第一讲 ARM体系结构介绍.ppt

课程简介 课程内容：ARM体系结构介绍 。 课程目的：了解ARM分类方法，流水线含义，处理器状态与模式及两种状态集 。 讲座时间：45分钟 本节主要内容 ARM发展历程及其体系结构介绍。 ARM及其发展历程。 基本概念 处理器分类 体系结构 指令系统 ARM介绍 ARM（Advanced RISC Machines），由英国ARM公司开发的一种被业界统称为ARM体系结构的微处理器内核技术。 1991年ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。 目前，已有N多家半导体厂商采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器，如Intel、Motorola、Sumsang、Philips。 涉及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，可以说ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。 由于ARM在业界的广泛应用，因此采用ARM技术可获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。 对于就业来讲，掌握ARM技术可以到国内外采用ARM内核技术的半导体公司供职，或到选用ARM芯片进行产品设计的公司就职。 体系结构 业界常用体系结构有：ARM、X86、PowerPC、68K。 体系结构所涉及的内容有： (1)指令系统 (2)数据表示 (3)操作数的寻址方式 (4)寄存器的构成定义 (5)中断机构和例外条件 (6)存储体系和管理 (7)I/O结构 (8)机器工作状态定义和切换 (9)信息保护。 体系结构的概念理解，用汇编语言将CPU全部性能发挥出来后所用到的指令集系统与CPU资源 ARM体系结构的特点 具有RISC体系的一般特点。 具有大量的寄存器。 绝大多数操作在寄存器中进行，通过Load/Store指令系统在内存和寄存器间传递数据。 寻址方式简单。 采用固定长度的指令格式。 ARM体系采用了一些特别技术，其特色表现如下。 在同一数据处理指令中包含算术逻辑处理和移位处理。 使用地址自动增加（减少）优化程序中循环处理。 Load/Store指令可以批量传输数据，提高数据传输效率。 所有指令都可根据前面指令执行结果，决定是否执行，以提高指令效率。 ARM体系结构的指令集版本变化 ARM指令集系统从开始发展到现在已经有六个版本，其指令功能越来越强、越来越丰富。 以ARM5版本为例，其在ARM4的基础上增强了功能。 提高了T类变种处理器中ARM/Thumb状态间切换效率。 对于T与非T变种指令使用相同的代码生成技术。 增加前导零计数，使整数除法和中断优先级排队更有效。 增加了软件断点中断。 为协处理器设计提供了更多的可选指令。 更为严格地定义了乘法指令对条件标志位的影响。 目前比较常用的就是ARM V4和ARM V5版本。 在ARM11中采用了ARM V6的版本。 ARM体系下的变种 变种是为支持某种特定功能而特别设计的一个子集。 T变种，即Thumb指令集，长度16位，代码效率高。 ARMv4采用的是T1版本，ARMv5采用的是T2版本。 M变种，是指长乘法指令，32位整数相乘生成64位整数。 E变种，是指增强型DSP指令，增强DSP算法处理能力。 J变种，是指Jave加速器Jazelle，芯片支持虚拟机功能。 SIMD变种，是指ARM媒体功能扩展，为处理器提供高性能的音频/视频处理技术。 各种处理器所属ARM/Thumb体系版本可从处理器文档中看出。比如IXP425所属ARMv5TE版本。M变种从ARMv4版本后都已支持。 ARM系列处理器分类 ARM微处理器目前包括下面几个系列，以及其它厂商基于ARM体系结构的处理器，除了具有ARM体系结构的共同特点以外，每一系列的ARM微处理器都有各自的特点和应用领域。 － ARM7系列 － ARM9系列 － ARM9E系列 － ARM10E系列 － SecurCore系列 － Inter的Xscale － ARM11 ARM7、ARM9、ARM9E和Xscale为4个通用处理器系列，每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。SecurCore系列专为安全要求较高的应用而设计 ARM7微处理器系列 ARM7系列微处理器为低功耗的32位RISC处理器，最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。 ARM7微处理器系列具有如下特点： － 能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构。 － 代码密度高并兼容16位的Thumb指令集。 － 主频最高可达130MIPS，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用。 ARM7系列微处理器包括如下几种类型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI是目前使用最广泛的32