ARM嵌入式系统 第2章 ARM体系结构.ppt

3.多处理器状态模式
ARM可以支持用户、快中断、中断、 管理、中止、系统和未定义等七种处理 器模式，除了用户模式外，其余的均为 特权模式。这也是ARM的特色之一，可以 大大提高ARM处理器的效率。
表2.2 ARM version4 processor modes
4.嵌入式在线仿真调试
ARM架构的处理器芯片都嵌入了在线 仿真ICE—RT逻辑，便于通过了JTAG来仿 真调试ARM架构芯片。另外，在处理器核 中还可以嵌入跟踪宏单元ETM（Embedded Trace Macrocell），用于监控内部总线， 实时跟踪指令和数据的执行。
ARM9系列微处理器主要应用于下一代无 线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、 存储设备和网络设备等领域。ARM9E系列微 处理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和 ARM966E-S三种类型。
ARM9E系列微处理器的主要特点如下： •支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场 合。
第二章 ARM体系结构
ARM公司是嵌入式RISC处理器的知 识产权IP供应商,它为ARM架构处理器提 供了ARM处理器内核(如ARM7TDMI、 ARM9TDMI、ARM10TDMI等)和ARM处 理器核(ARM710T/720T/740T、 ARM920T/922T/940T、ARM926E/966E 及ARM1020E等)。
2. Thumb指令集
由于RISC型处理器的指令功能相对比较弱， ARM为了弥补此不足，在新型ARM架构（V4T版以 上）定义了16位的Thumb指令集。Thumb指令集比 通常的8位和16位CISC/RISC处理器具有更好的代 码密度，而芯片面积只增加6%。可以使程序存储 器更加小。
Thumb指令集为ARM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。

T： D： M： I：
支持16位压缩指令集Thumb； 支持片上Debug； 内嵌硬件乘法器（Multiplier）； 嵌入式ICE，支持片上断点和调试点；
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流水线
流水线是指在一个指令周期内处理器进行多种 行为的处理，以增加处理器指令流的速度。
如三级流水级，就一个指令周期内有三种行为 发生，取指译码执行。这三种行为同时发 生，每种行为都对应一条指令的执行过程的某 个环节，而不是三种行为对应一条指令的执行 过程。比如译码行为针对的是上一个指令的译 码 PC指针指向的是取指的指令。



－ 支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。 － 支持VFP9浮点处理协处理器。 － 主频最高可达300MIPS。

ARM9E系列微处理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和 ppt课件 ARM966E-S三种类型，以适用于不同的应用场合。
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ARM10E和SecurCore微处理器系列

ARM9系列微处理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三种类型， 以适用于不同的应用场合。ppt课件 13ARM9E微处理器系列


ARM9E系列微处理器使用单一的处理器内核提供了微控制器、 DSP、Java应用系统的解决方案，减少了芯片的面积和系统 的复杂程度。ARM9E系列微处理器提供了增强的DSP处理能 力，适合于需要同时使用DSP和微控制器的应用场合。 ARM9E系列除具有ARM9处理器的特点外还有如下特点：

ARM7系列微处理器包括如下几种类型的核：ARM7TDMI、 ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI是目前使 用最广泛的32位嵌入式RISC处理器，属低端 ARM处理器核。 10 ppt课件

32位字(int) 16位半字(short) 8位字节(char)
存储器格式
小端数据格式(Litle Endian)
31
24 23
16 15
87
0
地址 F的 字节 3
地址 E 的 字节 2
地址 D的 字节 1
地址 C 的 字 节0
地址C 的字
地址 E 的半字 1
地址 C 的半字 0
地址 B 的 字 节3
Cortex-M3指令集
2. Cortex-M3处理器支持的ARM指令(续2)
Cortex-M3指令集
2. Cortex-M3处理器支持的ARM指令(续3)
第2章 ARM Cortex-M3 体系结构
2.3节 存储器映射
Cortex-M3存储系统
Cortex M3支持4G存储空间，与ARM一样， 不过，Cortex M3也有自己的特点：
功耗低
(0.19mW/MHz < 0.28mW/MHz(ARM))
内核的门数少，具有优异的性价比
(33K(Core)~60K(Core+外设))
中断延迟短
(6/12个时钟周期<24~42(ARM)) 自动保护核恢复处理器状态
调试成本低
支持JTAG和UART调试
具有嵌套向量中断控制器（NVIC）
第2章 ARM Cortex-M3 体系结构
2.2节 编程模型
Cortex-M3 处理器的编程模型
工作模式
复位时处理器进入线程模式，异常返回时也会进入该模式 处理模式只能在出现异常时才能进入，在处理模式中，所有代
码都是特权访问的
工作状态
Thumb 状态：这是16位和32位半字对齐的Thumb和Thumb-2 指令的正常执行状态

✓ 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。
第2章 ARM体系结构
第2章 ARM体系结构
Copyright@2015lsh
成于大气 信达天下
--- ARM V5TE
Chengdu University of Information Technology
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
第2章 ARM体系结构
--- ARMv4T
Chengdu University of Information Technology
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•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。
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成于大气 信达天下
2.1 ARM CPU ISA的发展历史
Chengdu University of Information Technology