ARM体系结构
第2章 ARM体系结构
• 控制位
–
程序状态寄存器PSR（Program Status Register）的最低8位I、F、T和 M[4：0]用作控制位。当异常出现时改变控制位。处理器在特权模式 下时也可由软件改变。
• 中断禁止位 I：置1，则禁止IRQ中断； F：置1，则禁止FIQ中断。 • T位 T=0 指示ARM执行； T=1 指示Thumb执行。 • 模式控制位 M4、M3、M2、Ml和M0（M[4:0]）是模式位，决定处理器 的工作模式，如表2.3.1所列。
6 （最低）
6 5
数据中止
IRQ （外部中断请求） FIQ （快速中断请求）
中止（数据）
IRQ FIQ
中止模式
IRQ FIQ
0x0000,0010
0x0000,0018 0x0000,001C
2
4 3
2.4.2 异常类型的含义
（1）复位
• • 处理器的复位电平有效时，产生复位异常 当ARM处理器或协处理器遇到不能处理的指令时，产生未定义指令异常
2.4 ARM微处理器的异常处理
• 异常：在一个正常的程序流程执行过程中，由内 部或外部源产生的一个事件使正常的程序产生暂 时的停止，称之为异常。
2.4.1 ARM体系结构的异常类型
• ARM体系结构支持7种类型的异常
• 异常出现后，强制从异常类型对应的固定存储器地址开始 执行程序。这些固定的地址称为异常向量（Exception Vectors）。
M[4:0]模式控制位
M[4： 0] 10000 10001 10010 10011 10111
处理器工作 模式 用户模式 FIQ模式 IRQ模式 管理模式 中止模式
可访问的寄存器 PC，CPSR，R14～R0 PC，R7～R0，CPSR, SPSR_fiq，R14_fiq～ R8_fiq PC，R12～R0，CPSR, SPSR_irq，R14_irq， R13_irq PC，R12～R0, CPSR, SPSR_svc，R14_svc， R13_svc PC，R12～R0, CPSR, SPSR_abt，R14_abt， R13_abt
单片机课件第二章 ARM体系结构
2.5
ARM微处理器指令系统
2.5.1 基本寻址方式
寻址方式是根据指令中给出的地址码字段来实现寻找真实操作数地 址的方式，ARM处理器有9 种基本寻址方式。
1.寄存器寻址
操作数的值在寄存器中，指令中的地址码字段给出的是寄存器编 号，指令执行时直接取出寄存器值操作。
例如指令： MOV R1,R2 SUB R0,R1,R2
11111
系统模式
PC，R14～R0，CPSR（ARM v4及以上版本）
并非所有的模式位组合都能定义一种有效的处理器模式。其他组合的 结果不可预知。
2.2 ARM微处理器的寄存器结构
2.2.4 Thumb状态的寄存器集
2.2 ARM微处理器的寄存器结构
2.2.4 Thumb状态的寄存器集
Thumb 状态的寄存器在ARM 状态的寄存器上的映射
在Thumb状态下，程序计数器PC（Program Counter）使用位[1]选 择另一个半字。ARM处理器在两种工作状态之间可以切换。
Thumb状态：当操作数PSR控制位T为1时，执行BX指令进入Thumb 状态。如果处理器在Thumb状态进入异常，则当异常处理（IRQ、 FIQ、Undef、Abort和SWI）返回时，自动转换到Thumb状态。（异 常都是在ARM 状态中执行） ARM状态：当操作数PSR控制位T为0时，执行BX指令进入ARM状态 ；处理器发生异常（IRQ、FIQ、Reset、Undef、Abort和SWI）。在 此情况下，把PC内容复制到异常模式的链接寄存器中，并且异常处 理将从异常向量地址开始。
sys（系统模式）：运行具有特权的操作系统任务。
und（未定义指令中止模式）：当未定义的指令执行时进入该 模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。
4 ARM体系结构
21
ARM7与CORTEX比较
22
ARM编程模型
扩展协处 指令缓存 理器接口 器 指令存储 管理单元
ARM硬件架构
跟踪 接口
ARM9TDMI32 RISC处理器
AMBA 总线
写缓 冲
数据缓 存器 JTAG
数据存储 管理单元
回写存 储单元
23
ARM微处理器的工作状态
从编程角度看，ARM微处理器的工作状态一般有两种， 并可在两种状态之间切换： ARM状态，此时处理器执行32位的字对齐的ARM指令， 开始执行代码时处于ARM状态。 Thumb状态，此时处理器执行16位的、半字对齐的 Thumb指令。
