《嵌入式系统基础教程》第06讲_第4章ARM体系结构 85页

Thumb代码的长度是ARM代码长度的65％，当从16位 存储系统运行时，提供ARM代码160％的性能。 Thumb使ARM7TDMI核非常适用于有存储器宽度限制 且代码密度为重要的嵌入式应用场合。

由于ARM7TDMI具有16位Thumb指令集和32位 ARM指令集，这使设计者能根据他们的应用要 求在子程序级灵活地强调性能或代码长度。
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体系结构版本V2

增加了这几种指令：乘法和乘加指令；支持协 处理器的指令；快速中断模式（FIQ）中额外 的2个备份寄存器；SWP指令和SWPB指令。 版本V2和它之后的版本V2a仍然只有26位寻址 空间，现在已废弃不用。
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体系结构版本V3
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ARM核与体系结构版本间的关系
处理器核 ARM1 ARM2 ARM2aS、ARM3 ARM6、ARM600、ARM610 ARM7、ARM700、ARM710 ARM7TDMI、ARM710T、ARM720T、ARM740T StrongRAM、ARM8、ARM810 ARM9TDMI、ARM920T、ARM940T ARM9E-S ARM10TDMI、ARM1020E ARM11、ARM1156T2-S、ARM1156T2F-S ARM11JZF-S ARM Cortex-A8、ARM Cortex-R4、 ARM Cortex-M3
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Jazelle指令集特征


CPSR寄存器 T=0，J=1 硬件完成超过60%的Java字节代码 其余由软件完成
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ARM体系结构版本变量列表 （第1种形式）
后缀变量
T
功能说明
Thumb指令集，Thumb指令的长度为16位。目前Thumb有两个版本。 Thumb1用于ARM4的T变种，Thumb2用于ARM5以上的T变种。
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ARM核版本命名规则（续）

说明：
①在ARM7TDMI之后出产的所有ARM内核名称，即使“ARM” 字串后面没有包含“TDMI”字符串，也都默认包含了该字串。 ②对于2005年以后ARM公司投入市场的ARMv7体系结构的处理 器核，使用字符串“ARM Cortex”打头，随后附加一个字母 后缀“-A”，“-R”或者“-M”，表示该处理器核适合应用的 领域； 其中：后缀A表示应用（Application）、 R表示实时控制 （Real time）、M表示微控制器（Micro Controller）。
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当前在用的ARM核概况

目前实际使用的ARM处理器核有二十多种 每一种处理器核依据一个体系结构版本设计 这些ARM核的共同特点是：字长32位、RISC结 构、低功耗、附加16位高密度指令集Thumb 获得广泛的嵌入式操作系统支持 包括：Windows CE、Palm OS、Symbian OS、 Linux以及其他的主流RTOS 含有嵌入式跟踪宏单元ETM（Embedded Trace Macro）
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体系结构版本V5

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。
《嵌入式系统原理与开发》
2008年春季
第6讲 南京大学计算机系 俞建新主讲
第4章ARM体系结构

本章主要介绍以下内容： ARM体系结构版本 ARM处理器系列 ARM流水线 ARM工作模式和工作状态 ARM寄存器组织 ARM存储器组织 ARM的异常中断 AMBA和ARM7TDMI
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体系结构版本V7

扩展了的130条指令的Thumb-2指令集； NEON媒 体引擎，该引擎具有分离的单指令多数据 （SIMD）执行流水线和寄存器堆，可共享访问 L1和L2高速缓存，因此提供了灵活的媒体加速功 能并且简化了系统带宽设计；TrustZone技术，可 以对电子支付和数字版权管理之类的应用业务提 供可靠的安全措施。
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体系结构版本V6

平均取指令和取数据延时减少，因Cache未命中 造成的等待时间减少，总的内存管理性能提高达 到30%左右；适应多处理器核的需要；增加了 SIMD指令集。支持混合端序，能够处理大端序 和小端序混合的数据；异常处理和中断处理得以 改进，实时任务处理能力增强。
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。 Thumb在32位体系结构上实现了16位指令集，以提供： 比16位体系结构更高的性能； 比32位体系结构更高的代码密度。
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2008年6月19日
ARM处理器基本特征

ARM处理器在设计上沿用了RISC技术的基本特征， 但是也放弃了一些RISC设计特征。


沿用的有：通用寄存器堆，32位定长指令，Load/Store 访问存储器指令和3地址数据运算指令。 没有沿用的有：重叠寄存器窗口，延迟转移和单周期指 令执行。



ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ


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。
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第3种指令集 Jazelle


执行8位指令 一个软件与硬件的混合体 能够加速Java字节码的执行 Java Bytecodes 为了执行Java字节码，需要Jazelle技术外加一个 Java虚拟机的特殊修订版。 Jazelle的硬件部分只Java字节码的一个部分，其 余由软件仿真。
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D M I E J F
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S
ARM体系结构变量列表 （第2种形式）
特 征 Jazelle DSP Thumb SoftCore Debug Multiplier
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说 明
提高JAVA的运行速度， 可以执行JAVA字节码 增强性DSP指令，16位乘加指令，饱和 的带符号数的加减法，双字数据操作。 具有改善代码密度的Thumb指令集 Thumb指令集版本1：ARMv4T Thumb指令集版本2：ARMv5T Thumb-2：ARMv6T 可以综合版本（软核），提供VHDL或者 Verilog语言的设计文件。 在片调试支持 64位增强型乘法器 32位乘32位得到64位积 内嵌式在线仿真器 南京大学计算机系
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2008年6月19日
Jazelle技术


Jazelle的特点在于可以直接执行Java Byte Cord。 它通过在ARM微处理器上增加Jazelle工作模式， 使ARM指令和Java Byte Cord指令在同一个微处 理器上执行。 ARM的Jazelle技术使Java加速得到比基于软件 的Java虚拟机(JVM)高得多的性能，和同等的非 Java加速核相比功耗降低80％。
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2008年6月19日
体系结构版本V1


这种版本在原型机ARM1上实现过，从未用于商 用产品。 它包含：基本的数据处理指令（不包括乘法）； 字节、字和多字的加载/存储（load/store）指令； 分支（branch）指令，包括设计用于子程序调用 的分支与链接指令；软件中断指令SWI。 版本V1只有26位寻址空间，现在已废弃不用。
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2008年6月19日
体系结构版本V4

对体系结构版本V3进行了扩展，即：半字读 取和存储指令；读取带符号的字节和半字数据 的指令；增加了高密度指令集Thumb，这样 V4体系结构有了T变量；有了在ARM/Thumb 状态之间切换的指令；增加了处理器管理模式 （SVC模式）。
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Thumb指令集

Thumb指令集是通常使用的32位ARM指令集的子集。



每条Thumb指令是16位长，有相应的对于处理器模型有相同效果 的32位ARM指令。 Thumb指令在标准的ARM寄存器配置下进行操作，在ARM和 Thumb状态之间具有出色的互操作性。 执行时，16位Thumb指令透明地实时解压缩成32位ARM指令， 且没有性能损失。
32位寻址空间； 32位寄存器； 32位移位器和算术逻辑单元ALU(Arithmetic Logic Unit)； 32位存储器传送。
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Thumb具有32位核的所有优点：

2008年6月19日
Thumb指令集（续）

Thumb因而可提供长的转移范围、强大的算术运 算能力和大的寻址空间。