《ARM体系结构》PPT课件.ppt

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1、一、特点ARM处理器核因为其卓越的性能和显著优点，已经成为高性能、低功耗、低成本嵌入式处理器核的代名词，得到了众多的半导体厂家和整机厂商的大力支持。世界上几乎所有的半导体公司都获得了ARM的授权，他们结合自身的产品发展，开发具有自己特色的、基于ARM核的嵌入式SoC系统芯片。ARM处理器已经占据了绝大部分32、64位高端嵌入式处理器的市场，形成了移动通信、手持计算、多媒体数字消费等嵌入式解决方案事实上的标准。优良的性能和广泛的市场定位也极大地增加和丰富了ARM的资源，加速了基于ARM处理器的面向各种应用的系统芯片的开发和发展，使得ARM技术获得

2、更大的和更加广泛的应用，确立了ARM技术和市场的领先地位。第七章ARM体系结构7.1概述使用“Thumb”的新型压缩指令格式，使得应用系统开发可降低系统成本和功耗；ARM9、ARM10、“Strong-ARM”和ARM11等系列处理器的开发，显著地提高了ARM的性能，使得ARM技术在面向高端数字音、视频处理等多媒体产品的应用中更加广泛；更好的软件开发和调试环境，JTAG调试接口，加快用户产品开发；更为广泛的产业联盟使得基于ARM的嵌入式应用领域更加广阔；嵌入在复杂SoC中、基于ARM核的调试系统代表着当今片上调试技术的前沿。流水线二、RISC体

3、系结构CISC(ComplexInstructionSetComputer)RISC(ReducedInstructionSetComputer)CISC指令集设计的主要趋势是增加指令集的复杂度。而复杂指令集的高性能是以宝贵、有限的芯片面积为代价的。RISC的中心思想是精简指令集的复杂度、简化指令实现的硬件设计，硬件只执行很有限的最常用的那部分指令，大部分复杂的操作则由简单指令合成。RISC特点：指令格式和长度固定，且指令类型很少、指令功能简单、寻址方式少而简单，指令译码控制器采用硬布线逻辑，这样易于流水线的实现，进而获得高性能；由于RISC指

4、令系统强调了对称、均匀、简单，使得程序的优化编译效率更高；大多数指令单周期完成；极大地简化了处理器的设计；基于RISC体系结构设计的处理器管芯面积小；开发时间短、开发成本低。PIC也采用RISC核体系结构ARM1V1ARM2V2ARM2aS，ARM3V2aARM6，ARM600，ARM610V3ARM7，ARM700，ARM710V3ARM7TDMI，ARM710T，ARM720TARM740TV4TStrongARM，ARM8，ARM810V4ARM9TDMI，ARM920T，ARM940TV4TARM9E-SV5TEARM10TDMI，AR

5、M1020EV5TEARM11，ARM1156T2-S，ARM1156T2F-S，ARM1176JZ-S，ARM11JZF-SV6三、ARM体系结构演化四、Thumb技术Thumb是ARM体系结构的扩展。它从标准32位ARM指令集抽取出，重新编成16位的指令。因为Thumb指令的宽度只有ARM指令宽度的一半，故有很高的代码密度。在运行时，Thumb指令由处理器解压成32位的ARM指令。特点：支持Thumb的核有2套独立的指令集，它使设计者得到ARM32位指令的性能，又能享有Thumb指令集产生的代码方面的优势。可以在性能和代码大小之间取得平衡，

6、在需要较低的存储代码时采用Thumb指令系统，但有比纯粹的16位系统有较高的实现性能，因为实际执行的是32位指令，用Thumb指令编写最小代码量的程序，却取得以ARM代码执行的最好性能。完成相同的操作，Thumb指令通常需要更多的指令，因此在对系统运行时间要求苛刻的应用场合ARM指令集更为适合；Thumb指令集没有包含进行异常处理时需要的一些指令，因此在异常中断时，还是需要使用ARM指令，这种限制决定了Thumb指令需要和ARM指令配合使用。Thumb指令是ARM指令的子集Thumb指令与ARM指令的时间效率和空间效率关系为:存储空间约为ARM

7、代码的60％～70％指令数比ARM代码多约30％～40％存储器为32位时ARM代码比Thumb代码快约40％存储器为16位时Thumb比ARM代码快约40～50％使用Thumb代码，存储器的功耗会降低约30％7.2ARM编程模型一、处理器工作状态ARM状态和Thumb状态。ARM状态：32位，ARM状态下执行字对准的32位ARM指令。Thumb状态：16位，Thumb状态下执行半字对准的16位Thumb指令。在Thumb状态下，程序计数器PC使用位1选择另一个半字。ARM处理器可在两种工作状态之间切换。进入Thumb状态:当操作数寄存器Rm的状

8、态位bit［0］为1时，执行BXRm指令进入Thumb状态（指令详细介绍见后面）。所有的异常都是再ARM状态下进行，如果处理器在Thumb状态进入异常