第17讲arm处理器结构简述电气工程系赵志衡.ppt

ARM简介 ARM——Advanced RISC Machines ARM——32位RISC结构IP核提供商 ARM微处理器系列 ARM7系列 ARM9系列 ARM9E系列 ARM10E系列 SecurCore系列 Inter的Xscale Inter的StrongARM ARM微处理器的选型 ARM内核的选择 系统的工作频率 片内存储器的容量 片内外围电路的选择 ARM即Advanced RISC Machines的缩写。 1985年4月26日，第一个ARM原型在英国剑桥的Acorn计算机有限公司诞生，由美国加州San Jose VLSI技术公司制造。 20世纪80年代后期，ARM很快开发成Acorn的台式机产品，形成英国的计算机教育基础。 1990年成立了Advanced RISC Machines Limited。 20世纪90年代，ARM32位嵌人式RISC（Reduced Instruction Set Computer）处理器扩展到世界范围，占据了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系统应用领域的领先地位。 32位RISC处理器受到青睐，领先的是ARM嵌入式微处理器系列。 ARM公司虽然只成立10多年，但在1999年因移动电话火爆市场，其32位RISC处理器占市场份额超过了50%，2001年初，ARM公司的32位RISC处理器市场占有率超过了75%。ARM公司是知识产权供应商，是设计公司。由合作伙伴公司来生产各具特色的芯片。 ARM公司商业模式的强大之处在于其价格合理，全世界范围有超过100个合作伙伴--包括半导体工业的著名公司。ARM公司专注于设计，其内核耗电少、成本低、功能强，特有16/32位双指令集。ARM已成为移动通信、手持计算、多媒体数字消费等嵌入式解决方案的RISC标准。 在所有ARM处理器系列中，ARM7处理器系列应用最广，采用ARM7处理器作为内核生产芯片的公司最多。 ARM的发展历程-2 1991 - ARM 推出第一款RISC嵌入式微处理器核 ARM6 1993 - ARM 推出 ARM7 核 1995 – ARM的 Thumb扩展指令集结构为16位系统增加了32位的性能,提供业界领先的代码密度 ARM的发展历程-3 ARM7 TDMI的指令流水线 ARM单周期指令3段流水线操作* 处理器的工作状态 ARM7TDMI 处理器有两种工作状态: ARM - 32-bit, 按字排列的ARM指令集 Thumb -16-bit, 按半字排列的Thumb指令集 ARM7TDMI 核的操作状态可能通过BX指令(分支和交换指令）在ARM状态和Thumb状态之间切换 存储器模式* 大端模式 字数据的高位字节存储在低地址中 字数据的低字节则存放在高地址中 小端模式 低地址中存放字数据的低字节 高地址中存放字数据的高字节 指令长度及数据类型 ARM微处理器的指令长度可以是32位（ARM状态），也可以为16位（Thumb）状态 ARM微处理器支持字节（8位）、半字（16位）、字（32位）3种数据类型 字需要4字节对齐（地址的低两位为0）、半字需要2字节对齐（地址的最低位为0） 操作模式 ARM 处理器有7种工作模式: 用户模式(usr) - 正常的程序执行模式 快速中断模式(fiq) - 支持高速数据传输或通道处理 中断模式(irq) - 用于通用中断处理 管理员模式(svc) - 操作系统的保护模式. 中止模式(abt) - 支持虚拟内存和/或内存保护 系统模式(sys) - 支持操作系统的特殊用户模式(运行操作系统任务） 未定义模式(und) - 支持硬件协处理器的软件仿真 除了用户模式外，其他模式均可视为特权模式 寄存器组织 – 1* 寄存器 - 2 37 寄存器 31 个通用32位寄存器，包括程序计数器PC 未分组寄器R0-R7 分组寄存器R8-R14 程序计数器PC（R15） 6 个状态寄存器 15 通用寄存器 (R0 to R14), 以及1或者2个状态寄存器和程序计数器在任何时候都是可以访问的 可访问的寄存器取决于处理器的模式 其它寄存器 (the banked registers) 的状态在支持IRQ, FIQ, 管理员, 中止和未定义模式处理时被切换 寄存器 - 3 R0 到 R15 可以直接访问 R0 到 R14 是通用寄存器 R13: 堆栈指针 (sp) (通常) 每种处理器模式都有单独的堆栈 R14: 链接寄存器 (lr) R15 包含程序计数器 (PC) CPSR – 当前程序状态寄存器，包括代码标志状态和当前模式位 5个SPSRs--(程序状态保存寄存器) 当异常发生时保存CPSR状态 程序状态寄存器 - 1 ARM7TDMI 包含当前程