第二章 ARM9体系结构ppt课件
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ARM7TDMI,ARM710T,ARM720T ARM740T Strong ARM，ARM8，ARM810 ARM9TDMI，ARM920T，ARM940T
ARM9E-S ARM10TDMI，ARM1020E ARM11，ARM1156T2-S，ARM1156T2F-S， ARM1176JZ-S，ARM11JZF-S
.
2.1.1 ARM公司简介
ARM公司是知识产权IP （ Intellectual Property ） 公司，本身不生产芯片，只转让设计许可，由合 作伙伴公司来生产各具特色的芯片。
目前，全世界有几十家著名的半导体公司都使用 ARM公司的授权，其中包括Intel、IBM、 MOTOROLA、SONY、NEC、LG 、 ATMEL 等， 从而保证了大量的开发工具和丰富的第三方资源， 它们共同保证了基于ARM处理器核的设计可以很 快投入市场。
灵活方便的协处理器接口
ARM体系结构具有协处理器接口，允许接16 个协处理器。既可以使基本的ARM处理器内核尽 可能小，方便地扩充ARM指令集，也可以通过未 定义指令来支持协处理器的软件仿真。
低电压功耗的设计
考虑到ARM处理器主要用于手持式嵌入式系 统中，在设计中. 就十分注意功耗的设计。
2.1.3 ARM指令系统版本
难以优化编译成高效目标 代码
能优化编译成高效目标代码
.
2.1.2 ARM体系结构的特点
多种处理器模式 ARM体系结构定义了7种处理器模式：用户、 快 中断、中断、管理、终止、未定义和系统模式， 大大提高了ARM处理器的效率。
两种处理器工作状态 ARM状态(32位指令)和Thumb状态(16位指
令) 。 虽然ARM处理器本身是32位设计，但考虑到
RISC型处理器的指令功能相对较弱，新型的 ARM体系结构中定义了16位的Thumb指令集。
.
2.1.2 ARM体系结构的特点
嵌入式在线仿真调试
ARM体系结构的处理器芯片都嵌入了在线仿 真ICE-RT逻辑，便于通过JTAG来仿真调试，省 去了价格昂贵的在线仿真器。
.
2.1.1 ARM公司简介
ARM是Advance RISC Machine 的缩写，既可 以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类 微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。
ARM公司于1990年11月在英国剑桥成立，前身为 Acorn计算机公司。
ARM公司是全球领先的16/32位嵌入式RISC微处 理器解决方案供应商。
ARM公司已成为移动通信、手持设备、多媒体数 字消费嵌入式解决方案的RISC标准。
.
2.1.2 ARM体系结构的特点
总体思想：在不牺牲性能的同时，尽量简化处理 器。同时从体系结构的层面上灵活支持处理器扩 展。这种简化和开放的思路使得ARM处理器采用 了很简单的结构来实现。
ARM处理器是最先进的：目前，ARM32位体系 结构被公认为业界领先的32位嵌入式RISC微处理 器核，所有ARM处理器都共享这一体系结构。
指令系统 V1 V2 V2a V3 Байду номын сангаас3 V4T V4 V4T
V5TE V5TE
V6
2.1.4 ARM 体系结构的演变
Thumb指令集（T变种） 长乘指令（M变种） 支持片上调试（D变种） 在线观察（I变种） 增强型DSP指令（E变种） Java加速器Jazelle（J变种） ARM媒体功能扩展(SIMD变种) ARM可综合版本“-S”
第2章 ARM9体系 结构
.
第2章 ARM9体系结构
2.1 ARM处理器简介 2.2 ARM9体系结构 2.3 ARM存储结构 2.4 ARM处理器的工作状态和模式 2.5 ARM9寄存器 2.6 ARM9异常 2.7 ARM系统调试接口
.
2.1 ARM处理器简介
2.1.1 ARM公司简介 2.1.2 ARM体系结构特点 2.1.3 ARM指令系统版本 2.1.4 ARM体系结构演变 2.1.5 ARM微处理器简介
.
