第2章ARM体系结构.ppt

第2章 ARM体系结构
ARM体系结构概述
ARM编程模型
ARM基本寻址方式
ARM指令集
汇编语言程序设计
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ARM体系结构概述
ARM简介
ARM体系结构的特点
ARM处理器结构
ARM体系的变种
ARM处理器内核
ARM处理器核
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ARM简介
Advances RISC Machines (称为ARM) 由 Acorn、Apple和VLSI公司1990年11月联合建立的一家设计公司。ARM是16/32位嵌入式RISC处理器知识产权供应商,该公司主要提供高性能, 低价位, 低功耗的RISC处理器、外围设备, 和系统芯片设计给重要的国际电子企业。 ARM处理器有3大特点
耗电少、成本低、功能强。
16/32位双指令集
全球众多合作伙伴保证供应
ARM目前有五个系列的产品:ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E和SecurCore。另外还有Inter公司的Xscale和StrongARM。
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ARM体系结构概述
ARM编程模型
ARM基本寻址方式
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ARM体系结构的特点
RISC型处理器结构:指令相对比较精简,降低了处理器的负载性,提高了处理器的速度。
Thumb指令集:在新型的ARM体系结构中定义了16位的Thumb指令集,弥补了RISC型处理器指令功能弱的缺点。
多处理器状态模式:支持7种处理器模式,可以大大提高ARM处理器的效率。
嵌入式在线仿真调试:内嵌在线仿真ICE-RT逻辑,便于通过JTAG来仿真调试ARM体系结构芯片。
灵活和方便的接口:有16的协处理器接口,方便扩充各种功能;具有片上总线AMBA,它定义了3组总线,可方便地扩充各种处理器及I/O,便于集成。
低电压低功耗的设计
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ARM处理器结构
由32位ALU、31个32位通用寄存器及6个状态寄存器、32×8位乘法器、32×32位桶形移位寄存器、指令译码机控制逻辑、指令流水线和数据/地址寄存器组成(P109图)。
ARM的流水线结构:
ARM7体系结构采用3级流水线
ARM9体系结构采用5级流水线
ARM10体系结构采用6级流水线
ARM存储器结构:ARM处理器不带有片内存储器,系统所需的RAM和ROM通过总线外接,部分处理器片内带有存储器管理单元MMU。
ARM的I/O结构: ARM处理器不带有I/O部件和模块,需要通过总线来扩充。
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ARM处理器结构
存储器映射I/O:ARM处理器对I/O端口地址采用统一编址方式,即把I/O端口地址作为特殊的存储器地址。
直接存储器存取DMA: ARM处理器一般没有DMA部件,高档ARM处理器有。
中断IRQ和快速中断FIQ:ARM提供一般中断和快速中断,通常用快速中断代替DMA的功能。主要通过采用大量后备寄存器保存现场、片内RAM等加速中断的进入时间。
ARM协处理器接口:ARM通过增加协处理器来支持一个通用的指令集的扩充。可以扩展16个协处理器,每个协处理器可有16个寄存器。
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ARM处理器结构
ARM AMBA接口:采用先进微控制器总线(AMBA)扩展不同体系架构的宏单元及I/O部件。
AMBA总线包括三类:
先进系统总线ASB:作为系统总线,用来连接高性能系统模块。
先进高性能总线AHB:作为系统总线,用来连接高性能系统模块。比ASB功能强。
先进外围总线APB:用于连接外围宏单元。
ARM JTAG调试接口:用于处理器状态测试
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ARM体系的变种
Thumb指令集(T变种):Thumb指令集是将ARM指令集的一个子集重新编码而形成的一个指令集。ARM指令长度为32位,Thumb指令长度为16位。这样,使用Thumb指令可以得到密度更高的代码,这对于需要严格控制产品成本的设计是非常有意义的。
长乘法指令(M变种):M变种增加了两条用于进行长乘法的ARM指令。其中一条用于实现32位整数乘以32位整数,生成64位整数的长乘法操作;另一条指令用于实现32位整数乘以32位位整数,然后加上32位整数,生成64位整数的长乘加操作。
增强型DSP指令(E变种): E变种包含了一些附加的指令,这些指令用于增强处理器对一些典型的DSP算法的处理性能。主要包括:
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ARM编