第3节 arm体系架构.ppt

第3章 ARM体系架构 重点内容： ARM微处理器简介 ARM微处理器系列 ARM编程模型 嵌入式系统的软硬件框架 Edukit-III实验教学系统 一、ARM微处理器简介 ARM微处理器的发展 ARM可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字，全名是Advanced RISC Machine。 该公司1990年11月成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权，是苹果电脑，Acorn电脑集团和VLSI Technology的合资企业。Acorn曾推出世界上首个商用单芯片RISC处理器，而苹果电脑当时希望将RISC技术应用于自身系统，ARM微处理器新标准因此应运而生。 ARM微处理器的发展 80年代末90年代初，半导体行业产业链刚刚出现分工，台积电，联电等半导体代工厂正悄悄崛起，美国硅谷中的一些Fabless公司也如雨后春笋一样涌现出来，所谓的Fabless公司自己设计芯片，但是生产过程则包给台积电等代工厂生产。 ARM更是为天下先，12年前首创了Chipless的生产模式，即该公司既不生产芯片，也不设计芯片，而是设计出高效的IP内核，授权给半导体公司使用，半导体公司在ARM技术的基础上添加自己的设计并推出芯片产品，最后由OEM客户采用这些芯片来构建基于ARM技术的系统产品。 ARM微处理器的发展 ARM的核心业务是销售芯片核心技术IP，目前全球有103家巨型IT公司在采用ARM技术。20家最大的半导体厂商中有19家是ARM的用户，包括德州仪器，意法半导体，Philips, Intel等。 唯一没有购买ARM授权的是Intel的老对头AMD，因为Intel便携式处理器采用的是StrongARM，而AMD则收购了Alchemy公司与之抗衡，采用的是MIPS结构。 ARM微处理器结构－RISC CISC（Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）结构 RISC（Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机）的概念，RISC体系结构应具有如下特点： 采用固定长度的指令格式，指令整齐、简单、基本寻址方式有2-3种； 使用单周期指令，便于流水线操作执行； 大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。 ARM微处理器的指令结构 ARM微处理器支持两种指令集： ARM指令集： ARM指令为32位的长度 Thumb指令集：Thumb指令为16位长度 Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与等价的ARM代码相比较，可节省30％～40％以上的存储空间，同时具备32位代码的所有优点。 ARM微处理器的特点 ARM微处理器采用RISC架构，具有下列一些显著特点： 体积小、功耗低、成本低、高性能。 支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集。 具有大量的寄存器，因而指令执行速度快。 绝大多数操作都在寄存器中进行，通过Load/Store的体系架构在内存和寄存器之间传递数据。 寻址方式简单。 采用固定长度的指令格式。 ARM微处理器的特点 除此之外，ARM体系还采用一些特别的技术用来保证芯片高性能的同时，尽可能减小芯片体积，降低芯片功耗。这些技术包括： 在同一条数据处理指令中包含算术逻辑处理单元处理和移位处理。 使用地址自动增加（减少）来优化程序中循环处理。 Load/Store指令可以批量传输数据，从而提高数据传输的效率。 所有指令都可以进行分支预测功能，即根据前面指令执行结果，决定是否执行，以提高指令的执行效率。 ARM微处理器的特点及应用 ARM微处理器及技术已经深入到各个领域，取得很大的成功，到目前为止， ARM 微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域。 无线通讯领域：无线通信领域是ARM微处理器应用最为广泛的领域之一，目前全球超过85％的无线通讯设备都采用ARM技术。比如手机、PDA等设备中都有ARM技术的应用。 蓝牙技术：ARM已经为蓝牙技术的推广应用做好了准备，像爱立信、英特尔、朗讯、阿尔卡特等20多家公司的元器件产品都采用了ARM技术。 ARM微处理器的特点及应用 网络应用领域：随着宽带技术的推广，采用ARM技术的ADSL芯片组正逐渐取得竞争优势。 消费类电子产品领域：ARM技术在数字音频领域、数字机顶盒和游戏机中得到广泛应用。另外，采用ARM技术的存储产品包括硬盘系列、微型闪存和可读写光盘等，已经投入生产。 信息家电领域：现在很多数码相机、打印机都使用了ARM技术，另外，汽车上包括驾驶、安全和车载娱乐等各种功能都可以使用ARM微处理器来完成。 二、ARM微处理器系列 下面所列的是ARM微处理