ADR r0，ThumbProg+1
.THUMB
ThumbProg:
... ADR r0，ARMProg
BX
.ARM
r0
/*跳转到ARMProg，程序切换到ARM状态*/
/*指示编译器后面的为ARM指令*/
ARMProg: MOV r4， #4
27
ARM微处理器的工作模式（7种）
用户模式（User，usr）：正常程序执行
15
ARM11微处理器系列
ARM11系列主要用于消费电子、无线和网络应用领 域，如STB、数码相机、3G移动电话、VoIP基础设 备、宽带调制解调器、WLAN介入设备和安全设备 等。
ARM11系列包含ARM1136J-S和ARM1136JF-S两种 类型。
16
SecurCore微处理器系列
SecurCore系列专为安全需要设计，除了具有ARM体 系结构各种主要特点外，在系统安全方面的特点： 带有灵活的保护单元，确保操作系统和应用数据的安全。
ARM体系结构详解精
ARM嵌入式系统第2章ARM体系结构ARM微处理器的编程模型♦ARM徴处理器的工作状态♦ARM体系结构的存储器格式♦ARM体系结构的指令长度及数据宽度♦ARM微处理器的处理器模式♦ARM体系结构的寄存器组织♦ARM微处理器的异常状态字、半字、字节字（Word）在ARM体系结构中，字的长度为32位半字（Half-Word）在ARM体系结构中，半字的长度为16位字节（Byg）在ARM体系结构中，字节的长度为8位。
ARM微处理器的工作状态（1）字对齐：四字节对齐半字对齐：两字节对齐两种状态:♦ARM状态：处理器执行32位的字对齐的令♦Thumb状态：处理器执行16位的、半字对齐的Thumb指令处理器工作状态的转变并不影响处理器的工作模式和相应寄存器中的内容。
I ARM微处理器的工作状态(2 )状态切换：BX {<cond>} <Rm><cond>指令的条件码。
忽略时无条件执行。
<Rm>子存器中为跳转的目标地址，当<Rm><存器的bit[O]为0时, 目标地址处的指令为ARM指令；当<Rm>^存器的bit[O]为1时，目标地址处的指令为Thumb 指令。
伪代码：if ConditionPassed(cond) thenT Flag=Rm[O]PC=Rm AND OxFFFFFFFEARM微处理器在复位或上电时处于ARM状态，发生异常时处于ARM状态。
右ARM体系结构的存储器格式(1)ARM体系结构所支持的最大寻址空间为4GB (2^字节)♦大端格式(Big Endian)字数据的高字节存储在低地址中，而字数据的低字节则存放在高地址中。
♦小端格式(Little Endian)低地址中存放的是字数据的低字节，高地址存放的是字数据的高字节。
字地址字地址右ARM 体系结构的存储器格式(2)(0H)=0123H (4H)=4567H (8H)=89ABHBig Endian(0H)=3210H (4H)=7654H (8H)=BA98HLittle Endian右ARM 体系结构的存储器格式(3)8 9 AB4 5 6 7 0123一 “A ・■ • rO= 0x11223344 I 11 I 22 33 ： 44 ILittle endian Big endianR2 =异FI*右 ARM 体系结构的指令长度及数据宽度♦指令长度：32位（在ARM 状态下） 16位（在Thumb 状态下）♦数据宽度： 字节（8位） 半字（16位） 字（32位）三种数据宽度对存储器及外部设备的访问。
arm体系结构的特点
arm体系结构的特点ARM体系结构是一种基于RISC（精简指令集电脑）的微型计算机体系结构，它以其高效性和低功耗的特点，成为现代移动设备、智能家居、嵌入式系统等领域的首选芯片。
ARM体系结构的特点如下：1. RISC（精简指令集电脑）体系结构：ARM体系结构以RISC体系结构为基础，相对于CISC（复杂指令集电脑）体系结构而言，指令集更加精简，每个指令执行时间更短。
这种短指令集的优点是更易于实现，并且需要更少的晶体管，从而降低了芯片成本和能源消耗。
2.可扩展型：ARM芯片的内存和外设都可以进行扩展，这使得ARM芯片非常灵活。
用户可以根据实际需求自由添加外围设备和扩展内存，以满足具体的应用要求。
3.处理速度快：ARM芯片通常是多核心的，每个核心都可以执行多个指令，具有各自的缓存，这使得ARM芯片的速度非常快。
