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第二章 ARM技术概述 ARM概述 ARM体系结构 Thumb技术介绍 一、ARM概述 ARM是什么？ Advanced RISC Machines 一个公司的名字——英国知识产权核（IP）设计公司 一类微处理器的通称 一种技术的名字（ARM微处理器核） ARM 微处理器的应用领域及特点 ARM处理器市场覆盖率最高、发展趋势广阔 基于ARM技术的32位微处理器，市场的占有率目前已达到80%。 绝大多数IC制造商都推出了自己的ARM结构芯片。我国的中兴集成电路、大唐电讯、中芯国际和上海华虹，以及国外的一些公司如德州仪器、意法半导体、Philips、Intel、Samsung等都推出了自己设计的基于ARM核的处理器。 应用一：工业控制领域 作为32 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。 应用二：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。 应用三：网络设备 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进行了优化，并获得广泛支持，也对DSP 的应用领域提出了挑战。 应用四：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。 应用五：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处理器的使用量 ARM处理器的特点: 1、体积小、低功耗、低成本、高性能； 2、支持Thumb（16 位）/ARM（32 位）双指令集，能很好的兼容8 位/16 位器件； 3、大量使用寄存器，指令执行速度更快； 4、大多数数据操作都在寄存器中完成； 5、寻址方式灵活简单，执行效率高； 6、指令长度固定； 几个重要概念： 冯·诺依曼体系结构模型 指令的执行周期T 1）取指令（Instruction Fetch)：TF 2）指令译码（Instruction Decode）：TD 3）执行指令（Instruction Execute）：TE 4）存储（Storage）：TS 每条指令的执行周期：T= TF+TD+TE+TS 冯·诺依曼体系的特点 1）数据与指令都存储在同一存储区中，取指令与取数据利用同一数据总线。 2）被早期大多数计算机所采用 3）ARM7——冯诺依曼体系 结构简单,但速度较慢。取指不能同时取数据 哈佛体系结构模型 哈佛体系结构的特点 1）程序存储器与数据存储器分开. 2）提供了较大的存储器带宽，各自有自己的总线。 3）适合于数字信号处理. 4）大多数DSP都是哈佛结构. 5）ARM9是哈佛结构 6）取指和取数在同一周期进行，提高速度， 改进哈佛体系结构分成三个存储区：程序、数据、程序和数据共用。 CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer） 具有大量的指令和寻址方式 8/2原则：80%的程序只使用20%的指令 大多数程序只使用少量的指令就能够运行。 CISC CPU 包含有丰富的单元电路，因而功能强、面积大、功耗大。 RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer) 在通道中只包含最有用的指令,只提供简单的操作。 确保数据通道快速执行每一条指令 Load-store结构—— 处理器只处理寄存器中的数据，load-store指令用来完成数据在寄存器和外部存储器之间的传送。 使CPU硬件结构设计变得更为简单， RISC CPU包含较少的单元电路，因而面积小、功耗低 主要差别： 寄存器 RISC指令集 拥有更多的通用寄存器，每个可以存放数据和地址，寄存器为所有的数据操作提供快速的存储访问。 CISC指令集 多用于特定目的的专用寄存器。 LOAD –STORE 结构 RISC结构 Cpu 仅处理寄存器中的数据，采用独立的、专用的LOAD –STORE 指令来完成数据在寄存器和外存之间的传送。（访存费时，处理和存储分开，可以反复的使用保存在寄存器中的数据，而避免多次访问外存）。 CISC结构 能直接处理存储器中的数据。 流水线：是把一个重复的过程分解为若干个子过程，每个子过程可以与其他子过程同时进行。 由于这种工作方式与工厂中的生产流水线十分相似，因此，把它称为流水线工作方式。 处理器按照一系列步骤来执行每一条指令。典型的步骤为： 1）从存储器读取指令（fetch） 2）译码以鉴别它是