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第一章 嵌入式系统概述 合肥学院 电子信息与电气工程系 干开峰 四、ARM处理器简介 1、定义 ARM（Advanced RISC Machines），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。ARM处理器是一种低功耗高性能的32位RISC处理器，ARM处理器是一个综合体，ARM公司自身并不制造微处理器，而是由ARM的合作伙伴来制造 ARM公司于1990年11月在英国剑桥成立，前身为Acorn计算机公司。 ARM公司是全球领先的16/32位嵌入式RISC微处理器解决方案供应商。 ARM公司是知识产权（IP）公司，本身不生产芯片，靠转让设计许可，由合作伙伴公司来生产各具特色的芯片。 2、ARM指令系统版本 ARM公司从最初的开发到现在，ARM指令集结构有了巨大的改进，并在不断完善和发展。为了清楚地表达每个ARM内核所使用的指令集，ARM公司定义了一系列的指令集体系结构版本，以vx表示某种版本。 （1）版本1（v1） v1在ARM1中使用，但从未商业化。 26位寻址空间，其指令主要有： 基本的数据处理指令（无乘法指令） 字、字节和半字存储器访问指令 分支指令（包括带链接的分支指令） 软件中断指令 （2）版本2（v2） 仍是26位寻址空间，在v1的基础上增加的内容有： 乘法和乘法加指令 支持协处理器 快速中断模式中的分组寄存器 交换式加载/存储指令。 （3）版本3（v3） 将寻址范围扩展到32位，但兼容26位寻址。在v2的基础上增加的内容有： 设置了专用的当前程序状态寄存器CPSR、增加了程序状态保存寄存器 增加了中止异常和未定义指令异常两种处理器模式 增加了访问CPSR、SPSR的指令MRS和MSR 修改了异常返回指令的功能 （4）版本4（v4） 32位寻址方式，但不再兼容26位寻址，在v3的基础上增加的内容有： 半字加载/存储指令 在T变量中转换到Thumb状态的指令 增加了在使用用户模式寄存器的特权处理器模式 （5）版本5（v5） 对v4指令做了必要的修改和扩展，并且增加了指令，具体变化为： 改进在T变量中ARM/Thumb状态之间的切换效率 对于T和非T变量使用相同的代码生成技术 增加了计数前导零指令 增加了软件断点指令 对乘法指令设置标志做了严格定义。 将流水线的级数从3级（如ARM7TDMI使用的）增加到5级； 并改变存储器接口来使用分开的指令与数据存储器。 （6）版本6 （v6） 对v5指令做了必要的修改和扩展，并且增加了指令， 2001年发布，首先在ARM11处理器中使用(2002年春季发布)，具体变化为： ARM体系版本6的新架构在降低耗电量的同时，还强化了图形处理性能。 增加了多媒体处理功能：通过追加有效进行多媒体处理的SIMD功能，将语音及图像的处理功能提高到了原机型的4倍。 V6版本还支持多微处理器内核。 3、ARM 体系结构的演变 （1）Thumb指令集（T变种） 支持Thumb指令的ARM体系版本，一般加字符T来表示（如V4T）。 目前Thumb指令集有以下两个版本：Thumb 指令集版本1，此版本作为ARM体系版本4的T变种；Thumb指令集版本2，此版本作为ARM体系版本5的T变种。 与版本1相比，Thumb指令集的版本2具有以下特点： 通过增加新的指令和对已有指令的修改，来提高ARM指令和Thumb指令混合使用时的效率。 增加了软件断点（BKPT）指令和更严格地定义了Thumb乘法指令对条件码标志位的影响。 （2）长乘指令（M变种） M变种增加了两条这样的长乘指令： 其中一条指令完成32位整数乘以32位整数，生成64位整数的长乘操作； 另一条指令完成32位整数乘以32位整数，然后在加上一个32位整数，生成64位整数的长乘加操作。这种长乘的应用场合M变种很适合。 （3）增强型DSP指令（E变种） E变种的ARM体系增加了一些增强处理器对典型DSP算法处理能力的附加指令 : 几条新的完成16位数据乘法和乘加操作的指令； 实现饱和的带符号数的加减法操作的指令。 Cache预取指令PLD； E变种首先在ARM体系版本5T中使用，用字符E表示。 在早期的一些E变种中，未包含双字读取指令LDRD，双字写入指令STRD，协处理器的寄存器传输指令MCRR/MRRC以及Cache预取指令PLD。这种E变种记作ExP，其中x表示缺少，P代表上述的几种指令 （4）Java加速器Jazelle（J变种） ARM的Jazelle技术是Java语言和先进的32位RISC芯片完美结合的产物。 Jazelle技术使得Java代码