在一些高效的应用场合，ARM芯片的速度甚至可以与桌面计算机的处理器相媲美。
4.低功耗：ARM体系结构的低功耗性质也是其的一大特点。
ARM芯片处理器消耗的能量非常少，由于嵌入式系统、移动设备等对能源的限制，ARM低功率处理器在这些设备中应用广泛。
5.易于编程：ARM处理器可以执行任何基本的计算机操作，比如移位、逻辑操作等，这使得编写程序变得简单易行。
在一些专门为ARM芯片设计的编程平台上，开发者很容易编写出高效率的代码。
6.架构标准一致：ARM芯片的设计标准化非常高，这使得基于ARM芯片设计的设备之间的兼容性极高。
如果您在设计设备时使用ARM芯片，您可以放心，您的设备可以与大多数其他ARM芯片的设备以及开发板互通。
7.多种寄存器存储器模式：不同于其他流行的体系结构，ARM体系结构支持多种寄存器存储器模式，从而可以有效地存储更多数据。
这是ARM芯片与其他芯片最显著的不同之处之一。
总之，ARM体系结构作为一种低功耗、高效、易于编程的微型计算机体系结构，成为多种领域的首选芯片。
随着技术的不断发展，ARM芯片的性能和价格都在不断提升，这将进一步拓展ARM芯片的应用范围。
ARM体系架构
该例中用6个时钟周期执行了6条指令 所有的操作都在寄存器中（单周期执行） 指令周期数 (CPI) = 1
高速缓存（CACHE）
1、为什么采用高速缓存 微处理器的时钟频率比内存速度提高快得多，高速缓存可以提 高内存的平均性能。
2、高速缓存的工作原理 高速缓存是一种小型、快速的存储器，它保存部分主存内容的
拷贝。
高 数据
速
CACHE
CPU
缓 存
主存
控
制
地址
器
数据
总线和总线桥
CPU
高速总线
低速设备
低速总线
软硬功能分配 复杂指令增加硬件的复杂度，使指令执行周期大大加长 ，直接访存次数增多，数据重复利用率低。
不利于先进指令级并行技术的采用 流水线技术
RISC基本设计思想
精简指令集：保留最基本的,去掉复杂、使用频度不高的指令 （选取运算指令、加载、存储指令和转移指令作主指令集） ，以减小CPI: CPUtime=Instr_Count * CPI * Clock_cycle
CISC的主要缺点
指令使用频度不均衡。 高频度使用的指令占据了绝大部分的执行时间，扩充的 复杂指令往往是低频度指令。
大量复杂指令的控制逻辑不规整，不适于VLSI工艺 VLSI的出现，使单芯片处理机希望采用规整的硬联逻辑 实现，而不希望用微程序，因为微程序的使用反而制约 了速度提高。(微码的存控速度比CPU慢5-10倍)。
IC—程序中指令数，CPI—每条指令执行所有周期数
1、ARM体系结构
ARM全球合作伙伴（合作模型）
ARM产品应用领域
Samsung ML5100A Diamond Multimedia Rio 600 JVC "Pixstar" GC-X1 Alba Bush Internet TV
3Com 10/100 PCI NIC
Nintendo Gameboy Advance Lexmark Z52 Color Jetprinter HP Jornado 820
5TE
XScale ARM1020E
6
Thumb-2 SIMD Instructions Multi-processing
7
CoreSight
Improved ARM/Thumb ARM9E-S Interworking ARM966E-S CLZ Saturated arithmetic DSP multiplyaccumulate instructions Extensions: Jazelle (5TEJ)
• •
该例中，用6周期执行了4条指令 指令周期数 (CPI) = 1.5
分支流水线举例
Cycle 1 2 L 3 4 5 6 7 8 9
Address
0x8000 0x8004 0x8008 0x8FEC 0x8FF0 0x8FF4
Operation
BL 0x8FEC SUB ORR AND ORR EOR
Iomega HipZip
Sony MZ-R90 MiniDisc
Ericsson R38Share
Nokia Mediamaster
Psion Revo Plus
ARM体系结构的发展
4T
Halfword and signed halfword / byte support System mode Thumb instruction set ARM7TDMI ARM720T ARM9TDMI ARM940T ARM920T
