【正文】 的運行速度比普通的Java虛擬機提高了 8倍 ， 而功耗反而降低了 80%。 （ 3） 增強型 DSP指令 （ E變種 ） E變種的 ARM體系增加了一些增強處理器對典型 DSP算法處理能力的附加指令： ? 幾條新的完成 16位數(shù)據(jù)乘法和乘加操作的指令； ? 實現(xiàn)飽和的有符號數(shù)的加減法操作的指令 ， 包括雙字讀取指令 LDRD、雙字寫入指令 STRD和協(xié)處理器寄存器傳輸指令 MCRR/MRRC； ? CACHE預取指令 PLD； E變種首先在 ARM體系 V5T中使用 ， 用字符 E表示 。 M變種增加了兩條長乘指令：一條是 32位乘 32位整數(shù)得到 64位整數(shù)的長乘；另一條是 32位乘 32位加 32位整數(shù)的長乘加指令 。 如 V4T、 V5T。 目前 Thumb指令集有兩個版本：一是 Thumb指令集版本 1，此版本作為 ARM體系版本 4的 T變種； Thumb指令集版本 2， 此版本作為 ARM體系版本 5的 T變種 ， 版本 2的特點如下： ?通過增加新的指令和對已有指令的修改 ， 來提高 ARM指令和 Thumb指令混合使用的效率； ?增加了軟件斷點 （ BKPT） 指令 ， 更嚴格地定義了 Thumb乘法指令對條件碼標志位的影響 。 版本 體系結(jié)構(gòu) ARM核 技術(shù)特征 第 8講 ARM技術(shù)概述 ARM體系結(jié)構(gòu)演變 （ 1） Thumb指令集 （ T變種 ） Thumb指令集是把 32位 ARM指令集的一個子集重新編碼后形成的一個特殊的 16位 指令集 ， 使指令代碼的密度得以提高 。 第 8講 ARM技術(shù)概述 版本 體系結(jié)構(gòu) ARM核 技術(shù)特征 版本 4 V4T ARM7TDMI ARM710T ARM720T ARM740T ?增加了有符號 、 無符號的半字和有符號字節(jié)的Load/Store指令； ?增加了 T變種 ， 可工作于 Thumb狀態(tài)； ?增加了特權(quán)模式 ， 可使用用戶模式的寄存器； ?與 26位地址空間不兼容 V4 StrongARM ARM8 ARM810 V4T ARM9TDMI ARM920T ARM940T 第 8講 ARM技術(shù)概述 版本 5 V5TE ARM9ES ?提高了 T變種中 ARM/Thumb混合使用的效率； ?增加前導 0計數(shù)指令 （ CLZ） ， 該指令可使整數(shù)除法和中斷優(yōu)先級排除操作更為有效； ?增加了 BKPT（ 軟件斷點 ） 指令； ?為協(xié)處理器設計了更多的可供選擇的指令； ?更嚴格定義了乘法指令對條件碼標志位的影響 。 版本 2 V2 ARM2 ?支持乘和乘加指令 ?技術(shù)協(xié)處理器指令； ?對于 FIQ模式 ， 提供了額外的影子寄存器； ?增加了 SWP和 SWPB指令； ?ARM具有片上 Cache。 ARM體系結(jié)構(gòu)也經(jīng)歷了多次修訂 ， 已從 V3發(fā)展到 V6。 ARM系列處理器的各體系結(jié)構(gòu)版本實現(xiàn)技術(shù)各不相同 ， 實現(xiàn)的性能差別也很大 ， 應用場合也有所不同 。 ARM處理器仍然保留一些 CISC特征 ， 并因此而達到了比純粹 RISC更高的代碼密度 ， 使得 ARM在開始設計時就獲得體積小 、 功耗低的優(yōu)勢 。 ARM的設計初衷是 簡單性 ， 主要體現(xiàn)在其硬件組織和實現(xiàn)上 ， 比指令集表現(xiàn)得更明顯 。 第 8講 ARM技術(shù)概述 在開發(fā)設計第一個 ARM芯片時 ， RISC技術(shù)尚未得到商業(yè)化的應用 ，當時僅有 Berkeley 的 RISC I 和 II 以及 Stanford 的 MIPS（ Microprocessor without Interlocking Pipline Stages， 無互鎖流水線微處理器 ） 采用了 RISC技術(shù) ， 但僅限于教學和研究 ， ARM處理器是第一個為商業(yè)用途而開發(fā)的 RISC處理器 。 ARM技術(shù)的確立和認可是從 ARM7開始的 。 第 8講 ARM技術(shù)概述 ARM體系結(jié)構(gòu) ARM處理器是基于精簡指令集計算機 RISC（ Reduced Instruction Set COmputer） 體系結(jié)構(gòu)的計算機系統(tǒng) 。第 8講 ARM技術(shù)概述 陳慈發(fā) 2022年春夏 第 8講 ARM技術(shù)概述 ARM包含兩個含義 ， 一是 ARM公司 ， 是一家位于英國劍橋的 Advanced RISC Machine Limited（ 簡稱 ARM Limited） ，成立于 1990年 11月 ， 由 Acorn電腦集團 、 蘋果電腦和 VLSI Technology合資組建；另一個是 ARM處理器 ， 是一種先進RISC處理器 。 該處理器內(nèi)核由 ARM公司開發(fā) ， 通過 IP授權(quán)的方式允許其它半導體公司生產(chǎn)基于 ARM核的處理器產(chǎn)品 ， 而 ARM公司只提供基于 ARM內(nèi)核的系統(tǒng)芯片解決方案和技術(shù)授權(quán) ， 不提供具體的芯片 。 