ARM7体系结构研讨

ARM9
ARM9E
第十六页，共120页。
ARM10
ARM11
3.1 ARM简介(jiǎn jiè)
ARM7
预取
译码
执行
（Fetch） （Decode） （Execute）
ARM9
预取
译码
执行
访存
写入
（Fetch） （Decode） （Execute） （Memory） （Write）
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译码
执行
ARM1020E：带DSP指令集，在片 调试功能，独立的32KB数据和指 令Cache，MMU支持； ARM1022E：与ARM1020E相同， 只是独立的数据和指令Cache变为 16KB； ARM1026EJ-S：同时具有MPU和 MMU，可综合版本；
带分支预测的6级整数流水线； 在0.13µm工艺下最高性能可达到430MIPS（ Dhrystone 2.1测试标准）； 对于3D图形运算和实时控制采用VFP协处理器 ，浮点运算性能最高可达650MFLOPS； 双64位AMBA总线接口和64位内部总路线接口 ；
3.1 ARM简介(jiǎn jiè)
项目
ARM7
ARM9
ARM10
流水线
3
5
6
典型频率（MHz ）
功耗（mW/MHz ）
性能 MIPS**/MHz
架构
80 0.06 0.97 冯诺伊曼
150
0.19（+cache ）
1.1
哈佛
260
0.5 （+cache）
1.3
哈佛
ARM11
8
335
0.4 （+cache）
ARM7体系结构研讨 (yántǎo)
2021/11/9
第一页，共120页。
第3章 目录(mùlù)
1.简介
2.ARM7TDMI 3.ARM7TDMI的模块和
外部框图
9.异常(yìcháng) 10.复位 11.存储器及存储器映射
I/O
4.体系结构直接支持的数 据类型
5.处置器形状
该版本的ARM体系结构，只要26位的寻址空 间，没有商业化，其特点为： 基本的数据处置指令(zhǐlìng)〔不包括乘法〕； 字节、字和半字加载/存储指令(zhǐlìng)； 具有分支指令(zhǐlìng)，包括在子顺序调用中运 用的分支和链接指令(zhǐlìng)； 在操作系统调用中运用的软件中缀指令(zhǐlìng) 。
访存
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ARM10 （Fetch） （Issue） （Decode） （Execute） （Memory） （Write）
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预取
发送
译码（
转换
执行
访存
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ARM11 （Fetch） （Fetch） （Issue） Decode） （Snny） （Execute） （Memory） （Write）
第十七页，共120页。
片上实现。
第十九页，共120页。
3.1 ARM简介(jiǎn jiè)
ARM9E ARM10E
ARM926EJ-S：Jazelle 技术，有 MMU，可配置的数据和指令 Cache,TCM接口； ARM946E-S：可配置的数据和指 令Cache及TCM; ARM966E-S：针对要求高性能和 低功耗的可预测的指令执行时间的 硬实时应用设计 ARM968E-S：最小、功耗最小 的 ARM9E系列处理器，针对嵌入 式实时应用设计；
ARM9E是针对微控制器、DSP和Java的单处理 器解决方案；
ARM Jazelle 技术提供 8倍的 Java 加速性能 (ARM926EJ-S) ； 5-级整数流水线； 在0.13µm工艺下最高性能可达到300MIPS（ Dhrystone 2.1测试标准）； 可选择的 向量浮点单元VFP9 协处理器指令优 秀海浮点性能，对于3D图形加速和实时控制可 达到 215MFLOPS。 高性能的AHB总线，带MMU 可在0.18µm, 0.15µm, 0.13µm工艺的硅芯片上实 现。