嵌入式微处理器体系结构
冯·诺依曼体系结构和哈佛体系机构
冯·诺依曼体系结构，也称为普林斯顿结构，是一种将 程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结 构。例如Intel的80x86系列CPU、ARM早期系列微处 理器及MIPS系列微处理器
哈佛体系结构是将程序指令存储器和数据存储器分开 的存储器结构。例如摩尔罗拉公司的MC68系列、 ATMEL公司的AVR系列及ARM9以上系列
ARM公司从最初的开发到现在，ARM指令集结构 有了巨大的改进，并在不断完善和发展。
为了清楚地表达每个ARM内核所使用的指令集， ARM公司定义了一系列的指令集体系结构版本， 以vx表示某种版本。
.
ARM微处理器核
ARM1 ARM2 ARM2aS，ARM3 ARM6，ARM600，ARM610 ARM7，ARM700，ARM710
复杂指令集计算机CISC(Complex Instruction Set Computer)和精简指令集计算机 RISC(Reduced Instruction Set Computer)
.
2.1.2 ARM体系结构的特点
RISC型处理器结构 ARM采用RISC结构，在简化处理器结构，减
少复杂功能指令的同时，提高了处理器的速度。
减少指令执行时间：考虑到处理器与存储器打交道的指 令执行时间远远大于在寄存器内操作的指令执行时间， RISC型处理器采用了Load/Store（加载/存储）结构， 即只有Load/Store指令可与存储器打交道，其余指令都 不允许进行存储器操作。
提高存取速度：为了进一步提高指令和数据的存取速度， RISC型处理器增加了指令高速缓冲I-Cache和数据高速 缓冲D-Cache及多处理器结构，使指令的操作尽可能在 寄存器之间进行。
.
2.1.2 ARM体系结构的特点
类别
CISC
RISC
指令系统 指令数量多
指令较少，少于100条
执行时间
有些指令执行时间很长， 如块传输
没有较长执行时间的指令
编码长度 编码长度可变，1～15B 编码长度固定，少于4B
寻址方式 寻址方式多样
简单寻址
操作 编译
可对寄存器、存储器做算 逻操作
只对寄存器做算、逻操作
ARM9E-S ARM10TDMI，ARM1020E ARM11，ARM1156T2-S，ARM1156T2F-S， ARM1176JZ-S，ARM11JZF-S
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2.1.1 ARM公司简介
ARM公司是知识产权IP （ Intellectual Property ） 公司，本身不生产芯片，只转让设计许可，由合 作伙伴公司来生产各具特色的芯片。
目前，全世界有几十家著名的半导体公司都使用 ARM公司的授权，其中包括Intel、IBM、 MOTOROLA、SONY、NEC、LG 、 ATMEL 等， 从而保证了大量的开发工具和丰富的第三方资源， 它们共同保证了基于ARM处理器核的设计可以很 快投入市场。
灵活方便的协处理器接口
ARM体系结构具有协处理器接口，允许接16 个协处理器。既可以使基本的ARM处理器内核尽 可能小，方便地扩充ARM指令集，也可以通过未 定义指令来支持协处理器的软件仿真。
低电压功耗的设计
考虑到ARM处理器主要用于手持式嵌入式系 统中，在设计中. 就十分注意功耗的设计。
2.1.3 ARM指令系统版本
难以优化编译成高效目标 代码
能优化编译成高效目标代码
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2.1.2 ARM体系结构的特点
多种处理器模式 ARM体系结构定义了7种处理器模式：用户、 快 中断、中断、管理、终止、未定义和系统模式， 大大提高了ARM处理器的效率。
两种处理器工作状态 ARM状态(32位指令)和Thumb状态(16位指
令) 。 虽然ARM处理器本身是32位设计，但考虑到
RISC型处理器的指令功能相对较弱，新型的 ARM体系结构中定义了16位的Thumb指令集。
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2.1.2 ARM体系结构的特点
嵌入式在线仿真调试
ARM体系结构的处理器芯片都嵌入了在线仿 真ICE-RT逻辑，便于通过JTAG来仿真调试，省 去了价格昂贵的在线仿真器。
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2.1.1 ARM公司简介
ARM是Advance RISC Machine 的缩写，既可 以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类 微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。
