【正文】 模式 說(shuō)明 備注 用戶 (usr) 正常程序工作模式 不能直接切換到其它模式 系統(tǒng) (sys) 用于支持操作系統(tǒng)的特權(quán)任務(wù)等 與用戶模式類似，但具有可以直接切換到其它模式等特權(quán) 快中斷 (fiq) 支持高速數(shù)據(jù)傳輸及通道處理 FIQ異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式 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(méi)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 除用戶模式外，其它模式均為 特權(quán)模式 。 ? 特權(quán)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(yùn)行在用戶模式下，此時(shí)，應(yīng)用程序不能夠訪問(wèn)一些受操作系統(tǒng)保護(hù)的系統(tǒng)資源，應(yīng)用程序也不能直接進(jìn)行處理器模式的切換。 ? 通常將 I/O所映射的存儲(chǔ)系統(tǒng)標(biāo)識(shí)為 非高速緩存 (uncachable) 和 非緩沖（ unbufferable)。 可以通過(guò)硬件的方式設(shè)置（沒(méi)有提供軟件的方式）端模式 ARM處理器的存儲(chǔ)器組織 大端格式 在這種格式中，字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)存儲(chǔ)在低地址中，而字?jǐn)?shù)據(jù)的低字節(jié)則存放在高地址中 ARM處理器的存儲(chǔ)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?jǐn)?shù)據(jù)的低字節(jié)，高地址存放的是字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié) ARM處理器的存儲(chǔ)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(kāi)關(guān)量 連續(xù)幾位二進(jìn)制形式表示的數(shù)或字符。從 0字節(jié)到 3字節(jié)放置第一個(gè)存儲(chǔ)的字?jǐn)?shù)據(jù)，從第4個(gè)字節(jié)到第 7個(gè)字節(jié)放置第二個(gè)存儲(chǔ)的字?jǐn)?shù)據(jù)，依次排列。 ARM處理器的工作狀態(tài) 。從 Arm狀態(tài)切換到 Thumb狀態(tài) LDR R0,=Lable+1 BX R0 地址最低位為1，表示切換到 Thumb狀態(tài) 跳轉(zhuǎn)地址標(biāo)號(hào) 切換到 ARM狀態(tài) ? 當(dāng)操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位為 0時(shí)，執(zhí)行 BX指令時(shí)可以使微處理器從 Thumb狀態(tài)切換到 ARM狀態(tài)。 ? 當(dāng)處理器處于 Thumb狀態(tài)時(shí)發(fā)生異常（如 IRQ、 FIQ、Undef、 Abort、 SWI等），則異常處理返回時(shí)，自動(dòng)切換到 Thumb狀態(tài)。 ARM處理器的工作狀態(tài) 注意 ： 兩個(gè)狀態(tài)之間的切換并不影響處理器模式或寄存器內(nèi)容。 – APB（ Advanced Peripheral Bus）： 用于較低性能外設(shè)的簡(jiǎn)單連接，一般是接在 AHB系統(tǒng)總線上的第二級(jí)總線。 一個(gè)微處理器系統(tǒng)可能含有多條總線 高速總線 低速總線 高速設(shè)備 低速設(shè)備 橋 總線互聯(lián)的電路 ARM處理器的先進(jìn)技術(shù) 總線和總線橋 存儲(chǔ)器 高速設(shè)備 CPU 低速設(shè)備 低速設(shè)備 橋 高速總線 低速總線 多總線系統(tǒng) ARM處理器的先進(jìn)技術(shù) 北橋 南橋 前端總線 Front Side Bus ARM處理器的先進(jìn)技術(shù) ARM處理器的先進(jìn)技術(shù) ARM處理器的先進(jìn)技術(shù) AMBA總線 ? AMBA（ Advanced Microcontroller Bus Architecture）是 ARM 公司研發(fā)的一種總線規(guī)范，目前主要版本為 版本。 – 成本：高速總線通常采用更昂貴的電路和連接器 。 總線帶寬越寬，傳輸率越高。 通常用 MHz表示。如 16位總線就是 具有 16位數(shù)據(jù)傳送能力。 一般為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，也稱為短期存儲(chǔ)器；解決讀寫(xiě) 速度 問(wèn)題； 包括磁盤(pán)（中期存儲(chǔ)器）、磁帶、光盤(pán)（長(zhǎng)期存儲(chǔ)）等； 解決存儲(chǔ) 容量 問(wèn)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(chǔ)器解決 大容量與低成本 的矛盾； ARM處理器的先進(jìn)技術(shù) ARM處理器的先進(jìn)技術(shù) （ 4）總線和總線橋 ? 總線是 CPU與 存儲(chǔ)器 和 設(shè)備 通信的機(jī)制，是計(jì)算機(jī)各部件之間傳送數(shù)據(jù)、地址和控制信息的公共通道 。 ARM處理器的先進(jìn)技術(shù) 史上最經(jīng)典的 5級(jí)流水線 早期的 MIPS、 ARM9等處理器使用這種流水線，以后的處理器也都能看到它的影子，包括 x86處理器等。 ? 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(yīng)用場(chǎng)合。 ?可集成用戶自己的安全特性和其他協(xié)處理器。 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(diǎn)外，還在 系統(tǒng)安全 方面具有如下的特點(diǎn)： ?帶有靈活的保護(hù)單元，確保操作系統(tǒng)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的安全。 ARM處理器系列 ARM10E微處理器系列 ?ARM10E系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無(wú)線設(shè)備、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、通信和信息系統(tǒng)等領(lǐng)域。 ?支持?jǐn)?shù)據(jù) Cache和指令 Cache，具有更高的處理能力 ?主頻最高可達(dá) 400M。 ?支持 VFP10浮點(diǎn)處理協(xié)處理器。 ?支持 32位 ARM指令集和 16位 Thumb指令集。 ARM處理器系列 ARM10E微處理器系列 ?ARM10E系列微處理器的主要特點(diǎn)如下： ?