浅谈ARM处理器的特点和体系结构
第2章_ARM处理器和架构
第2章_ARM处理器和架构ARM（Advanced RISC Machine）处理器是一种基于精简指令集计算机（RISC）架构的处理器。
ARM处理器具有低功耗、高性能和低成本等优势，广泛应用于移动设备、嵌入式系统和物联网设备等领域。
ARM架构可以分为三个级别：A级架构、R级架构和M级架构。
A级架构是ARM处理器中最高级别的架构，广泛应用于高性能计算领域，如服务器、桌面计算机和高端移动设备。
A级架构支持32位和64位指令集，并具有高级调度和多核处理器支持等特性。
R级架构主要应用于实时应用，如车载娱乐系统、医疗设备和工业自动化等领域。
R级架构支持32位指令集，具有实时时钟和高性能中断处理等特性，能够满足对响应速度和可靠性要求较高的应用。
M级架构主要用于低功耗的嵌入式系统，如智能传感器、无线通信模块和可穿戴设备等。
M级架构支持16位指令集，具有低功耗和小尺寸等特性，适用于资源受限且功耗要求较低的应用。
ARM处理器的设计理念是高性能和低功耗的平衡。
为了提高性能，ARM处理器采用了一系列优化措施，如流水线技术、分支预测和乱序执行等。
流水线技术可以将指令的执行过程划分为多个阶段，并同时执行多条指令，提高了处理器的吞吐量。
分支预测可以根据历史指令的执行情况猜测下一条指令的执行路径，减少分支带来的性能损失。
乱序执行可以不按照指令的顺序执行，提高指令的并发执行，从而提高处理器的性能。
为了降低功耗，ARM处理器采用了一系列省电技术，如动态电压调节、时钟门控和动态电源管理等。
动态电压调节可以根据处理器的负载情况动态调整电压和频率，以达到动态功耗管理的目的。
时钟门控可以切断没有运行的功能模块的时钟信号，从而降低功耗。
动态电源管理可以根据处理器的负载情况动态调整电源供应的电压和电流，以减少功耗。
ARM处理器的指令集包括基本指令集和扩展指令集。
基本指令集包括数据处理指令、加载和存储指令、分支和跳转指令等。
扩展指令集通过增加一些额外的指令和功能，进一步提高处理器的性能和功能。
ARM7体系结构概述
PC
状态寄 存器 CPSR
R15
CPSR
注意：括号内为ATPCS中寄存器的命名，可以使用RN汇编伪指令将寄存器 定义多个名字。其中ADS1.2的汇编程序直接支持这些名称，但注意a1～a4， v1～v4必须用小写。
周立功单片机
Thumb状态下的通用寄存器
寄存器 寄存器在汇编 类别 中的名称 R0(a1) R1(a2) R2(a3) R3(a4) 通用寄 存器和 程序计 数器 R4(v1) R5(v2) R6(v3) R7(v4,wr) SP LR R13 R14 R13_svc 各模式下实际访问的寄存器 用户 系统 管理 中止 R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R13_abt R13_und R13_irq R13_fiq 未定义 中断 快中断
Xscale
周立功单片机
2.1 ARM简介
• ARM处理器核简介——ARM7
该系列包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、带 有高速缓存处理器宏单元的ARM720T和扩充了 Jazelle的ARM7EJ-S。该系列处理器提供Thumb 16 位压缩指令集和EmbededICE软件调试方式，适用 于更大规模的SoC设计中。 ARM7系列广泛应用于多媒体和嵌入式设备， 包括Internet设备、网络和调制解调器设备，以及 移动电话、PDA等无线设备。
周立功单片机
第2章 目录
1.简介 2.ARM7TDMI 3.ARM7TDMI的模块和 内部框图 4.体系结构直接支持的 数据类型 5.处理器状态 6.处理器模式 7.内部寄存器 8. 程序状态寄存器 9.异常 10.中断延迟 11.复位 12.存储器及存储器映射 I/O
