嵌入式系统概论第六章

第6章ARM处理器概述

本章先简介ARM公司及其处理器的特点，再详细叙述各种指令集结构和处理器系列的特点，最后介绍ARM处理器的编程模型。目录6.1ARM公司简介6.2ARM处理器的特点及其应用领域

6.3ARMISA概述6.4ARM处理器系列概述6.5ARM处理器编程模型本章习题ARM公司是全球领先的16/32位嵌入式RISC（ReducedInstructionSetComputer）微处理器解决方案的供应商，向全球各大电子公司提供高性能、低功耗和低成本的RISC微处理器、外设和系统芯片技术授权。ARM还为开发完整系统提供综合技术支持。

ARM公司成功的原因归功于其三位一体的核心竞争力。首先是其领先业界的产品和技术；其次是其独辟蹊径、最先缔造的知识产权授权商业模式；最后是其庞大、稳固的产业联盟。6.1ARM公司简介6.2ARM处理器的特点及其应用领域

ARM处理器立足于嵌入式市场，其设计思想并不单纯地追求处理器速度，而是着眼于系统的整体性能。具体来讲，ARM处理器的特点主要包括以下几个方面：一些特定指令的周期数可变；内嵌桶形移位器提供了效率更高的指令；增加特殊应用的增强指令。ARM处理器是典型的RISC结构；提供Thumb16位指令集；条件执行机制改善了代码密度；到目前为止，ARM微处理器及其技术的应用已经深入到嵌入式的各个领域：

工业控制领域；成像和安全产品领域；

网络应用领域；

消费类电子产品领域；

6.2ARM处理器的特点及其应用领域无线通讯领域；数字信号处理领域。6.3ARMISA概述上述基础版本和变体版本以及优化技术配合使用，构成了ARM丰富的各种具体ISA版本。具体如下：

M变体版本（长乘法指令）；E变体版本（增强型DSP指令）；J变体（Java加速器Jazelle）；NEON媒体加速技术；VFP向量浮点技术；TrustZone安全技术；基础版本1～7；T变体版本（Thumb指令集）；6.3ARMISA概述ARM公司精心规划ARM指令集结构（InstructionSetArchitecture，ISA）的发展过程，至今已有7个主要的基础版本。另外，ARM还提供了几种特殊的指令集和优化技术：ARMv5TE：在基础版本5上增加Thumb指令集（T）以及增强的DSP指令集扩展（E）

；ARMv5TEJ：在基础版本5上增加了Thumb指令集、DSP指令集扩展以及Java加速器技术Jazelle；ARMv6：主要基于基础版本6；ARMv7：基于基础版本7（即Thumb-2），分为三种类型，分别命名为ARMv7-A、ARMv7-R和ARMv7-M

；ARMv4：目前仍在支持的最早版本；ARMv4T：在ARMv4上增加Thumb指令集；经过多年的发展，ARM处理器已经形成一个庞大的家族，至今已有约14个系列的处理器产品问世。与ARMISA一样，早期的一些处理器系列已经被淘汰，ARM公司目前支持7大系列的处理器产品：

ARM7系列处理器；ARM11系列处理器；ARM9E系列处理器；

ARM10E系列处理器；6.4ARM处理器系列概述ARM9系列处理器；Cortex系列处理器；SecurCore系列处理器；类型

属性ARM7ARM9ARM9EARM10EARM11Cortex处理器流水线深度3556813典型频率(MHz)2362504705406201100典型功耗(mw/MHz)0.030.25(+cache)0.235(+cache)0.45(+cache)0.6(+cache)0.45(+cache)性能(MIPS)Dhrystone2.11303003004006752000典型的指令集结构ARMv3ARMv4TARMv5TEARMv5TEJARMv6ARMv76.4ARM处理器系列概述

ARM处理器系列属性的比较

程序员为使程序在计算机上执行而必须了解的有关计算机的基本情况称之为编程模型。ARM处理器的编程模型主要包括：1.数据类型浮点数（IEEE754标准）；

半字（16位）；

字（32位）；

6.5ARM处理器编程模型字节（8位）；2.处理器模式6.5ARM处理器编程模型处理器模式描述用户模式usr正常用户程序执行的模式快速中断模式fiq支持高速数据传输和通道处理外部中断模式irq通常的中断处理管理模式svc操作系统使用的一种保护模式中止模式abt实现虚拟存储器或存储器保护未定义模式und用于支持通过软件仿真的硬件协处理器系统模式sys用于运行特权级的操作系统任务3.寄存器组织寄存器R0～R7；寄存器CPSR和SPSR；

寄存器R13~R14；

寄存器R15；

6.5ARM处理器编程模型寄存器R8~R12；4.异常处理机制6.5ARM处理器编程模型异常类型处理器模式异常向量正常地址高位地址复位管理0X000000000XFFFF0000未定义指令未定义0X000000040XFFFF0004软件中断（SWI）管理0X000000080XFFFF0008指令预取中止中止0X0000000C0XFFFF000C数据访问中止中止0X000000100XFFFF0010保留-0X000000140XFFFF0014IRQ中断外部中断0X000000180XFFFF0018FIQ中断快速中断0X0000001C0XFFFF001C5.存储器组织结构32位地址空间；ARM和Thumb切换；

Big-Endian和Litter-Endian；