ARM微处理器硬件结构.ppt

1第2章ARM 微处理器硬件结构本章主要内容: ?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 2计算机体系结构Ⅰ ·诺依曼结构 3计算机体系结构Ⅱ 2. 哈佛体系结构 4 ARM 简介 ARM ( Advanced RISC Machines )系列微处理器,采用的 ARM 技术知识产权( IP)核都是由 ARM 公司提供的。 ARM 公司本身不生产芯片,转让设计许可, 由合作公司生产各具特色的芯片。 ARM32 位体系结构目前被公认为是嵌入式应用领域领先的 32 位嵌入式 RISC 微处理器结构。从版本 1到版本 6, ARM 体系的指令集功能不断扩大。 5 ARM 版本Ⅰ 1. V1 版架构该版架构只在原型机 ARM1 出现过,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: 64 MB (2 26)。 6 ARM 版本Ⅱ 2. 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。 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: 64 MB 。 7 ARM 版本Ⅲ 3. V3 版架构 V3 版架构对 ARM 体系结构作了较大的改动: ?寻址空间增至 32 位( 4 GB ); ?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。 8 ARM 版本Ⅳ 4. V4 版架构 V4 版架构在 V3 版上作了进一步扩充, V4 版架构是目前应用最广的 ARM 体系结构, ARM7 、 ARM8 、 ARM9 和 StrongARM 都采用该架构。指令集中增加了以下功能: ?符号化和非符号化半字及符号化字节的存/取指令; ?增加了 16 位 Thumb 指令集; ?完善了软件中断 SWI 指令的功能; ?处理器系统模式引进特权方式时使用用户寄存器操作; ?把一些未使用的指令空间捕获为未定义指令。 9 ARM 版本Ⅴ 5. V5 版架构 V5 版架构是在 V4 版基础上增加了一些新的指令, ARM10 和 Xscale 都采用该版架构。这些新增命令有: ?带有链接和交换的转移 BLX 指令; ?计数前导零 CLZ 指令; ? BRK 中断指令; ?增加了数字信号处理指令( V5TE 版); ?为协处理器增加更多可选择的指令。 10 ARM 版本Ⅵ 6. V6 版架构 V6 版架构是 2001 年发布的,首先在 2002 年春季发布的 ARM11 处理器中使用。此架构在 V5 版基础上增加了以下功能: ? THUMB TM: 35% 代码压缩; ? DSP 扩充:高性能定点 DSP 功能; ? Jazelle TM: Jova 性能优化,可提高 8倍; ? Media 扩充:音/视频性能优化,可提高 4倍。