2_arm体系结构讲解.ppt

第二部分 ARM9处理器硬件平台; ARM处理器概述;ARM简介;目前，采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75％以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。; 世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。 目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM公司的授权，因此既使得ARM技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。 ;ARM处理器的特点及应用领域;ARM处理器的应用领域 工业控制领域： 作???32位的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。无线通讯领域： 目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM技术， ARM以 其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。;网络应用： 随着宽带技术的推广，采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM在语音及视频处理上行了优化，并获得广泛支持，也对DSP的应用领域提出了挑战。消费类电子产品： ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。成像和安全产品： 现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术。;ARM指令集体系结构版本 ;（2）V2版架构 该版架构对V1版进行了扩展，例如ARM2和ARM3（V2a）架构，版本2a是版本2的变种，ARM3芯片采用了版本2a。V2版架构与版本V1相比，增加了以下功能： 乘法和乘加指令(Multiply Multiply-accumulate)； 支持协处理器操作指令； 支持线程同步 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：64MB; 26 bit 地址总线。 ;（3）V3版架构 V3版架构对ARM体系结构作了较大的改动： 寻址空间增至32位（4GB）； 当前程序状态信息从原来的R15寄存器移到当前程序状态寄存器CPSR中（Current Program Status Register）; 增加了程序状态保存寄存器SPSR（Saved Program Status Register）； 增加了中止（Abort）和未定义2种处理器模式； 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版架构在V3版上作了进一步扩充，V4版架构是目前应用最广的ARM体系结构，ARM7、ARM8、ARM9和StrongARM都采用该架构。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 V5版架构是在V4版基础上增加了一些新的指令，ARM10和Xscale都采用该版架构。这些新增命令有： 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； 增加了数字信号处理指令（V5TE版）； 为协处理器增加更多可选择的指令。;（6）V6版架构 V6版架构是2001年发布的，首先在2002年春季发布的ARM11处理器中使用。此架构在V5版基础上增加了以下功能： THUMBTM：35%代码压缩； DSP扩充：高性能定点DSP功能； JazelleTM：Jova性能优化，可提高8倍； Media扩充：音/视频性能优化，可提高4倍。 ;ARM处理器系列;ARM处理器结构;ARM状态和Thumb状态;ARM与Thumb状态转换;RISC技术Ⅰ ;RISC技术Ⅱ;流水线技术;22; 但上述的过程是一种理想的过程，各个阶段的操作时间有长短。相邻指令执行的数据相关性会产生指令执行的停顿(stall)，严重的会产生数据灾难(hazards)。 下图，第2条指令的reg操作需要第1条指令执行的结果(res)，因此，第2条指令在执行时，不得不产生停顿。