▪大的、统一的寄存器文件； ▪装载/保存结构，数据处理 操作只针对寄存器的 内容，而不直接对存储器进行操作； ▪简单的寻址模式; ▪统一和固定长度的指令域，简化了指令的译码， 便于指令流水线设计。
第八页，共120页。
3.1 ARM简介(jiǎn jiè)
ARM体系结构
ARM体系结构的特点(tèdiǎn)：
优化的缓存结构提高了处理器访问低速存储器 的性能；
可在0.18µm, 0.15µm, 0.13µm工艺的硅芯片上实 现
第二十页，共120页。
3.1 ARM简介(jiǎn jiè)
ARM11
ARM11 MPCore：可综合的多 处理器核，1至4个处理器可配 置； ARM1136J(F)-S：可配置的数 据和指令Cache，可提供1.9位 的MPEG4编码加速功能； ARM1156T2(F)-S：带集成浮 点协处理器，带内存保护单元 MPU ； ARM1176JZ(F)-S：带针对 CPU和系统安全架构扩展的 TrustZone技术。
第十三页，共120页。
3.1 ARM简介(jiǎn jiè)
各ARM体系结构版本(bǎnběn)——V4
不在为了与以前的版本(bǎnběn)兼容而支持26位体 系结构，并明白了哪些指令会惹起未定义指令异常发作， 它相对V3版本(bǎnběn)作了以下的改良： 半字加载/存储指令； 字节和半字的加载和符号扩展指令； 具有可以转换到Thumb形状的指令〔BX〕； 添加了用户形式寄存器的新的特权处置器形式。
ARM940T–包括更小数据和指令 Cache和一个MPU
基于ARM9TDMI ，带16位的Thumb指令集 ，增强代码密度最多到35%；
在0.13µm工艺下最高性能可达到300MIPS（ Dhrystone 2.1测试标准）；
集成了数据和指令Chche； 32位AMBA总线接口的MMU支持； 可在0.18µm、 0.15µm和0.13µm工艺的硅芯
体积小、功耗低，代码压缩密度高； 为快速增长的Java卡平台提供Java加速功 能；
第二十一页，共120页。
3.1 ARM简介(jiǎn jiè)
Cortex
Cortex-A：面向应用的微处理 器，针对复杂操作系统和应用 程序设计； Cortex-R：针对实时系统的嵌 入式处理器； Cortex-M：针对成本敏感应用 优化的深度嵌入式处理器；
微处置器是整个系统的中心，通常由3大局部组成：
控制单元(dānyuán)、算术逻辑单元(dānyuán)和寄存
器。
微处理器
输入
算术逻辑单元
控制单元 输出
寄存器
存储器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第六页，共120页。
3.1 ARM简介(jiǎn jiè)
ARM处置器的运用 以后主要运用于消费类电子(diànzǐ)范围
； 到目前为止，基于ARM技术的微处置器运
公司的特点是只设 计芯片，而不消费。它将技术授权 给世界上许多著名的半导体、软件 和OEM厂商，并提供效劳。
第四页，共120页。
3.1 ARM简介(jiǎn jiè)
ARM公司简介
将技术授权给 其它(qítā)芯 片厂商
...
构成各具特征 (tèzhēng)的 ARM芯片
第五页，共120页。
3.1 ARM简介(jiǎn jiè)
第十四页，共120页。
3.1 ARM简介(jiǎn jiè)
各ARM体系结构版本(bǎnběn)——V5
在V4版本的基础上，对如今指令的定义停止 了必要的修正，对V4版本的体系结构停止了扩展 并并添加了指令，详细如下： 改良了ARM/Thumb形状之间的切换效率； E---增强型DSP指令集,包括全部算法操作和16位乘 法操作； J----支持新的JAVA,提供字节代码执行的硬件 (yìnɡ jiàn)和优化软件减速功用。
冯诺伊曼体系结构； ARMTDMI是目前应用最广的微处理器核 ARM720T带有MMU和8KB的指令数据混合
cache； ARM7EJ-执行ARMv5TEJ指令，5级流水线
，提供Java加速指令，没有存储器保护。
ARM9
ARM920T：带有独立的16KB 数 据和指令Cache；
ARM922T：带有独立的8位KB 数据和指令Cache；
5.处置器形状
6.处置器形式
7.外部(wàibù)寄存器
8. 顺序形状寄存器
第三页，共120页。
