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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。
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