【正文】 程序切換進(jìn)入外，也可以由特定的異常進(jìn)入。操作系統(tǒng)在該模式下訪問用戶模式的寄存器就比較方便，而且操作系統(tǒng)的一些特權(quán)任務(wù)可以使用這個模式訪問一些受控的資源。 未定義 (und) 中止 (abt) 管理 (svc) 中斷 (irq) 快中斷 (fiq) 系統(tǒng) (sys) ARM微處理器的工作模式 處理器模式 說明 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)時進(jìn)入此模式 中斷 (irq) 用于通用中斷處理 IRQ異常響應(yīng)時進(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)時進(jìn)入此模式 中止 (abt) 用于支持虛擬內(nèi)存和 /或存儲器保護(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。 ARM內(nèi)部寄存器和一些片內(nèi)外設(shè)在硬件設(shè)計上只允許（或者可選為只允許）特權(quán)模式下訪問。 ARM微處理器系列 ARM微處理器系列 ? ARM7系列 ? ARM9系列 ? ARM9E系列 ? ARM10E系列 ? ARM11系列 ? Intel的 Xscale ARM微處理器的工作狀態(tài) ARM微處理器的工作狀態(tài) ?從編程的角度看， ARM微處理器的工作狀態(tài)一般有兩種，并可在兩種狀態(tài)之間切換： ?ARM狀態(tài)，此時處理器執(zhí)行 32位的字對齊的 ARM指令； ?Thumb狀態(tài)，此時處理器執(zhí)行 16位的、半字對齊的Thumb指令。 ? 可在一條數(shù)據(jù)處理指令中同時完成邏輯處理和移位處理。 ARM微處理器的特點(diǎn) —其他技術(shù) ARM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn) ? 除此以外， ARM體系結(jié)構(gòu)還采用了一些特別的技術(shù)，在保證高性能的前提下盡量縮小芯片的面積，并降低功耗： ? 所有的指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結(jié)果決定是否被執(zhí)行，從而提高指令的執(zhí)行效率。 ? ARM指令為 32位的長度， Thumb指令為 16位長度。 ARM微處理器的特點(diǎn) —大量使用寄存器 ARM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn) ? ARM 處理器共有 37個寄存器，被分為若干個組，這些寄存器包括： ? 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； ? 6個狀態(tài)寄存器，用以標(biāo)識 CPU的工作狀態(tài)及程序的運(yùn)行狀態(tài)，均為 32位。手機(jī)中的 32位 SIM智能卡也采用了ARM技術(shù)。 ? 消費(fèi)類電子產(chǎn)品： ARM技術(shù)在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機(jī)頂盒和游戲機(jī)中得到廣泛采用。 ARM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn) ? 到目前為止， ARM微處理器及技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)廣泛深入到國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域 ARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域 ARM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn) ? 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用 ARM技術(shù)的ADSL芯片正逐步獲得競爭優(yōu)勢。 ? 我國的 中興集成電路、 大唐電訊、中芯國際和上海華虹，以及國外的一些公司如德州儀器、意法半導(dǎo)體、 Philips、Intel、 Samsung等都推出了自己設(shè)計的基于 ARM核的處理器。 ARM 公司的模式 ? 世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從 ARM公司購買其設(shè)計的 ARM微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，從而形成自己?ARM微處理器芯片進(jìn)入市場。公司的特點(diǎn)是只設(shè)計芯片，而不生產(chǎn)。提綱 1 3 2 4 5 ARM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn) ARM 處理器的寄存器組織 ARM處理器的工作模式 ARM微處理器系列 6 7 第二章 ARM處理器 ARM處理器簡介 ARM 異常處理 ARM處理器的工作狀態(tài) ARM處理器的存儲器格式 ARM－ Advanced RISC Machines ? ARM（ Advanced RISC Machines），既可以認(rèn)為是一個公司的名字，也可以認(rèn)為是對一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。 ARM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn) ? 1991年 ARM公司成立于英國劍橋，主要出售芯片設(shè)計技術(shù)的授權(quán)。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)。 ARM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn) ? 基于 ARM技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了 32位 RISC微處 理器 75％以上的市場份額， ARM技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個方面。 ARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域 ? 工業(yè)控制領(lǐng)域：作為 32的 RISC架構(gòu)，基于 ARM核的微控制器芯片不但占據(jù)了高端微控制器市場的大部分市場份額，同時也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展， ARM微控制器的低功耗、高性價比，向傳統(tǒng)的 8位 /16位微控制器提出了挑戰(zhàn)。此外， ARM在語音及視頻處理上行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，也對 DSP的應(yīng)用領(lǐng)域提出了挑戰(zhàn)。 ? 成像和安全產(chǎn)品：現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機(jī)和打印機(jī)中絕大部分采用 ARM技術(shù)。 ? 