ARM技术和ARM体系结构.ppt

大连理工大学软件学院 邱铁 办公楼409 TelE_mail: qiutie@ 第二讲 ARM技术与ARM体系结构 ARM体系结构的基本版本 Thumb技术 处理器工作模式 ARM7TDMI ARM9TDMI 异常处理 ARM技术的产生 第一片ARM处理器是1983年10月到1985年4月 间在位于英国剑桥的Acorn Computer公司开发 1990年，ARM公司成立 20世纪90年代， ARM快速进入世界市场 1995年 StrongARM 问世 XScale是下一代StrongARM芯片的发展基础 ARM10TDMI是ARM处理器核中的高端产品 ARM11是ARM家族中性能最强的一个系列 一.ARM体系结构的基本版本 ARM体系结构的基本版本 版本4与以前版本相比增加了下列指令: 有符号、无符号的半字和有符号字节的load和store指令。 增加了T变种，处理器可以工作于Thumb状态，在该状态下的指令集是16位的Thumb指令集。 增加了处理器的特权模式。在该模式下，使用的是用户模式下的寄存器。 ARM体系结构的基本版本 版本5主要由两个变型版本5T、5TE组成 相比与版本4，版本5的指令集有了如下的变化： 提高了T变种中ARM/Thumb混合使用的效率。 增加前导零记数（CLZ）指令，该指令可使整数除法和中断优先级排队操作更为有效； 增加了BKPT（软件断点）指令； 为协处理器设计提供了更多的可供选择的指令； 更加严格地定义了乘法指令对条件码标志位的影响。 ARM体系结构的基本版本 ARM体系版本6是2001年发布的。新架构v6在降低耗电量的同时还强化了图形处理性能。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。ARM体系版本6首先在2002年春季发布的ARM11处理器中使用。 ARM体系结构的基本版本命名规则 ARM{x}{y}{z}{T}{D}{M}{I}{E}{J}{F}{-S} 大括号内的字母是可选的，各个字母的含义如下： ? x ——系列号，例如ARM7中的“7”、ARM9中的“9”； ? y ——内部存储管理/保护单元，例如ARM72中的“2”、ARM94中的“4”； ? z ——内含有高速缓存Cache； ? T ——技持16位的Thumb指令集； ? D ——支持JTAG片上调试； ? M ——支持用于长乘法操作（64位结果）的ARM指令，包含快速乘法器； ? I ——带有嵌入式追踪宏单元ETM（Embedded Trace Macro），用来设置断点和观察点的调试硬件； 续 ? E ——增强型DSP指令（基于TDMI）； ? J ——含有Java加速器Jazelle，与Java虚拟机相比，Java加速器Jazelle使Java代码运行速度提高了8倍，功耗降低到原来的80%； ? F ——向量浮点单元； S——可综合版本，意味着处理器内核是以源代码形式提供的。这种源代码形式又可以被编译成一种易于EDA工具使用的形式。 ARM体系结构的基本版本 二.Thumb技术 为解决代码长度的问题，ARM体系结构增加了Ｔ变种，这就是Thumb指令集，它是ARM技术的一大特色。 Thumb是ARM体系结构的扩展。它有从标准32位ARM指令集抽出来的36条指令格式，可以重新编成16位的操作码。这能带来很高的代码密度 。 ARM7TDMI是第一个支持Thumb的核。 三.处理器工作模式 ARM 有7个基本工作模式: User:非特权模式，大部分任务执行在这种模式 正常程序执行的模式 FIQ:当一个高优先级(fast)中断产生时将会进入这种模式 高速数据传输和通道处理 IRQ:当一个低优先级(normal)中断产生时将会进入这种模式 通常的中断处理 Supervisor:当复位或软中断指令执行时将会进入这种模式 供操作系统使用的一种保护模式 Abort: 当存取异常时将会进入这种模式 虚拟存储及存储保护 Undef: 当执行未定义指令时会进入这种模式 软件仿真硬件协处理器 System: 使用和User模式相同寄存器集的特权模式 特权级的操作系统任务 ARM 寄存器 寄存器组织概要 ARM 寄存器 ARM 有37个32-Bits长的寄存器. 1 个用作PC( program counter) 1个用作CPSR(current program status register) 5个用作SPSR(saved program status registers) 30 个通用寄存器 当前处理器的模式决定着哪组寄存器可操作. 任何模式都可以存取： 相应的r0-r12子集 相应的 r13 (t