ARM体系架构解析
…
标志
含义
说明
支持Thumb指令集 Thumb指令集版本1：ARMv4T
Thumb指令集版本2：ARMv5T
Thumb-2：ARMv6T
D
片上调试
使处理器能够停止,以响应调试请求
M
支持长乘法
32位乘32位得到64位,32位的乘加得到64位
T
I
E
J
S
Embedded ICE 提供片上断点和调试点
❖
流水线：是把一个重复的过程分解为若干个子过
程,每个子过程可以与其他子过程同时进行。
由
于这种工作方式与工厂中的生产流水线十分相似,
因此,把它称为流水线工作方式。
处理器按照一系列步骤来执行每一条指令。典
型的步骤为：
1 从存储器读取指令 fetch
2 译码以鉴别它是哪一类指令 dec
3 从寄存器组取得所需的操作数 reg
Reg
Read
Shift
ALU
Reg
Write
Reg Select
DECODE
EXECUTE
ARM9TDMI
Instruction
Fetch
FETCH
ARM or Thumb
Inst Decode
Reg
Decode
Shift + ALU
Reg
Read
DECODE
EXECUTE
Memory
Access
2 指令译码 Instruction Decode ：TD
3 执行指令 Instruction Execute ：TE
4 存储 Storage ：TS
第2 章 ARM体系结构及编程模型(OBE)汇总
ARM9TDMI的五级流水线
2020/6/24
ARM7TDMI与ARM9TDMI流水线比较
3.ARM9TDMI的五级流水线
ARM7TDMI与ARM9TDMI流水线比较
2020/6/24
ARM7和ARM9流水线比较
• 5级流水线的ARM9内核是哈佛架构，拥有独立的 指令和数据总线；指令和数据的读取可以在同一周 期进行；
ARM1020E XScale ARM9E-S ARM966E-S
SIMD Instructions
6
Multi-processing
V6 Memory architecture (VMSA)
Unaligned data
support
ARM1136EJ-S
ARM系列产品命名规则
ARM 926EJ-S
ARM体系结构的特点
• 1) RISC型处理器结构
– （LOAD/STORD， I-cache， D-cache）
• 2)Thumb指令集 （32/16） • 3)多处理器状态模式 （7） • 4)两种处理器工作状态（2） • 5)嵌入式在线仿真调试（ICE-RT ，JTAG） • 6)灵活方便的协处理器接口 （16个） • 7)低电压功耗的设计
ARM体系结构的发展
Halfword
4
1
and signed halfword /
byte support
System
2
mode
SA-110 SA-1110
3
Early ARM architectures
Thumb instruction set
ARM7TDMI
4T
ARM9TDMI
ARM720T
第三节ARM体系结构
一般的通用寄存器
寄存器类别 寄存器在汇编中的名称
用户
系统
R0(a1)
R1(a2)
R2(a3)其中R0～R7为
R3(a4)
未R分4(v1) 组的寄存器，也
通用寄存器 和程序计数
器
就R是5(v2) 说对于任何处理 R6(v3)
器R模7(v4) 式，这些寄存器 都对应于相同的32位 R8(v5)
管理 (svc) 操作系下统保访护问代码用户模系统式复位的和寄软件存中器断响就应比时进较入方此模式
中止 (abt) 未定义 (und)
用或于存支储便 可持器虚 保，以拟护而使内存且用和操这/ 作个在A系模RM统式7TD的访MI一问没有些一大用特 些处权 受任 控务 的 支软持件硬仿资件真协源处。理器的 未定义指令异常响应时进入此模式
各模式下实际访问的寄存器
用户
系统
管理
中止
未定义
RR00
在汇编语言中寄存
R1
器R0～R1３为保存数据
R2
或地址值的通用寄存器。
R3
它们是完全通用的寄存器， R4
不会被体系结构作为特殊
R5
用途，并且可用于任何使
R6
用通用寄存器的指令。
R7
R8
R9
R10
R11
R12
R13
RR1133__ssvc
R13_abt
SSPPSSRR__fifqiq
ARM状态各模式下可以访问的寄存器
寄存器类别 寄存器在汇编中的名称
通用寄存器和 程序计数器