全球 80%的 GSM/3G手機(jī)、 99%的 CDMA手機(jī)以及絕大多數(shù) PDA產(chǎn)品均采用 ARM體系的嵌入式處理器 ARM微處理器的特點(diǎn) —低功耗、低成本、高性能 ?采用 RISC指令集 ARM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn) ? 低功耗、低成本、高性能 ?使用大量的寄存器 ?ARM/THUMB指令支持 ?三 /五級流水線 ARM微處理器的特點(diǎn) —采用 RISC體系結(jié)構(gòu) ARM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn) ? 采用 RISC架構(gòu)的 ARM處理器一般具有如下特點(diǎn)： ? 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； ? 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(jìn)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。 ARM微處理器的特點(diǎn) —高效的指令系統(tǒng) ARM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn) ? ARM微處理器支持兩種指令集： ARM指令集和 Thumb指令集。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(diǎn)。 ? 可用加載 /存儲指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。 ? 在循環(huán)處理中使用地址的自動增減來提高運(yùn)行效率。 ARM與 THUMB ?THUMB指令是 ARM指令的子集 ARM微處理器的工作狀態(tài) ?可以相互調(diào)用，只要遵循一定的調(diào)用規(guī)則 ?Thumb指令與 ARM指令的時間效率和空間效率關(guān)系為 : ? 存儲空間約為 ARM代碼的 60％～ 70％ ? 指令數(shù)比 ARM代碼多約 30％～ 40％ ? 存儲器為 32位時 ARM代碼比 Thumb代碼快約 40％ ? 存儲器為 16位時 Thumb比 ARM代碼快約 40～ 50％ ? 使用 Thumb代碼，存儲器的功耗會降低約 30％ 處理器模式 ARM微處理器的工作模式 處理器模式 說明 備注 用戶 (usr) 正常程序執(zhí)行模式 不能直接切換到其它模式 系統(tǒng) (sys) 運(yùn)行操作系統(tǒng)的特權(quán)任務(wù) 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)時進(jìn)入此模式 中斷 (irq) 用于通用中斷處理 IRQ異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式 管理 (svc) 操作系統(tǒng)保護(hù)模式 系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時進(jìn)入此模式 中止 (abt) 用于支持虛擬內(nèi)存和 /或存儲器保護(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)時進(jìn)入此模式 特權(quán)模式 ARM微處理器的工作模式 處理器模式 說明 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)時進(jìn)入此模式 中斷 (irq) 用于通用中斷處理 IRQ異常響應(yīng)時進(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)時進(jìn)入此模式 中止 (abt) 用于支持虛擬內(nèi)存和 /或存儲器保護(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)時進(jìn)入此模式 除用戶模式外，其它模式均為 特權(quán)模式 。此外，特權(quán)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。 系統(tǒng)模式是特權(quán)模式，不受用戶模式的限制。 系統(tǒng) (sys) 用戶 (usr) 17 異常模式 處理器模式 說明 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)時進(jìn)入此模式 中斷 (irq) 用于通用中斷處理 IRQ異常響應(yīng)時進(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)時進(jìn)入此模式 中止 (abt) 用于支持虛擬內(nèi)存和 /或存儲器保護(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)時進(jìn)入此模式 未定義 (und) 中止 (abt) 管理 (svc) 中斷 (irq) 快中斷 (fiq) 這五種模式稱為 異常模式 。當(dāng)特定的異常出現(xiàn)時，處理器進(jìn)入相應(yīng)的模式。 ARM微處理器的工作模式 ARM微處理器的存儲器格式 ? ARM體系結(jié)構(gòu)所支持的最大尋址空間為 4GB（ 232字節(jié)） ARM微處理器的存儲器格式 ? ARM體系結(jié)構(gòu)將存儲器看作是從零地址開始的字節(jié)的線性組合。 ? ARM體系結(jié)構(gòu)可以用兩種方法存儲字?jǐn)?shù)據(jù)，稱之為大端格式和小端格式 ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲器格式 —大端格式 ARM微處理器的存儲器格式 ? 在這種格式中，字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)存儲在低地址中，而字?jǐn)?shù)據(jù)的低字節(jié)則存放在高地址中 ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲器格式 —小端格式 ARM微處理器的存儲器格式 ? 與大端存儲格式相反，在小端存儲格式中，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) 21 一個基于 ARM內(nèi)核的芯片可以只支持大端模式或小端模式 ， 也可以兩者都支持 。 在 ARM指令集中不包含任何直接選擇大小端的指令 ， 但是一個同時支持大小端模式的 ARM芯片可以通過硬件配置 （ 一般使用芯片的引腳來配置 ） 來匹配存儲器系統(tǒng)所使用的規(guī)則 。 ARM微處理器的存儲器格式 指令長度及數(shù)據(jù)類型 ?ARM微處理器的指令長度可以是 32位（在 ARM狀態(tài)下），也可以為 16位（在 Thumb狀態(tài)下）。通常，從這些地址裝載數(shù)據(jù)用于讀入，向這些地址保存數(shù)據(jù)用于輸出。 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。但在任何時候，通用寄存器 R14～ R0、程序計數(shù)器 PC、一個或兩個狀態(tài)寄存器都是可訪問的。 27 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