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第二章 ARM微处理器硬件结构 本章主要内容： 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Ⅰ 1.冯·诺依曼结构 计算机体系结构Ⅱ 2. 哈佛体系结构 ARM简介 ARM（Advanced RISC Machines）系列微处理器，采用的ARM技术知识产权（IP）核都是由ARM公司提供的。 ARM公司本身不生产芯片，转让设计许可，由合作公司生产各具特色的芯片。 ARM32位体系结构目前被公认为是嵌入式应用领域领先的32位嵌入式RISC微处理器结构。从版本1到版本6，ARM体系的指令集功能不断扩大。 ARM版本Ⅰ 1．V1版架构 该版架构只在原型机ARM1出现过，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 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； 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 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。 ARM版本Ⅳ 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。 ARM版本Ⅴ 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。 ARM版本Ⅵ 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 ARM7系列 ARM9系列 ARM9E系列 ARM10E系列 SecurCore系列 Inter的Xscale Inter的StrongARM ARM处理器结构 从一下四个方面介绍： ARM和Thumb状态 RISC技术 流水线技术 超标量执行 ARM和Thumb状态 V4版以后有： 32位ARM指令集 16位Thumb指令集，功能是ARM指令集的功能子集。 ARM7TDMI核以后，T变种的ARM微处理器有两种工作状态： ARM状态 Thumb状态。 ARM与Thumb状态转换 在程序的执行过程中，微处理器可以随时在两种工作状态之间切换，并且该转变不影响处理器的工作模式和相应寄存器中的内容。 进入Thumb状态：当操作数寄存器的状态位（位[0]）为1时，执行BX指令。 进入ARM状态：当操作数寄存器的状态位（位[0]）为0时，执行BX指令。 RISC技术Ⅰ RISC体系结构基本特点： 大多数指令只需要执行简单和基本的功能，其执行过程在一个机器周期内完成。 只保留加载/存储指令。操作数由加载