嵌入式系統(tǒng)2014秋第05講arm體系結(jié)構(gòu)

第4章ARM體系結(jié)本章主要介紹以下內(nèi)ARM體系結(jié)構(gòu)ARM處理器ARMARM工作模式和工作ARM寄存器 ARM的異常AMBA和ARM處理器基本特沿用的有：通用寄存器堆，32位定長 器指令和3地址數(shù)據(jù)運(yùn)算指令 2001年以后，ARMv6體系結(jié)構(gòu)中增加了60多條現(xiàn)在可以認(rèn)為結(jié)構(gòu)為主，兼有的優(yōu)點(diǎn)。ARM體系結(jié)構(gòu)目前主要在用的ARM處理器的體系結(jié)構(gòu)V4、V5、V6和V7當(dāng)前在用的ARM目前實(shí)際使用的ARM處理器核有二十每一種處理器核依據(jù) 系結(jié)構(gòu)版本設(shè)獲得廣泛的嵌入式操作系統(tǒng)包括：WindowsCE、PalmOS、Symbian TraceMacro）ARM處理器的3種指令A(yù)RMThumb指令16JazelleARM指令集和Thumb指令A(yù)RM狀態(tài)，運(yùn)行32位的ARM指令Thumb狀態(tài)，運(yùn)行16位的Thumb指令在任何一種工作狀態(tài)可以通過轉(zhuǎn)移指令切換到另一種工作狀態(tài)。加電起動時(shí)處理器工作在ARM指令集壓同樣的寬度。與16位體系結(jié)構(gòu)相比，32位體系結(jié)構(gòu) 一般來講，16位體系結(jié)構(gòu)比32位體系結(jié)構(gòu)更高的代碼密度，但只有近似一半的性能Thumb在32位體系結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了16位指令集，提供比16位體系結(jié)構(gòu)更高的性能比32位體系結(jié)構(gòu)更高的代碼密度ThumbThumb指令集是通常使用的32位ARM指令每條Thumb指令是16位長，有相應(yīng)的對于處理器模型有Thumb指令在標(biāo)準(zhǔn)的ARM寄存器配置下執(zhí)行時(shí)，16位Thumb指令透明地實(shí)時(shí)解壓縮成32位Thumb具有32位核的所有優(yōu)點(diǎn)32位尋32位寄32位移位器和算術(shù)邏輯單元ALU(ArithmeticLogic Thumb指令集（續(xù) ARM體系結(jié)構(gòu)版本變量列（第1種形式后綴變功能TT指令集，T指令的長度為T有兩個(gè)版本。T用于M的Tm用于T變種。D含JTAG調(diào)試器，支持片上調(diào)試M提供用于進(jìn)行長乘法操作的ARM指令，產(chǎn)生全64I嵌入宏單元（EmbeddedICEmacrocell）硬件部件，提上斷點(diǎn)和調(diào)E增強(qiáng)型DSP指令，增加了幾條16以完成飽和帶JJazelle，與普通的JAVA虛擬機(jī)相比較，Jazelle使Java碼運(yùn)行速度提高了8倍，而功耗降低了80%F向量浮點(diǎn)S可綜合版本，以源代碼形式提供的，可以被EDAARM核版本命名規(guī)命名規(guī)則的字符串{y}表示內(nèi) 管理和保護(hù)單元，例如其余體系結(jié)構(gòu)版本變量已 面幻燈片給出ARM核版本命名規(guī)則（續(xù)說明①在ARM7TDMI之后出產(chǎn)的所有ARM內(nèi)核名稱，即“M“TI其中：后綴A表示應(yīng)用（Application）、R表示實(shí)時(shí)控制（Realtime）、M表示微控制器（MicroController）ARM處理器核的3種應(yīng)用類處理器核分硬件頻性功典型用途/產(chǎn)品舉配備MMU最最合去除備有較合較微控沒有子合適極符號標(biāo)統(tǒng)，即不例：門禁系統(tǒng)，游戲MMU制器，家庭網(wǎng)機(jī)控制當(dāng)前主流ARM處理器核一覽處理器應(yīng)用處理實(shí)時(shí)控制ARMCortex列ARMCortex-ARMCortex-ARMCortex-ARM11系A(chǔ)RM9ARM處理器系目前在用的ARM處理器系列主要有6ARM7系列處理器特ARM7系列處理器具有以含有嵌入式ICE－RT邏輯非常低的功馮?MIPS/MHz的三級流水線ARM7系列處理器特8KBETM7ETM7DSPARM7ARM7ARM7ARM7TDMI ARM7TDMIS ARM7EJ ARM720T 其它ARM7處理器ARM7TDMI-最適用于可移植性和靈活性為關(guān)鍵的現(xiàn)全性能的最適用于低功耗和體積為關(guān)鍵的應(yīng)用ARM9系列處理系列是高性能和低功耗特性方面最佳的硬宏單元。它具有：5級流水提供1.1MIPS／MHz的哈ARM9主要應(yīng)用領(lǐng)#先進(jìn)#儀器儀表#安全系統(tǒng)#高端

