第2章arm微處理器硬件結構-在線瀏覽
2024-11-10 15:17本頁面
【正文】 構是目前應用最廣的 ARM體系結構 ， ARM ARM ARM9和StrongARM都采用該架構 。 ? 把一些未使用的指令空間捕獲為未定義指令 。 這些新增命令有： ? 帶有鏈接和交換的轉移 BLX指令； ? 計數(shù)前導零 CLZ指令； ? BRK中斷指令； ? 增加了數(shù)字信號處理指令 （ V5TE版 ） ； ? 為協(xié)處理器增加更多可選擇的指令 。 此架構在 V5版基礎上增加了以下功能： ? THUMBTM： 35%代碼壓縮； ? DSP擴充：高性能定點 DSP功能； ? JazelleTM： Jova性能優(yōu)化 ， 可提高 8倍； ? Media擴充：音 /視頻性能優(yōu)化 ， 可提高 4倍 。 ARM7TDMI核以后， T變種的 ARM微處理器有兩種工作狀態(tài)： ? ARM狀態(tài) ? Thumb狀態(tài)。 ? 進入 Thumb狀態(tài)：當操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位 （ 位 [0]）為 1時 ， 執(zhí)行 BX指令 。 15 RISC技術 Ⅰ RISC體系結構基本特點： ? 大多數(shù)指令只需要執(zhí)行簡單和基本的功能 ， 其執(zhí)行過程在一個機器周期內完成 。 操作數(shù)由加載 /存儲指令從存儲器取出放寄存器內操作 。 ? 減少指令數(shù)和尋址方式 。 ? 優(yōu)化編譯 。 ? 可用 Load/Store指令批量傳輸數(shù)據(jù) ， 以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率 。 17 流水線技術 Ⅰ 1． ARM的 3級流水線 f e t c h d e c o d e e x c u t ef e t c h d e c o d e e x c u t ef e t c h d e c o d e e x c u t e123指 令 時 間18 流水線技術 Ⅱ 多周期 ARM指令的 3級流水線操作 f e t c h A D D d e c o d e e x c u t e123指 令 時 間f e t c h S T R d e c o d e c a l c : a d d r d a t a x f e rf e t c h A D D d e c o d e e x c u t ef e t c h A D D d e c o d e e x c u t ef e t c h A D D d e c o d e e x c u t e4519 流水線技術 Ⅲ 2． ARM的流水線設計問題 （ 1）縮短程序執(zhí)行時間 : ? 提高時鐘頻率 fclk ? 減少每條指令的平均時鐘周期數(shù) CPI （ 2）解決流水線相關 : ? 結構相關 ? 數(shù)據(jù)相關 ? 控制相關 20 流水線技術 Ⅳ 3． ARM的 5級流水線 ARM9和 StrongARM架構都采用了 5級流水線 . ? 增加了 ICache和 DCache， 把存儲器的取指與數(shù)據(jù)存取分開 ； ? 增加了數(shù)據(jù)寫回的專門通路和寄存器 ； ? 把指令的執(zhí)行過程分割為 5部分 : 取指 指令譯碼 執(zhí)行 數(shù)據(jù)緩存 寫回 21 超標量執(zhí)行 通過重復設置多套指令執(zhí)行部件，同時處理并完成多條指令，實現(xiàn)并行操作，來達到提高處理速度的目的 。ARM公司下一代處理器將是每周期能處理多重指令的超標量機。 22 存儲器部件的分類 ? 按在系統(tǒng)中的地位分類： ? “ 主存儲器 ” (Main Memory, 簡稱內存或主存 ) ? “ 輔助存儲器 ” (Auxiliary Memory,Secondary Memory,簡稱輔存或外存 ) ? 按存儲介質分類： 磁存儲器 (Magic Memory)，半導體集成電路存儲器 (通常稱為半導體存儲器 )， 光存儲器 (Optical Memory)， 激光光盤存儲器 (Laser Optical Disk) ? 按信息存取方式分類： ? 隨機存取存儲器 RAM ? 只讀存儲器 ROM 23 存儲器的組織和結構 ? 嵌入式存儲器一般采用存儲密度較大的存儲器芯片， 典型的嵌入式存儲器系統(tǒng)由 ROM、 RAM、EPROM等組成 。 ? 工廠編程的只讀存儲器 ? 現(xiàn)場可編程只讀存儲器 25 存儲器的性能 大容量、高速度、低價格是評價存儲器性能的三個主要指標，也是存儲體系設計的主要目標。 其中 W為存儲體的字長 (單位為位或字節(jié) )， l為單個存儲體的字數(shù)， m為并行工作的存儲體個數(shù)。 其中 TM是連續(xù)起動一個存儲器所必要的時間間隔， TM＞ TA。 ? 價格 ： 具有 SM位的存儲器 ， 每位價格表示為 c=C／ Sm。 26 存儲體系的組成 ? 單體單字存儲器 ? 單體多字存儲器 ? 多體單字交叉存取存儲器 ? 多體多字交叉存取存儲器 一般把這些能并行讀出多個 CPU字的單體多字和多體單字及多體多字的交叉存取系統(tǒng)，統(tǒng)稱為并行主存系統(tǒng)。 ? 16位有符號和無符號半字 ， 以 2字節(jié)的邊界對齊 。 34 ARM存儲格式 字 節(jié) 單 元 A字 節(jié) 單 元 A + 1 字 節(jié) 單 元 A + 2 字 節(jié) 單 元 A + 3半 字 單 元 A 半 字 單 元 A + 2字 單 元 A3 1 2 4 2 3 1 6 1 5 8 7 0 大端存儲模式 字 節(jié) 單 元 A字 節(jié) 單 元 A + 1字 節(jié) 單 元 A + 2字 節(jié) 單
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