状态寄存器
R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13(SP) R14(LR) R15(PC) CPSR SPSR
ARM体系结构
ARM体系结构
ARM作为一种微处理器体系结构，具有广泛应用范围、高性价比、低功耗等优势，在晶体管规模以及架构方面有着很大的节省，因而受到了越来越多应用者的青睐。
ARM体系结构包括处理器（Processor）、片外存储器（External Memory）、I/O接口（Input/Output Interface）、外围器件（Peripheral Devices）、软件支持（Software Support）等内容。
从处理器来说，ARM体系结构提供了一系列非常细分的机型，它们有不同的特性和操作速度，可以满足不同的性能需求，而且这些机型一般都有较高的可缩放性，所以在产品设计的过程中可以根据实际要求选择合适的特性和速度。
从片外存储器来说，ARM体系结构支持使用不同类型的存储器，比如SRAM、DRAM、Flash等，可以根据应用性能和耗电量的需求，来选择合适的存储器以满足不同应用场景的需求，而且存储器容量也比较可观，一般可以满足大部分应用场景的要求。
从I/O接口来说，ARM体系结构支持多种接口，如USB、I2C、SPI、UART等，通过这些接口可以与周边的外设进行连接，而这些接口的功耗和速度也比较低。
5ARM体系结构
配备MMU和 最快 最高 Cache
合理
媒体播放器，产品举 例：MP3，机顶盒， iPOD，智能手机，
PAD
去除MMU， 较快 合理 备有Cache
较低
数字信号处理，产品 举例：汽车ABS系统， 路由器，交换机，航 电系统
没有存储子 系统，即不 含MMU。
5
体系结构版本V3
这个体系结构版本将寻址范围扩展到了32位。 当前程序状态信息由过去存于R15中移到一个 新的当前程序状态寄存器CPSR（Current Program Status Register）中。增加了程序状态 保存寄存器SPSR（Saved Program Status Registers），以便当异常出现时保留CPSR的 内容。增加了2个指令（MRS和MSR），允许 访问新的CPSR和SPSR寄存器。
ARM状态，运行32位的ARM指令集 Thumb状态，运行16位的Thumb指令集 在任何一种工作状态可以通过转移指令切换到另一种
工作状态。 ARM和Thumb之间的状态切换不影响处理器工作模式
和寄存器中的内容。 加电起动时处理器工作在ARM状态。
2024/2/22
12
指令集压缩
对于传统的微处理器体系结构，指令和数据具有同样 的宽度。 与16位体系结构相比，32位体系结构在操纵32位数 据时呈显了更高的性能，并可更有效地寻址更大的 空间。 一般来讲，16位体系结构比32位体系结构具有更高 的代码密度，但只有近似一半的性能。
提高了T变量中ARM／Thumb之间切换的效率； 让非T变量同T变量一样，使用相同的代码生成技 术。增加了一个前导零计数（count leading zeros） 指令，该指令允许更有效的整数除法和中断优先 程序；增加了软件断点指令；为协处理器设计者 增加了更多可选择指令；对由乘法指令如何设置 标志进行了定义。
arm体系结构特点
arm体系结构特点
ARM 体系结构是一种广泛使用的 32 位微处理器体系结构，具有以下特点：
1. 简单的指令集：ARM 指令集是一种 RISC（精简指令集计算机）指令集，它具有固定长度的指令和简单的指令格式。
这种简单的指令集可以提高指令的执行速度和效率，同时也可以减少指令的解码时间。
2. 高效的流水线：ARM 体系结构采用了高效的流水线技术，可以在一个时钟周期内执行多条指令。
这种流水线技术可以提高指令的执行速度和效率，从而提高处理器的性能。
3. 低功耗设计：ARM 体系结构采用了低功耗设计，可以在不影响性能的情况下降低处理器的功耗。
这种低功耗设计对于移动设备和嵌入式系统非常重要，可以延长设备的电池寿命。
4. 可扩展性：ARM 体系结构具有很好的可扩展性，可以通过增加更多的寄存器和指令来扩展处理器的功能。
这种可扩展性可以满足不同应用的需求，例如多媒体处理、网络通信等。
5. 支持Thumb 指令集：ARM 体系结构还支持 Thumb 指令集，这是一种 16 位的指令集。
Thumb 指令集可以在不损失性能的情况下减少代码的大小，从而节省存储空间。