網(wǎng)絡(luò)電#智能機(jī)頂盒#PDAARM9系列處理器的組保護(hù)單元MMU雙4KB雙8KB雙8KB嵌入式嵌入式嵌入式ETM9接ETM9接ETM9接ARM9ARM9ARM9Thumb擴(kuò)充Thumb擴(kuò)Thumb擴(kuò)ASB接AHB接ASB接ARM940T嵌入式RTOSARM922T開放平臺處理器核ARM920T開放平臺處理器核ARM9E的組MMCachCachTCMTCMTCMICERICERICERETM9ETM9ETM9DSPDSPDSPJazelleARMV5TARMV5TARMV5TEARM9EARM9EARM9EThumbThumbThumbAHBAHBAHBARM966E_Srev ARM946E_Srev ARM926EJ_Srev可綜合嵌入式 可綜合嵌入式RTOS Jazelle使能可綜OSARM9E系列處理器特ARM966E-

TCM是緊密耦 器的縮略多處理器陣列上最適用于硅片面積關(guān)鍵而對Cache無要求的可配置的TCM大?。?KB、4KB、8KB16KB，可高達(dá)64MBARM946E-緊耦 器在ARMV6處理系統(tǒng)模型中的位ARM9E系列處理器的特ARM926EJ-Jazelle每個(gè)可配置的Cache大?。?KB、8KB16KB，高達(dá)分立的指令和數(shù)據(jù)高速AHB全性能的 ARM10系列處理ARM10系列為硬宏單元，具有如下DSP全性能對于指令和數(shù)據(jù)，64位AHB接口內(nèi)部64位數(shù)據(jù)通路1.25速度下，性能提高了50％ARM10系列處理器的組雙雙16KBETM10ARM10E雙64位雙32KBARM10E雙64位ARM1022E

ARM1020EARM11系列處理 核 年月公布主頻：350-工藝：0.138級標(biāo)64SecurCoreSC100系SecurCoreSC100系列專反工程(reverseengineering)特性；ARMCortex核系列處理目前已經(jīng)有了四個(gè)ARMCortexCortex-A8、Cortex-M4、Cortex-R4和Cortex-先進(jìn)的可配置功能（、M和進(jìn)行配置）125MI/MHZ（Dhrystone測試基準(zhǔn)）、新的Thumb-2掌握ARM處理器初學(xué)者要弄清楚三個(gè)基本概ARM體系結(jié)構(gòu)ARMARM處理器核ARMARM處理器多個(gè)公ARM流水代CPU設(shè)計(jì)方案中幾乎都采用了流水ARM7流水ARM7TDMI核使用3級指令流水<1>取指，由取指部件處理，把指令從內(nèi)放入指令流水<2>譯碼，指令被譯碼。在這一級指令占有譯碼輯，不占有數(shù)據(jù)通路<3>執(zhí)行，執(zhí)行流水線中已經(jīng)被譯碼的指令，在這級，指令占有數(shù)據(jù)通路，移位操作，讀通用寄存，ALU產(chǎn)生結(jié)果，寫通用寄存器ARM9流水 ARM9流水線（續(xù) <4>數(shù)據(jù)緩沖，如果需要， 數(shù)器； 9流構(gòu)ARM10和ARM11流水ARM10流水線為6ARM11流水線為8級流水Cortex-R4流水ARM工作模式和工作狀異中ARM5種異常工作模ABT（取指中止或者取操作數(shù)中止UND（進(jìn)入未定義指令陷阱IRQ（普通中斷FIQ（快速中斷SVC（管理ARM處理器工作模ARM處理器支持7種工用戶 6 模分類：系統(tǒng)模式，5種異常模特點(diǎn)： 全部資源，能改變工作模式ARM處理器工作模 模式使用說明 ，因此使用 用戶級代碼沒有意義模式使用說明式與PC機(jī)的級運(yùn)行模式是不能夠簡單模式使用說明ARM處理器工作狀⑴狀態(tài)位的齊取指執(zhí)行指令。⑵狀態(tài)，機(jī)器指令為位的指令集，半字對齊取指執(zhí)行指令。種工作狀態(tài)。和加電起動時(shí)處理器工作在ARM狀態(tài)兩種工作狀態(tài)之間切進(jìn)入Thumb狀位）為指T如果處理器在Thumb（IRQ、FIQ、Undef、Abort和SWI）返回轉(zhuǎn)換到Thumb進(jìn)入ARM狀當(dāng)操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位（位[0]）為0時(shí)，執(zhí)行BX令進(jìn)入ARM狀態(tài)工作狀態(tài)切換方參看下例?從ARM狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)門humb R0,=Lable+1 R0,=Lable ARM寄存器組寄存器稱為寄存器，它們是為處理器不同工作模式配備的物理寄存器。在異常模式個(gè)ATPCS命名規(guī)ATPCS規(guī)定的寄存器名稱可以方 ，提工作效率，減少差錯ARM寄存器的使用規(guī)則ARM寄存器