它使用標準的 、 固定長度的 32位 指令格式 ， 所有 ARM指令都使用了 4位的條件編碼 來決定該指令是否執(zhí)行 ， 這種方式解決了指令執(zhí)行的條件判定 、 確定條件分支的問題 ， 從而對代碼的密度和性能都有好處 ， 這是它的一大技術(shù)優(yōu)勢 。 ARM7首次將ARM體系結(jié)構(gòu)完全擴展到 32位 （ 之前僅 26位地址空間 ） ， 采取3級流水線結(jié)構(gòu) ， 主頻達到 40MHz， 集成了 8KB的 Cache， 且支持 Thumb模式 。 ARM體系結(jié)構(gòu)有選擇地采用了若干 Berkeley RISC處理器中的技術(shù)特征 ， 包括： ? Load/Store體系結(jié)構(gòu)； ?固定的 32位指令長度； ? 3地址指令格式 。 把簡單的硬件和指令集結(jié)合起來 ， 這是 RISC體系的思想基礎(chǔ) 。 第 8講 ARM技術(shù)概述 ARM版本 ARM公司自成立以來 ， 在 32位嵌入式處理器開發(fā)領(lǐng)域中不斷取得突破 ， ARM體系的指令集形成了多種版本 ， 各版本還發(fā)展了一些變種 ， 這些變種定義了該版本指令集中不同的功能 ， 應用于不同的處理器設計中 。 隨著 ARM技術(shù)的發(fā)展 ， 體系結(jié)構(gòu)還將不斷發(fā)展 。 ARM體系結(jié)構(gòu)版本 第 8講 ARM技術(shù)概述 版本 體系結(jié)構(gòu) ARM核 技術(shù)特征 版本 1 V1 ARM1 ?26位地址空間 ?不支持乘法或協(xié)處理器指令； ?基于字節(jié) 、 字和多字的存儲器訪問指令 （ Load/Store） ； ?子程序調(diào)用指令 BL在內(nèi)的跳轉(zhuǎn)指令； ?完成系統(tǒng)調(diào)用的軟件中斷指令 SWI。 V2a ARM2a ARM3 版本 3 V3 ARM6 ARM600 ARM610 ARM7 ARM700 ARM710 ?32位地址空間 ， 兼容 26位地址空間； ?分開的 CPSR（ Current Program Status Register） 和 SPSR（ Saved Program Status Register） ； ?增加了兩種異常模式 ， 使 OS代碼可方便地使用數(shù)據(jù)訪問中止異常 、 指令預取中止異常和未定義指令異常； ?增加了 MRS指令和 MSR指令 ， 用于完成對 CPSR和 SPSR寄存器的讀 /寫； ?修改了原來的從異常返回的指令 。 ARM10TDMI ARM1020E 版本 6 V6 ARM11 ARM1156T2S ARM1156T2FS ARM1176JZS ARM1176JZFS ?降低了耗電量； ?強化了圖形處理性能； ?增加了 SIMD指令集 ， 將語音和圖像的處理功能提高 4倍； ?支持多核 。 支持 Thumb指令集的 ARM體系版本 ， 一般加字符 T來表示 （ 如V4T） 。 通常使用 ARM版本號來指明 Thumb版本 。 第 8講 ARM技術(shù)概述 （ 2） 長乘指令 （ M變種 ） 長乘指令是一種生成 64位相乘結(jié)果的乘法指令 （ ARM指令 ） 。 ARM版本 3最早引入 ， V4以后為標準配置 ， 用 M表示 ， 現(xiàn)已省略 。 第 8講 ARM技術(shù)概述 （ 4） Java加速器 Jazelle（ J變種 ） ARM的 Jazelle技術(shù)是 Java技術(shù)和先進的 32位 RISC芯片完美結(jié)合的產(chǎn)物 。 Jazelle技術(shù)使得在一個單獨的處理器上同時運行 Java應用程序 、 已經(jīng)建立好的操作系統(tǒng)和中間件以及其它應用程序成為可能 。 J變種最早在 ARM體系版本 4TEJ上實現(xiàn) ， 用字符 J表示 。 新一代的 Inter應用產(chǎn)品 、 移動電話和PDA等設備終端需要提供高性能的流式媒體 ， 包括音 、 視頻等 ， 而且這些設備需要提供更加人性化的界面 ， 包括語音輸入 、 手寫輸入等 。 ARM的 SIMD媒體功能擴展為這些應用提供了解決方案 ，特點： ?使處理器的音頻和視頻處理性能提高了 2～ 4倍； ?可同時進行 2個 16位操作數(shù)或者 4個 8位操作數(shù)的運算； ?用戶可自定義飽和運算模式； ?可進行 2個 16位操作數(shù)的乘加 /乘減運算及 32位 32位小數(shù)乘加運算； ?同時 8位 /16位選擇操作 。 第 8講 ARM技術(shù)概述 ARM核 在高性能的 32位嵌入式 SoC設計中 ， 幾乎都以 ARM作為處理器核 ， ARM核已是現(xiàn)在嵌入式 SoC系統(tǒng)的核心 ， 也是現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的方向 。 ARM7系列核 ARM7系列核包括 ARM7TDMI（ ARM7TDMIS） 處理器核和在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 ARM710T/720T/740T等帶 CACHE的 CPU核 。 該處理器可穩(wěn)定地在低于 5V的電源電壓下可靠地工作 ， 增加了 64位乘法指令 ， 支持片上調(diào)試 、 Thumb指令集和 EmbeddedICE片上斷點和觀察點 。 第 8講 ARM技術(shù)概述