6. 强大的异常处理机制：ARM 体系结构具有强大的异常处理机制，可以处理各种硬件和软件异常。
这种异常处理机制可以提高系统的可靠性和稳定性。
总之，ARM 体系结构具有简单的指令集、高效的流水线、低功耗设计、可扩展性、支持Thumb 指令集和强大的异常处理机制等特点，这些特点使得 ARM 体系结构成为了移动设备和嵌入式系统领域的主流处理器体系结构。
简述arm体系结构分类(一)
简述arm体系结构分类(一)ARM体系结构分类1. ARMv6•简介： ARMv6是ARM体系结构的第六代版本。
它具有较低的功耗和成本，通常应用在低功耗设备中。
•特点： ARMv6体系结构采用了3阶流水线架构，拥有较低的指令集，并支持ARM和Thumb指令集。
•应用： ARMv6常用于便携式嵌入式设备，如智能手机、音乐播放器等。
2. ARMv7•简介： ARMv7是ARM体系结构的第七代版本。
它拥有强大的计算和浮点运算能力，通常应用在高性能嵌入式设备和移动设备中。
•特点： ARMv7体系结构具有多达13个流水级的流水线架构，支持Thumb-2指令集和NEON SIMD指令集，提供更高的性能和效率。
•应用： ARMv7广泛应用于智能手机、平板电脑、数字电视、游戏控制台等高性能嵌入式设备。
3. ARMv8•简介： ARMv8是ARM体系结构的第八代版本，也被称为ARM64或AArch64。
它是ARM架构的64位扩展，具有更大的内存寻址能力和更强的计算能力。
•特点： ARMv8体系结构采用了8阶流水线架构，支持ARM和Thumb指令集，并引入了AArch64指令集以支持64位应用程序。
•应用： ARMv8主要应用于高性能服务器、云计算、数据中心等场景，以及高端Android和iOS设备。
4. ARM Cortex-A系列•简介： ARM Cortex-A系列是面向高性能应用的ARM核心系列，拥有强大的处理能力和高级特性。
•特点： Cortex-A系列处理器采用了乱序执行架构，具有多核处理能力和大型高速缓存。
它们支持虚拟内存管理、大页表和多级缓存等高级特性。
•应用： Cortex-A系列广泛应用于高性能嵌入式系统、移动设备、智能电视以及网络设备等。
5. ARM Cortex-R系列•简介： ARM Cortex-R系列是面向实时应用的ARM核心系列，专注于高可靠性和可预测性。
•特点： Cortex-R系列处理器采用了内核锁定技术，确保可靠的实时响应。
ARM体系结构ARM简介
;从Arm形状(xíngzhuàn)切换到 Thumb形状(xíngzhuàn)
LDR R0,=Lable+1
BX
R0
;从Thumb形状(xíngzhuàn)切换到 ARM形状(xíngzhuàn)
LDR R0,=Lable
BX
R0
Lable
ADD
R0,R1,第R二十2一页，共43页。
跳转地址标号(偶数〕
尾执行也可进入ARM外形
BX Rm
第二十二页，共43页。
；从ARM外形(wài xínɡ)转变为 Thumb外形(wài xínɡ)
；从Thumb ARM外形(wài xínɡ) 转变为ARM外形(wài xínɡ)
勇于开始，才能找到成功的路
CODE32 LDR R0,=Label+1 BX R0
第九页，共43页。
ARM体系结构还采用一些特别的技术(jìshù)，在保证高功用的 前提下尽量添加芯片的面积，并降低功耗
一切的ARM指令都可以依据前面的执行结武断议能否被执行， 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。 可在一条数据处置指令中同时完成逻辑处置和移位功用。 在循环处置中运用地址的自动增减来提高运转效率
ARM Thumb
PC
PC
Fetch
从存储器中读取指令(zhǐlìng)
PC - 4 PC-2
PC - 8
PC - 4
Decode
Execute
解码(jiěmǎ)指令
寄存器读〔从寄存器Bank〕 移位及ALU操作 寄存器写〔到寄存器Bank 〕
PC指向正被取指的指令(zhǐlìng)，而非正在执行的指令(zhǐlìng)
ARM体系结构
ARM体系结构
ARM体系结构，简称ARM（英语：Advanced RISC Machines），是一
种处理器架构，是一种精简指令集计算机（RISC）架构的家族，该家族目
前拥有多种系列处理器，被广泛应用于各种嵌入式应用，尤其是智能手机
和平板电脑的设备中，ARM架构是英国ARM公司的商标。
ARM架构拥有强
