第2篇ARM微处理器硬件结构.ppt

第2章 ARM微处理器硬件结构 计算机体系结构分类 ARM版本及系列 ARM处理器结构 存储系统机制 计算机体系结构分类 两种典型的结构 ： 冯·诺依曼结构 哈佛体系结构 冯·诺依曼结构 冯·诺依曼机：将数据和指令都存储在存储器中的计算机。 计算系统由一个中央处理单元（CPU）和一个存储器组成。存储器拥有数据和指令，并且可以根据所给的地址对它进行读或写。 哈佛体系结构 哈佛机：为数据和程序提供了各自独立的存储器。 程序计数器只指向程序存储器而不指向数据存储器，这样做的后果是很难在哈佛机上编写出一个自修改的程序 。 独立的程序存储器和数据存储器为数字信号处理提供了较高的性能。 ARM?7使用冯·诺依曼体系结构。 ARM 9使用哈佛体系结构。 ARM公司简介 ARM是Advanced RISC Machines的缩写，它是一家微处理器行业的知名企业，该企业设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC （精简指令集）处理器。 1985年第一个ARM原型在英国剑桥诞生。 公司的特点是只设计芯片，而不生产。它提供ARM技术知识产权（IP）核，将技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，并提供服务。 ARM处理器的应用 到目前为止，基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位嵌入式微处理器75％以上的市场份额。 全球80%的GSM/3G手机、99%的CDMA手机以及绝大多数PDA产品均采用ARM体系的嵌入式处理器。 “掌上计算”相关的所有领域皆为其所主宰。 主要应用：消费类电子，无线、图像应用开放平台、存储、自动化、智能卡、SIM卡等。 ARM处理器的三大特点：耗电少功能强、16位/32位双指令集、众多合作伙伴。 各ARM体系结构版本 ARM体系结构从最初开发到现在有了很大的改进，并仍在完善和发展。 为了清楚地表达每个ARM应用实例所使用的指令集，ARM公司定义了6种主要的ARM指令集体系结构版本，以版本号V1～V6表示。 ARM版本Ⅰ： V1版架构 该版架构只在原型机ARM1出现过，只有26位的寻址空间，没有用于商业产品。 其基本性能有: 基本的数据处理指令（无乘法）； 基于字节、半字和字的Load/Store指令; 转移指令，包括子程序调用及链接指令； 供操作系统使用的软件中断指令SWI； 寻址空间：64MB（226）。 ARM版本Ⅱ： 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。同样为26位寻址空间，现在已经废弃不再使用。 V2版架构与版本V1相比，增加了以下功能： 乘法和乘加指令； 支持协处理器操作指令； 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。 ARM版本Ⅲ ： V3版架构 V3版架构（ 目前已废弃 ）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。 ARM版本Ⅳ ： V4版架构 不在为了与以前的版本兼容而支持26位体系结构，并明确了哪些指令会引起未定义指令异常发生，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。 ARM版本Ⅴ ： 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； 改进了ARM/Thumb状态之间的切换效率； E增强型DSP指令集，包括全部算法操作和16位乘法操作； J支持新的JAVA，提供字节代码执行的硬件和优化软件加速功能。