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。