支持 DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場(chǎng)合。 ARM處理器系列 ARM9E微處理器系列 ?ARM9E系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無(wú)線設(shè)備、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等領(lǐng)域。 ?支持?jǐn)?shù)據(jù) Cache和指令 Cache，具有更高的處理能力。 ?支持 VFP9浮點(diǎn)處理協(xié)處理器。 ?支持 32位 ARM指令集和 16位 Thumb指令集。 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(diǎn)如下： ?支持 DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場(chǎng)合。 ?支持?jǐn)?shù)據(jù) Cache和指令 Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。 ?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)。 ?支持 32位 ARM指令集和 16位 Thumb指令集。具有以下特點(diǎn)： ?5級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。其中， ARM7TMDI是目前使用最廣泛的 32位嵌入式 RISC處理器，屬低端 ARM處理器核。 ARM處理器系列 ARM7微處理器系列 ? 主要應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)控制、 Inter設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備、移動(dòng)電話等多種多媒體和嵌入式應(yīng)用。 具有安全特征和低成本安全存儲(chǔ)保護(hù)單元 ARM7微處理器系列 ? ARM7系列是為低功耗的 32位 RISC處理器，最適合用于對(duì)價(jià)位和功耗要求較高的消費(fèi)類應(yīng)用。 CortexM系列： 面向深嵌入式價(jià)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。 740 Dhrystone MIPS，低功耗 (, ) Cortex 系列 CortexA8, CortexM3, CortexR4 CortexA系列 : 面向用于復(fù)雜 OS和應(yīng)用的應(yīng)用處理器（ applications processors），支持 ARM, Thumb and Thumb2指令集。 性能： MIPS/MHz，可達(dá) 430+ Dhrystone MIPS， 可選支持高性能浮點(diǎn)操作 ， 雙 64位總線接口 ，內(nèi)部 64位數(shù)據(jù)通路 系列 相應(yīng)產(chǎn)品 性能特點(diǎn) ARM11 系列 ARM11MPCore, ARM1136J(F)S, ARM1156T2(F)S, ARM1176JZ(F)S 8級(jí)流水線 (9級(jí) ARM1156T2(F)S)，獨(dú)立的 loadstore和 arithmetic流水線，支持分支預(yù)測(cè)和返回棧（ Return Stack）。 ? ARM體系結(jié)構(gòu)版本 —— V7 ARM體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 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 ARM體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 系列 相應(yīng)產(chǎn)品 性能特點(diǎn) ARM7 系列 ARM7TDMI ， ARM7TDMIS ，ARM720T， ARM7EJ 三級(jí)流水 性能： , 可達(dá)到 130MIPS () ARM9 系列 ARM920T， ARM922T 五級(jí)流水， 性能： ，可達(dá) 300 MIPS (Dhrystone )，單 32bit AMBA bus接口，支持 MMU ARM9E 系列 ARM926EJS, RM946ES, ARM966ES, ARM968ES, ARM996HS 五級(jí)流水 ，支持 DSP指令。ARMv6第一個(gè)實(shí)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。 ? SIMD擴(kuò)展使得廣大的軟件應(yīng)用如 Video和Audio codec的性能提高了 4倍。 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(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。 ARM體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 ? ARM體系結(jié)構(gòu)版本 —— V2 尋址范圍擴(kuò)展到 32位（ 目前已廢棄 ），具有獨(dú)立的程序： ?具有乘法和乘加指令； ?支持協(xié)處理器； ?快速中斷模式中具有的兩個(gè)以上的分組寄存器； ?具有原子性加載 /存儲(chǔ)指令 SWP和 SWPB。 ARM處理器的特點(diǎn) ? 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： ?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(chǔ)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。 4. 高效的指令系統(tǒng) ?ARM指令為 32位的長(zhǎng)度， Thumb指令為 16位長(zhǎng)度。 ARM處理器的特點(diǎn) ARM微處理器的特點(diǎn) ?31個(gè)通用寄存器，包括程序計(jì)數(shù)器（ PC 指針），均為 32位的寄存器； 3. 大量使用寄存器 ?6個(gè)狀態(tài)寄存器，用以標(biāo)識(shí) CPU的工作狀態(tài)及程序的運(yùn)行狀態(tài)，均為 32位。 處理器體系結(jié)構(gòu)概述 馮 諾依曼結(jié)構(gòu)的一種并行體系結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)是 程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)空間中 ，即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編制、獨(dú)立訪問(wèn)。諾依曼結(jié)構(gòu) 將指令和數(shù)據(jù)存放在同一存儲(chǔ)空間中 ， 統(tǒng)一編址，指令和數(shù)據(jù)通過(guò)同一總線訪問(wèn)。UESTC UESTC UESTC