嵌入式ARM设计说明书.doc

ARM 概述 1 第1章 ARM 概述 ARM 处理器是 Acorn 计算机有限公司面向低预算市场设计的第一款 RISC 微处理器。全称 Acorn RISC Machine 。 ARM 处理器本身是 32位设计,但也配备 16位指令集。一般来讲比等价 32位代码节省达 35% ,却能保留 32位系统的所有优势。 ARM 处理器的特点 ARM 处理器的三大特点是:耗电少功能强、16位/32 位双指令集和合作伙伴众多。 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。 ARM 的体系结构 CISC ( Complex Instruction puter , 复杂指令集计算机)在 CISC 指令集的各种指令中,大约有 20% 的指令会被反复使用,占整个程序代码的 80% 。而余下的 80% 的指令却不经常使用,在程序设计中只占 20% 。 RISC ( Reduced Instruction puter ,精简指令集计算机) RISC 结构优先选取使用频最高的简单指令,避免复杂指令;将指令长度固定,指令格式和寻址方式种类减少;以控制逻辑为主,不用或少用微码控制等。 RISC 体系结构特点 RISC 体系结构应具有如下特点: 采用固定长度的指令格式,指令归整、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, 只有加载和存储指令可以访问存储器,以提高指令的执行效率。除此以外, ARM 体系结构还采用了一些特别的技术,在保证高性能的前提下尽量缩小芯片的面积,并降低功耗:所有的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行,从而提高指令的执行效率。可用加载/存储指令批量传输数据,以提高数据的传输效率。可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理。在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。 寄存器结构 ARM 处理器共有 37 个寄存器,被分为若干个组( BANK ) ,这些寄存器包括: 31 个通用寄存器,包括程序计数器( PC 指针),均为 32位的寄存器。 6个状态寄存器,用以标识 CPU 的工作状态及程序的运行状态,均为 32位,目前只使用了其中的一部分。 ARM 概述 2 指令结构 ARM 微处理器的在较新的体系结构中支持两种指令集: ARM 指令集和 Thumb 指令集。其中, ARM 指令为 32位的长度, Thumb 指令为 16位长度。 Thumb 指令集为 AR M 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。 处理器模式用户模式(usr) ARM 处理器正常的程序执行状态系统模式(sys) 运行具有特权的操作系统任务快中断模式(fiq) 支持高速数据传输或通道处理管理模式(svc) 操作系统保护模式数据访问终止模式(abt) 用于虚拟存储器及存储器保护中断模式(irq) 用于通用的中断处理未定义指令终止模式(und) 支持硬件协处理器的软件仿真除用户模式外,其余 6种模式称为非用户模式或特权模式;用户模式和系统模式之外的 5种模式称为异常模式。 ARM 处理器的运行模式可以通过软件改变,也可以通过外部中断或异常处理改变。 市场前景微软公司( 2011 年)宣布,下一版 Windows 将正式支持 ARM 处理器。这是计算机工业发展历史上的一件大事,标识着 x86 处理器的主导地位发生动摇。目前在移动设备市场, ARM 处理器的市场份额超过 90% ;在服务器市场,今年( 2011 年)就会有 z 的服务器上市;在桌面电脑市场,现在又有了微软的支持。 ARM 成为主流,恐怕指日可待。难怪有人惊呼, Intel 公司将被击败! ARM 微处理器核技术广泛应用于便携式通信产品、手持运算、多媒体和嵌入式解决方案等领域,已成为 RISC 的标准。与这场轰轰烈烈的变革相比,它的主角 ARM 公司却没有受到太多的关注,显得不太起眼。这家远离硅谷、位于剑桥大学的英国公司,到底是怎么走到今天的,居然能将芯片巨人 Intel 拉下马? 展望未来,即使 Intel 成功地实施了 Atom 战略,将x86 芯片的功耗和价格大大降低, 它与 ARM 竞争也将非常吃力。因为 ARM 的商业模式是开放的,任何厂商都可以购买授权, 所以未来并不是 Intel vs. ARM ,而是 Intel vs.