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第２章 ARM体系结构与编程方法 本章通过从 ARM 微处理器的特点及体系结构的发展谈起，随后介绍本书选用的基于 ARM920T 核心的 S3C2410A微处理器的可用资源，为系统设计提供参考；接着，基于 S3C2410A 微处理器介绍 ARM 体系结构，包括 CPU 核心与相应的指令系统（寻址方式与指令系统的学习 密不可分）；最后，这里通过 ADS 集成开发环境学习 ARM 微处理器简单的程序设计与编写。 学习目标： 了解ARM 微处理器的体系结构 了解ARM 微处理器的寻址方式 熟悉 ARM 微处理器的编程方法 2.1 ARM微处理器概述 前面提到过，ARM 是 Advanced RISC Machines 的缩写，既可以认为是一个公司的名字， 也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。现在针对其作为 ARM 微处理器进行学习与了解，内容主要是 ARM 微处理器的结构体系。 要了解一款 ARM 微处理器，需要对其定型，也就是应该知道该微处理器是采用哪个版 本架构的、属于哪个内核系列、型号是什么。比如，在本书中采用 ARMv4 版本架构的、 ARM920T 核心的 S3C2410A 微处理器。通过本节的学习，就会先对这些陌生的术语有所了 解。 2.1.1 ARM微处理器的特点 采用 RISC 架构的 ARM 微处理器一般具有如下特点： 1．体积小、低功耗、低成本、高性能。 2．支持 Thumb （16 位）/ARM （32 位）双指令集。 ARM微处理器支持2种指令集：ARM指令集和Thumb指令集。其中，ARM指令为32位 的长度，Thumb指令为16位长度。Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与等价的ARM 代码相比较，可节省30%～40% 以上的存储空间，同时具备32位代码的所有优点。 3．大量使用寄存器，指令执行速度更快。 ARM处理器共有37个32位寄存器，其中，有31个通用寄存器；有6个状态寄存器，用以 标识CPU 的工作状态及程序的运行状态。 4．大多数数据操作都在寄存器中完成。 5．寻址方式灵活简单，执行效率高。 6．指令长度固定。 7．先进的取指及分支预测技术 8．流水线结构。 9．使用桶形移位器（barrel shifter），可以提高数字逻辑运算速率。 10．全球合作伙伴众多。 2.1.2 ARM微处理器的发展 ARM 微处理器在设计到市场，在各个领域得到应用，发展越来越快，也经是设计者在 设计电路系统时选用的不可或缺的方案之一。从芯片体系架构的版本发展上看，已经历经了 ARMv1 、ARMv2 、ARMv2A 、ARMv3 、ARMv4 、ARMv4T 、ARMv5TE 、ARMv5TEJ 、ARMv6 、 ARMv7 的版本创新、改进与升级。如图2-1 所示，是目前较新版本构架的发展路线。 图2-1 ARM 微处理器架构发展 1．ARMv4 ，ARM 目前仍支持的最低的微处理器架构版本。采用ARMv4 以前版本的微 处理器现在已经废弃了。还在应用中的ARMv4版本架构的微处理器包括ARM7系列微处理 器及Intel StrongARM微处理器。ARMv4被认为是在32位寻址空间（32位内存寻址从ARMv3 开始）中操作的32位指令集架构，也就是位长是32位的微处理器。 2 ．ARMv4T ，采用ARMv4T架构的微处理器中开始具备Thumb指令集，这是16位的指 令系统，可以编译产生更加紧凑的执行代码，与相应的32位的可执行代码比较，节省35% 以 上的存储器空间，同时仍保留了32位系统的所有优点。 3 ．ARMv5TE ，在1999年，ARMv5TE版本架构引入到了ARM微处理器。一方面，这个 版本的ARM微处理器在Thumb指令集上有了很大的改进，同时在ARM ISA 的基础上扩展出 了增强型数字信号处理（Enhanced DSP ）指令集。这就是ARMv5版本后“T ”与“E ”的 含义。 首先，ARMv5TE版本不