大的硬件设计灵活性，可以无需改变软件就可以调节硬件的特性，线条的
优化可以为系统提供更加高性能和更低的成本，使得ARM体系结构能够被
全球众多的计算机厂商和平台支持，并被广泛的应用在智能手机和平板电
脑上。
ARM架构系统的特色是具有节省空间和能耗的RISC体系结构，它支
持低功耗、体积小的设计。
其中，超标量处理器让系统中的微处理器可以
一次性处理多个指令，从而提高了执行效率；Branch prediction和容错
处理器，可以帮助系统快速解决复杂的冲突状况；Jazelle技术，基于
Java虚拟机技术，为系统提供了双重处理器架构，实现Java的加速运行；Multi-mode前沿技术，支持多核心处理，系统可以多个核心一起工作，
实现更高性能和能效的处理。
ARM架构针对不同的应用程序定制了不同的处理器体系结构，可根据
实际情况进行调整和灵活配置，满足不同系统的需求。
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第二、系统的工作频率
系统的工作频率在很大程度上决定了ARM微处 理器的处理能力。 ARM7 系 列 微 处 理 器 的 典 型 处 理 速 度 为 0.9MIPS/MHz，常见的ARM7芯片系统主时钟为 20MHz-133MHz ARM9 系 列 微 处 理 器 的 典 型 处 理 速 度 为 1.1MIPS/MHz，常见的ARM9的系统主时钟频率 为100MHz-233MHz， ARM10最高可以达到700MHz。
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其他系列内核
SH3 core: HP-RISC core: MIPS core: 有多款机顶盒/视频SOC产品使用 ST7…..
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ARM系列处理器
ARM系列内核的优势 低价格 低功耗 高处理能力。 另外具有Thumb,DSP,jazeller功能扩展 支持厂家多，资源重用性好。
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本讲培训目标
对ARM处理器相关产品有整体上的了解 处理器相关产品有整体上的了解 了解选择ARM处理器的选择依据 了解选择 处理器的选择依据 了解ARM处理器的编程模型 了解 处理器的编程模型 了解ARM处理器的指令系统的发 了解 处理器的指令系统的发
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ARM7TDMI
在ARM的内核终有四个功能模块，可以供生产厂商根 据不同的要求来配置生产，这四个模块分别是：T、D、 M、I。 T—THUMB。该内核可以支持16位压缩指令集扩充到 THUMB。 32位的指令 32 D－Debug. Debug.该内核放置了用于调试的结构，通常为一 个边界扫描链（JTAG），可以使CPU进入调试模式， 从而方便的进行断点设置。 M－ Multiplier Multiplier内嵌硬件8位乘法器 I－ICE（In-Circuit-Emulation ）。用于实现断点观测 ICE（In-Circuit及变量观测的逻辑电路部分，其中TAP控制器可接入到 边界扫描链
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ARM系列处理器
主流ARM内核： ARM7 /TDMI 720T ARM9/ARM9E ARM10 Securcore StrongARM/Xscale
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ARM系列处理器
ATMEL公司arm系列 AT91系列 目标替代单片机，单纯CPU核。 CPU AT75/76系列：
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ARM系列处理器
NetScillon公司 ARM+NET系列芯片，关注设备上网（嵌入式 internet internet）解决方案。 Samsung: Arm系列SOC芯片，4510/44b0/2410…集成度 高，关注网络/移动存储/mp3/pda应用。 Motolora : 龙珠MX1，使用了arm9内核…..