3.1 ARM简介(jiǎn jiè)
ARM公司简介
ARM是Advanced RISC Machines的缩写，它是一家微处置 (chǔzhì)器行业的知名企业，该 企业设计了少量高功用、廉价、耗 能低的RISC 〔精简指令集〕处置 (chǔzhì)器。
▪每条数据处理指令都对算术逻辑单元和移位器控 制，实现了ALU和移位器的最大利用； ▪地址自动增加和减少寻址模式，优化程序循环； ▪多寄存器装载和存储指令实现最大数据吞吐量; ▪所有指令的条件执行实现最快速的代码执行。
第九页，共120页。
3.1 ARM简介(jiǎn jiè)
各ARM体系结构版本(bǎnběn)
6.处置器形式(xíngshì)
7.外部寄存器
8. 顺序形状寄存器
第二页，共120页。
第3章 目录(mùlù)
1.简介
9.异常(yìcháng)
2.ARM7TDMI
10.复位
3.ARM7TDMI的模块和 11.存储器及存储器映射
外部(wàibù)框图
I/O
4.体系结构直接支持的 数据类型
增强的Thumb、Jazelle、DSP扩展支持； 带片上和系统安全TrustZone 技术支持 ； 在0.13µm工艺下最高可达到550MHz； MPCore在0.13µm工艺下最高性能可达到 740MIPS（Dhrystone 2.1测试标准）； 支持多媒体指令SIMD； 采用三种电源模式：全速/待命/休眠 集成DMA的TCM 低功耗、高性能。
SecurCor e
SC100：第一个32位安全处理 器；、SC110：在SC100上增 加密钥协处理器； SC200：带Jazelle技术的高级 安全处理器； SC210：在SC200上增加密钥 协处理器
SecurCore是专门为智能卡、安全IC提供 的32位安全处理器， 为电子商务、银行、 网络、移动多媒体、公共交通提供安全解 决方案；
1.2
哈佛
第十八页，共120页。
3.1 ARM简介(jiǎn jiè)
ARM系列
微处理器核
特点
ARM7
ARM7TDMI：整数处理核 ARM7TDMI 处理器的可综合 版本；
ARM720T：带MMU的处理器核 心，支持操作系统；
ARM7EJ-S：带有DSP和Jazelle TM 技术，能够实现Java加速功 能
ARM体系结构从最后开发到如今有了很大的改良 ，并仍在完善和开展。为了清楚的表达(biǎodá)每个 ARM运用实例所运用的指令集，ARM公司定义了6种 主要的ARM指令团体系结构版本，以版本号V1～V6表 示。
第十页，共120页。
3.1 ARM简介(jiǎn jiè)
各ARM体系结构版本(bǎnběn)——V1
第十二页，共120页。
3.1 ARM简介(jiǎn jiè)
各ARM体系结构版本(bǎnběn)——V3
寻址范围扩展到32位〔目前已废弃(fèiqì)〕， 具有独立的顺序： 具有乘法和乘加指令； 支持协处置器； 快速中缀形式中具有的两个以上的分组寄存器； 具有原子性加载/存储指令SWP和SWPB。
第十一页，共120页。
3.1 ARM简介(jiǎn jiè)
各ARM体系结构版本(bǎnběn)——V2
异样为26位寻址空间，如今曾经废弃不再运用， 它相对V1版本(bǎnběn)有以下改良： 具有乘法和乘加指令； 支持协处置器； 快速中缀形式中的两个以上的分组寄存器； 具有原子性加载/存储指令SWP和SWPB。
第十五页，共120页。
3.1 ARM简介(jiǎn jiè)
ARM处置(chǔzhì)器核简介
ARM公司开发(kāifā)了很多系列的ARM处置器核 ，目前最新的系列曾经是ARM11了，而ARM6核以及更早 的系列曾经很稀有了。目前运用比拟普遍的系列是：
ARM7
SecurCore
Cortex
Xscale
用约占据了32位嵌入式微处置器75％以上 的市场份额 全球80%的GSM/3G手机、99%的CDMA手机以 及绝大少数PDA产品均采用ARM体系的嵌入 式处置器， 〝掌上计算〞相关的一切范围皆为其所主
第七页，共120页。
3.1 ARM简介(jiǎn jiè)
ARM体系结构
ARM处置器为RISC芯片(xīn piàn)，其复杂的 结构使ARM内核十分小，这使得器件的功耗也十分 低。它具有经典RISC的特点：