品售價僅 1美元 ARM CortexM3 微控制器內(nèi)核，專門針對 MCU應(yīng)用領(lǐng)域而設(shè)計，突出低成本、低功耗和高效率。 第 2章 ARM體系結(jié)構(gòu) 成于大氣 信達天下 Copyright2023lsh Chengdu University of Information Technology 28 生產(chǎn) ARM處理器的主要廠家 TI （德州儀器） ?Omap3430 CortexA8核 600MHz （諾基亞 N96） ?Omap3530 CortexA8核 600MHz ARM+DSP雙核 Samsung（三星） ?S5PC100 CortexA8核 600MHz (iPhone 3GS和 M9都應(yīng)用此芯片 ) ?S5PC110/S5PV210 CortexA8核 1GHZ Freescale（飛思卡爾） ?~1GHz（在多款上網(wǎng)本中得到應(yīng)用） 第 2章 ARM體系結(jié)構(gòu) 成于大氣 信達天下 Copyright2023lsh Chengdu University of Information Technology 29 生產(chǎn) ARM處理器的主要廠家 Marvell（馬維爾） ? PXA930 800MHz CortexA8核 ? ARMADA 500/600/1000系列 Sheeva PJ4核心 1GHz~（支持ARMv7指令集，架構(gòu)異同） Qualm（高通） ? QSD8650A/ QSD8672（ Snapdragon系列） ~ scorpion核心（支持 ARMv7指令，架構(gòu)異同） ? 驍龍 400系列（ CortexA7 ） MSM8928紅米 NOTE 4G Nvidia（英偉達） ? Tegra ARM11核 700MHz ? Tegra2 （下一代產(chǎn)品） Cortex A8（或 A9）核 MTK(聯(lián)發(fā)科 MediaTek) ? MTK MT6592八核 , CortexA7 紅米 NOTE 第 2章 ARM體系結(jié)構(gòu) 成于大氣 信達天下 Copyright2023lsh Chengdu University of Information Technology 30 主要內(nèi)容 1 ARM CPU ISA的發(fā)展歷史 2 典型 ARM CPU Core體系結(jié)構(gòu) 3 ARM編程模型 第 2章 ARM體系結(jié)構(gòu) 成于大氣 信達天下 Copyright2023lsh Chengdu University of Information Technology 31 典型 ARM CPU體系結(jié)構(gòu) —— 結(jié)構(gòu)特征 ARM內(nèi)核采用 RISC體系結(jié)構(gòu)。 ARM體系結(jié)構(gòu)的主要特征如下： （ 1）大量的寄存器， 并 可以用于多種用途。 （ 2）采用 Load/Store體系結(jié)構(gòu)。 （ 3）每條指令都條件執(zhí)行。 （ 4）采用多寄存器的 Load/Store指令。 （ 5）單周期 指令內(nèi)同時 完成移位操作和 ALU。 （ 6）通過協(xié)處理器指令集來擴展 ARM指令集。 （ 7） 體系支持 Thumb指令集 第 2章 ARM體系結(jié)構(gòu) 成于大氣 信達天下 Copyright2023lsh Chengdu University of Information Technology 32 ARM CPU Core—— ARM7TDMI結(jié)構(gòu) 第 2章 ARM體系結(jié)構(gòu) 成于大氣 信達天下 Copyright2023lsh Chengdu University of Information Technology 33 ARM7TDMI Thumb 架構(gòu)擴展 , 提供兩個獨立的指令集： ?ARM 指令，均為 32位 ?Thumb指令，均為 16位 ?兩種運行狀態(tài)，用來選擇哪個指令集被執(zhí)行 內(nèi)核具有 Debug擴展結(jié)構(gòu) 增強乘法器 (32x8) 支持 64位結(jié)果 EmbeddedICE 邏輯 ? 3 級流水線 ? 馮 〃 諾依曼架構(gòu) ? CPI(Cycle Per Instruction) 約為 第 2章 ARM體系結(jié)構(gòu) 成于大氣 信達天下 Copyright2023lsh Chengdu University of Information Technology 34 乘法器 指令 解碼 地址 自增器 nRESET nMREQ SEQ ABORT nIRQ nFIQ nRW MAS[1:0] LOCK nCPI CPA CPB nWAIT MCLK nOPC BIGEND ISYNC nTRANS nM[4:0] D[31:0] 桶 移位器 32 位 ALU DBE 寫數(shù)據(jù) 寄存器 讀數(shù)據(jù) 寄存器 地址寄存器 寄存器 Bank A[31:0] ABE 及 控制 邏輯 PC Update 解碼站 指令 解壓縮 Incrementer P C A B u s B B u s A L U B u s ARM7TDMI Core的結(jié)構(gòu) 第 2章 ARM體系結(jié)構(gòu) 成于大氣 信達天下 Copyright2023lsh Chengdu University of Information Technology 35 ARM7TDMI引腳邏輯圖 第 2章 ARM體系結(jié)構(gòu) 成于大氣 信達天下 Copyright2023lsh Chengdu University of Information Technology 36 ARM7TDMI指令流水線 為增加處理器指令流的速度， ARM7 系列使用 3級 流水線。 ? 允許多個操作同時處理，而非順序執(zhí)行。 ? PC指向正被取指的指令，而非正在執(zhí)行的指令。 Fetch Decode Execute 從存儲器中讀取指令 解碼指令中用到的寄存器 寄存器讀（從寄存器 Bank） 移位及 ALU操作 寄存器寫（到寄存器 Bank ） PC PC PC 4 PC2 PC 8 PC 4 ARM Thumb 第 2章 ARM體系結(jié)構(gòu) 成于大氣 信達天下 Copyright2023lsh Chengdu University of Information Technology 37 ARM9TDMI指令流水線 Instruction Fetch Shift + ALU Memory Access Reg Write Reg Read Reg Decode FETCH DECODE EXECUTE MEMORY WRITE ARM9TDMI ARM or Thumb Inst Decode Reg Select Reg Read Shift ALU Reg Write Thumb?ARM depress ARM decode Instruction Fetch FETCH DECODE EXECUTE ARM7TDMI 第 2章 ARM體系結(jié)構(gòu) 成于大氣 信達天下 Copyright2023lsh Chengdu University of Information Technology 38 理想的 3級流水線（ ARM7TDMI:無訪存操作） 第 2章 ARM體系結(jié)構(gòu) 成于大氣 信達天下 Copyright2023lsh Chengdu University of Information Technology 39 ARM的參有 LDR指令流水線 第 2章 ARM體系結(jié)構(gòu) 成于大氣 信達天下 Copyright2023lsh Chengdu University of Information Technology 40 CortexA8的指令流水線（ 13級） 第 2章 ARM體系結(jié)構(gòu) 成于大氣 信達天下 Copyright2023lsh Chengdu University of Information Technology 41 本節(jié)重點 ARM架構(gòu)發(fā)展史 2 3 ARM處理器特點 ARM ISA的版本情況， ISA命名規(guī)則 ARM處理器命名規(guī)則： ARM7TDMI 1 4 ARM處理器分類： M、 R、 A 第