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第二章 ARM处理器的选择依据 ARM处理器的选择依据
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第一、ARM微处理器内核的选择
用户如果希望使用WinCE或标准Linux等操作系统以减 少软 件 开发 时间 ，就需 要选择 ARM720T以上 带 有 MMU （ Memory Management Unit ） 功 能 的 ARM 芯 片 ， ARM720T、 ARM920T、ARM922T、ARM946T、Strong-ARM 都带有MMU功能。 ARM7TDMI（ S3C4510B ）则没有MMU，不支持Windows CE和标准Linux，但目前有uCLinux等不需要MMU支持的 操作系统可运行于ARM7TDMI硬件平台之上。 uCLinux已经成功移植到多种不带MMU的微处理器平台 上，并在稳定性和其他方面都有上佳表现。
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ARM公司简介
它不介入芯片的生产销售，只向各大半导体制造商出售知识产权。 现在设计、生产ARM芯片的国际大公司已经超过50多家。 目前已经占有75%以上的32位RISC嵌入式产品市场。在低功耗、 低成本的嵌入式应用领域确立了市场领导地位。 ARM公司的网址/
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第四、芯片内存储器的容量
大多数的ARM微处理器片内存储器的容量 都不太大，需要用户在设计系统时外扩 存储器 但也有部分芯片具有相对较大的片内存 储空间， 如ATMEL的AT91F40162就具有高达2MB的 片内程序存储空间 用户在设计时可考虑选用这种类型，以 简化系统的设计。
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Motorola系列处理器
Motorola系列处理器
68k/Dragonball Cpu32 Coldfire PPC8xx PPC82xx
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Motorola系列处理器
开发工具完备，技术支持力量强大 高端通信市场主要芯片供应商 抗干扰，军品指标 产品线完备
其他嵌入式处理器介绍
X86系列 Motolora系列 MIPS系列 SH/HP-RISC等系列
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X86系列
CPU性能价格比良好 开发简单，软件兼容性好。 软件资源丰富 开发平台简单 目前有大量工控104板，CPCI板可使用, 方便二次开发。
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VWS26001
Cirrus Logic
EP7209
EP7212
EP7312
EP9312
ATMEL
AT91R40XXX
AT75C310
AT76C901
AT76C502
GP, Wireless
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ARM简介
ARM功能强大，完善的开发工具支持， 因此越来越受到国内工程师的欢迎。 目前国内流行的ARM处理器应用主要基 于ARM7TDMI内核。 ---s3c4510 /44b0 ---at9140800
课程内容
第一章 ARM处理器介绍 ARM处理器介绍 第二章 ARM处理器选择依据 ARM处理器选择依据 第三章 ARM处理器编程模型 ARM处理器编程模型 第四章 ARM处理器指令系统 ARM处理器指令系统
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ARM公司简介
ARM(Advanced RISC machines)公司是全球领先的 16/32位微处理器知识产权设计供应商。1990年正式成 立。 ARM 公司作为32位处理器内核的提供者，拥有100多 家半导体合作伙伴。
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第一章 ARM处理器介绍 ARM处理器介绍
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ARM简介
ARM是一个CPU核。ARM公司自己并不生 产或销售芯片，它采用技术授权模式， 通过出售芯片技术授权，收取授权费与 技术转让费 这种商业模式导致ARM公司专注于arm core 技术的设计。 价格合理，过去没有32位cpu研发能力的 半导体公司进入这一行列。
TMS320DSC25
OMAP1510
Digital Camera
Samsung
S3C44B0X
S3C2410
S3C4510
S5N8946
ADSL,PDA
Motorola
Dragonball MX1
BT,PDA MP3,GSM ,3G,BT GP,MP3
Philips
SAA7750
VWS22100
VCS94250
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X86系列cpu—Intel公司
intel嵌入式x86系列：186series， 386ex，486dx.I960 AMD嵌入式x86系 列:186/188em/es/cc..Elan520.. NS系列:Geode™ GX, GXLV,GXM
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ARM体系结构介绍 ARM体系结构介绍
内核7种工作模式： 用户态/FIQ/IRQ/管理态/中止态/系统态/未定义态。 用户态无法改变模式，除非异常发生(SWI) 1）用户态无法访问某些受限资源，如修改CPSR的控制 位。 2）除用户模式以外，其余的所有6种模式称之为非用户 模式，或特权模式（Privileged Modes）； 3）其中除去用户模式和系统模式以外的5种又称为异常 模式（Exception Modes），常用于处理中断或异常， 以及需要访问受保护的系统资源等情况。
内 置 arm7/DSP 双 内 核 ， 有 Arm+2DSP/ARM+DSP+MAC,两种配置，加上 PHY就可实现voip终端
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ARM系列处理器
Cirrus logic公司 机顶盒/mp3/IA等专用SOC，有数模混合 和视频/音频处理优势。 EP7211 EP7212 EP7209 EP9312
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第三章 ARM微处理器的编程模型 ARM微处理器的编程模型
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