课件：ARM体系结构.ppt

第二章 嵌入式微处理器 主要内容 1 ARM CPU ISA的发展历史 2 典型ARM CPU Core体系结构 3 ARM编程模型 本章部分内容可以参考： / ARM公司 成立于1990年11月 前身为 Acorn计算机公司 主要设计ARM系列RISC处理器内核 授权ARM内核给生产和销售半导体的合作伙伴 ARM 公司不生产芯片 另外也提供基于ARM架构的开发设计技术 软件工具, 评估板, 调试工具,应用软件,总线架构, 外围设备单元，等等 ARM CPU Core概述 ARM内核是一种32/64位RISC微处理器，具有功耗低、性价比高、代码密度高等三大特色。ARM处理器具有RISC体系结构的典型特征: 体积小、低功耗、低成本、高性能； 支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好地兼容8位/16位器件； 大量使用寄存器，指令执行速度更快； 大多数数据操作都在寄存器中完成 寻址方式灵活简单，执行效率高 指令长度固定 所有指令都可以条件执行，以增大执行吞吐量。 2.1 ARM CPU ISA的发展历史 ARM CPU的指令集体系ISA（即ARM Instruction Set Architecture）从最初的V1版本发展到现在，先后出现了V1, V2, V3, V4, V4T, V5TE, V5TEJ, V6, V7,V8等主要的版本。 ARM V1～V3版本的处理器未得到大量应用，ARM处理器的大量广泛应用是从其V4版本开始的 V7系列CPU被称作CorTex系列 到目前V8是必威体育精装版的版本， 可以选择64或32执行状态。64执行状态针对64位处理技术，引入了一个全新指令集A64，可以存取大虚拟地址空间。 Development of the ARM Architecture ---ARM V4 ARMV4是目前支持的最老的架构,是基于32-bit地址空间的32-bit指令集。ARMv4除了支持ARMv3的指令外还扩展了： 支持halfword的存取 支持byte和halfword的符号扩展读 支持Thumb指令 提供Thumb和Normal状态的转换指令 进一步的明确了会引起Undefined异常的指令 对以前的26bits体系结构的CPU不再兼容 --- ARMv4T ARMv4T增加了16-bit Thumb 指令集，这样使得编译器能产生紧凑代码（相对于32-bit代码，内存能节省到35%以上)并保持32-bit系统的好处。 Thumb在处理器中仍然要扩展为标准的32位ARM指令来运行。用户采用16位Thumb指令集最大的好处就是可以获得更高的代码密度和降低功耗。 --- ARM V5TE 1999年推出ARMv5TE其增强了Thumb体系,增强的Thumb体系增加了一个新的指令同时改进了Thumb/ARM相互作用、编译能力和混合及匹配ARM与Thumb例程，以更好地平衡代码空间和性能 并在ARM ISA上扩展了增强的DSP 指令集: 增强的DSP指令包括支持饱和算术（saturated arithmetic）, 并且针对Audio DSP应用提高了70%性能。‘E’扩展表示在通用的CPU上提供DSP能力。 --- ARMv5TEJ 2000年推出ARMv5TEJ，增加了Jazelle扩展以支持Java加速技术（处理器指令层对JAVA加速）。 Jazelle技术比仅仅基于软件的JVM性能提高近8倍的性能减少了80％的功耗。 --- ARMv6 2001年推出ARMv6，它在许多方面做了改进如内存系统、异常处理和较好地支持多处理器。 SIMD扩展使得广大的软件应用如Video和Audio codec的性能提高了4倍。 Thumb-2和TrustZone 技术也用于ARMv6中。ARMv6第一个实现是2002年春推出的ARM1136J(F)-STM处理器，2003年又推出了 ARM1156T2(F)-S 和ARM1176JZ(F)-S处理器。 --- ARMv7 ARMv7定义了3种不同的处理器配置（processor profiles）: Profile A是面向复杂、基于虚拟内存的OS和应用的 Profile R是针对实时系统的 Profile M是针对低成本应用的优化的微控制器的。 所有ARMv7 profiles实现Thumb-2技术，比纯32位代码少使用31%的内存，高出38%的性能。同时还包括了NEON™技术的扩展提高DSP和多媒体处理吞吐量400％ ，并提供浮点支持以满足下一代3D图形和游戏以及传统嵌入式控制应用的需要。 关于ARM架构发展可以参考：/guide/145686.html --- ARMv8 2011年11月，ARM公司发布了新一代处理器架构ARM V