嵌入式系统应用与开发_第二章_arm架构（一）

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1、第二章ARM体系结构ARM公司是嵌入式RISC处理器的知识产权IP供应商,它为ARM架构处理器提供了ARM处理器内核(如ARM7TDMI、ARM9TDMI、ARM10TDMI等)和ARM处理器核(ARM710T/720T/740T、ARM920T/922T/940T、ARM926E/966E及ARM1020E等)。2.1ARM架构的发展ARM公司(AdvancedRISCMachinesLimited)正式成立于1990年。目前,ARM架构处理器已在高性能、低功耗、低成本的嵌入式应用领域占据领先地位，已占有75%左右的市场。ARM架构自诞生至今,已经发生了很大的演变,至今已定义5种不同的版本：

2、1.V1版架构该版架构只在原型机ARM1出现过,其基本性能：·基本的数据处理指令(无乘法)·字节、半字和字的LOAD/STORE指令·转移指令,包括子程序调用及链接指令·软件中断指令·寻址空间：64M字节(226)2.V2版架构该版架构对V1版进行了扩展,如ARM2与ARM3(V2a版)架构,增加了以下功能：·乘法和乘加指令·支持协处理器操作指令·快速中断模式·SWP/SWPB的最基本存储器与寄存器交换指令·寻址空间：64M字节3.V3版架构V3版架构对ARM体系结构作为较大的改动,把寻址空间增至32位(4G字节),增加了当前程序状态寄存器CPSR(CurrentProgramStatusRe

3、gister)和程序状态保存寄存器SPSR(SavedProgramStatusRegister)以便于异常(Exception)的处理。增加了中止(Abort)和未定义二种处理器模式。ARM6就采用该版架构。指令集变化如下：·增加了MRS/MSR指令,以访问新增的CPSR/SPSR寄存器·增加了从异常处理返回的指令功能。4.V4版架构V4版架构是目前应用最广的ARM体系结构,对V3版架构进行了进一步扩充,有的还引进了16位的Thumb指令集,使ARM使用更加灵活。ARM7、ARM8、ARM9和StrongARM都采用该版架构。指令集中增加了以下功能：·符号化和非符号化半字及符号化字节的存/取

4、指令·增加了16位Thumb指令集·完善了软件中断SWI指令的功能·处理器系统模式引进特权方式时使用用户寄存器操作·把一些未使用的指令空间捕获为未定义指令5.V5版架构这是最近推出ARM架构,在V4版基本上增加了一些新的指令,ARM10和XScale都采用该版架构,这些新增指令有：·带有链接和交换的转移BLX指令·计数前导零CLZ指令·BRK中断指令·增加了信号处理指令(V5TE版)·为协处理器增加更多可选择的指令2.2ARM架构的特点RISC(ReducedInstructionSetComputer)型处理器结构尽量减少复杂功能指令每条指令在单机器周期内执行每条指令都是32bit，具有多种

5、操作功能访问存储空间指令采用LOAD/STORE结构采用cache来提高存/取速度多寄存器结构小知识：RISC体系结构传统的CISC（ComplexInstructionSetComputer，复杂指令集计算机）结构越来越复杂。在CISC指令集的各种指令中，其使用频率却相差悬殊，大约有20％的指令会被反复使用，占整个程序代码的80％。而余下的80％的指令却不经常使用，在程序设计中只占20％，显然，这种结构是不太合理的。指令类型使用指令使用频度数据传送类43%转/跳控制类23%算术运算类15%比较类13%逻辑运算类5%其他1%表2.1典型指令使用频度小知识：RISC体系结构（续二）1979年美国

6、加州大学伯克利分校提出了RISC（ReducedInstructionSetComputer，精简指令集计算机）的概念，RISC并非只是简单地去减少指令，而是把着眼点放在了如何使计算机的结构更加简单合理地提高运算速度上。RISC结构优先选取使用频最高的简单指令，避免复杂指令；将指令长度固定，指令格式和寻地方式种类减少；以控制逻辑为主，不用或少用微码控制等措施来达到上述目的。小知识：RISC体系结构（续三）RISC体系结构应具有如下特点：采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有2～3种。使用单周期指令，便于流水线操作执行。大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/存

7、储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。现代的CPU往往采用CISC的外围，内部加入了RISC的特性，如超长指令集CPU就是融合了RISC和CISC的优势，成为未来的CPU发展方向之一。小知识：RISC体系结构（续四）2.Thumb指令集由于RISC型处理器的指令功能相对比较弱，ARM为了弥补此不足，在新型ARM架构（V4T版以上）定义了16位的Thumb指令集。Thumb指令集比通常的8位和