ARM公司于1990年11月在英国剑桥成立，前身为 Acorn计算机公司。
ARM公司是全球领先的16/32位嵌入式RISC微处 理器解决方案供应商。
ARM公司已成为移动通信、手持设备、多媒体数 字消费嵌入式解决方案的RISC标准。
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2.1.2 ARM体系结构的特点
总体思想：在不牺牲性能的同时，尽量简化处理 器。同时从体系结构的层面上灵活支持处理器扩 展。这种简化和开放的思路使得ARM处理器采用 了很简单的结构来实现。
ARM处理器是最先进的：目前，ARM32位体系 结构被公认为业界领先的32位嵌入式RISC微处理 器核，所有ARM处理器都共享这一体系结构。
指令系统 V1 V2 V2a V3 Байду номын сангаас3 V4T V4 V4T
V5TE V5TE
V6
2.1.4 ARM 体系结构的演变
Thumb指令集（T变种） 长乘指令（M变种） 支持片上调试（D变种） 在线观察（I变种） 增强型DSP指令（E变种） Java加速器Jazelle（J变种） ARM媒体功能扩展(SIMD变种) ARM可综合版本“-S”
第2章 ARM9体系 结构
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第2章 ARM9体系结构
2.1 ARM处理器简介 2.2 ARM9体系结构 2.3 ARM存储结构 2.4 ARM处理器的工作状态和模式 2.5 ARM9寄存器 2.6 ARM9异常 2.7 ARM系统调试接口
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2.1 ARM处理器简介
2.1.1 ARM公司简介 2.1.2 ARM体系结构特点 2.1.3 ARM指令系统版本 2.1.4 ARM体系结构演变 2.1.5 ARM微处理器简介
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嵌入式微处理器体系结构
冯·诺依曼体系结构和哈佛体系机构
冯·诺依曼体系结构，也称为普林斯顿结构，是一种将 程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结 构。例如Intel的80x86系列CPU、ARM早期系列微处 理器及MIPS系列微处理器
哈佛体系结构是将程序指令存储器和数据存储器分开 的存储器结构。例如摩尔罗拉公司的MC68系列、 ATMEL公司的AVR系列及ARM9以上系列
ARM公司从最初的开发到现在，ARM指令集结构 有了巨大的改进，并在不断完善和发展。
为了清楚地表达每个ARM内核所使用的指令集， ARM公司定义了一系列的指令集体系结构版本， 以vx表示某种版本。
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ARM微处理器核
ARM1 ARM2 ARM2aS，ARM3 ARM6，ARM600，ARM610 ARM7，ARM700，ARM710
复杂指令集计算机CISC(Complex Instruction Set Computer)和精简指令集计算机 RISC(Reduced Instruction Set Computer)
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2.1.2 ARM体系结构的特点
RISC型处理器结构 ARM采用RISC结构，在简化处理器结构，减
少复杂功能指令的同时，提高了处理器的速度。
减少指令执行时间：考虑到处理器与存储器打交道的指 令执行时间远远大于在寄存器内操作的指令执行时间， RISC型处理器采用了Load/Store（加载/存储）结构， 即只有Load/Store指令可与存储器打交道，其余指令都 不允许进行存储器操作。
提高存取速度：为了进一步提高指令和数据的存取速度， RISC型处理器增加了指令高速缓冲I-Cache和数据高速 缓冲D-Cache及多处理器结构，使指令的操作尽可能在 寄存器之间进行。
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2.1.2 ARM体系结构的特点
类别
CISC
RISC
指令系统 指令数量多
指令较少，少于100条
执行时间
有些指令执行时间很长， 如块传输
没有较长执行时间的指令
编码长度 编码长度可变，1～15B 编码长度固定，少于4B
寻址方式 寻址方式多样
简单寻址
操作 编译
可对寄存器、存储器做算 逻操作
只对寄存器做算、逻操作