所以最好避免使用STR和STM指令来保存R15， 如果很难做到，那么应当在程序中计算出该芯片的 偏移量。
arm的知识点总结
arm的知识点总结ARM处理器架构的特点有很多，包括：1. 精简指令集：ARM处理器使用精简的指令集，使其在相同的时钟周期内执行更多的指令。
这有助于提高处理器性能和效率。
2. 低功耗设计：ARM处理器具有低功耗设计，使其在电池供电的移动设备中表现出色。
它在相同性能水平下消耗的能量更少，可延长设备的续航时间。
3. 易扩展性：ARM架构具有很强的可扩展性，可以从简单的嵌入式系统到复杂的服务器系统等不同领域应用。
4. 多样化产品线：ARM公司提供多种不同的处理器核心，包括Cortex-A、Cortex-R和Cortex-M系列，能够满足不同应用领域的需求。
5. 兼容性：ARM架构保持了向后兼容性，旧版本的软件可以在新版本的处理器上运行，这使得升级系统更加容易。
ARM处理器的应用领域非常广泛，主要包括以下几个方面：1. 移动设备：包括智能手机、平板电脑、便携式游戏机等。
ARM处理器在移动设备的低功耗和高性能需求下表现优异。
2. 智能家居：包括智能音箱、智能家电、智能监控等。
ARM处理器在小型嵌入式设备中的低功耗和高性能要求下发挥作用。
3. 工业控制：包括自动化生产线、机器人控制、传感器网络等。
ARM处理器在工业环境下的可靠性和低功耗表现得较好。
4. 汽车电子：包括车载娱乐系统、车载导航系统、车载通信系统等。
ARM处理器在汽车电子设备中的高性能和低功耗要求下表现出色。
5. 服务器与数据中心：ARM处理器在云计算、大数据分析等方面逐渐发展起来，其低功耗和高核心密度使其成为一种有潜力的替代方案。
在ARM处理器架构中，最常见的是Cortex系列处理器核心。
Cortex系列核心包括Cortex-A、Cortex-R和Cortex-M，它们分别面向不同的应用领域：1. Cortex-A系列：面向高性能应用，如智能手机、平板电脑、智能电视等。
它具有复杂的流水线设计和乱序执行功能，能够提供出色的性能。
2. Cortex-R系列：面向实时应用，如汽车电子系统、工业控制系统、网络设备等。
ARM介绍为什么它成为了军事装备的核心技术
ARM介绍为什么它成为了军事装备的核心技术ARM（Advanced RISC Machines）是一种基于精简指令集（RISC）架构的处理器设计。
它在军事装备领域发挥了重要作用，并成为了核心技术。
本文将介绍ARM的特点以及它在军事装备中的应用。
一、ARM的特点ARM处理器具有以下几个核心特点，这些特点使得它成为了军事装备的核心技术。
1. 低功耗：ARM处理器采用RISC架构，指令集精简，具有高效能耗比。
这对于战场设备来说是至关重要的，因为它们通常需要长时间的工作，并且需要使用电池供电。
低功耗的ARM处理器可以延长电池使用时间，提高装备的持久性和可靠性。
2. 高性能：尽管ARM处理器功耗较低，但它的性能并不受影响。
ARM处理器的设计注重优化，它采用了多级流水线技术和分支预测等技术来提高处理器的运行效率。
这使得ARM处理器在军事装备中能够处理高强度的计算任务，保证设备的性能和稳定性。
3. 可定制性：ARM处理器具有模块化的设计，可以根据不同的需求进行定制。
这对于军事装备来说非常重要，因为不同的装备对处理器的要求可能不同。
ARM处理器的可定制性使得它能够满足各种不同的应用场景的需求，提供定制化的解决方案。
4. 易于集成和互操作：ARM处理器可以方便地集成到其他硬件设备中，如传感器、通信模块等。
它也支持多核和对称多处理器（SMP）配置，实现多个处理器之间的互操作。
这种灵活性和互操作性使得ARM处理器在军事装备的应用中具有很大的优势。
二、ARM在军事装备中的应用ARM处理器广泛应用于军事装备中，它在提高装备性能和功能方面发挥了重要作用。
1. 无人机和导弹系统：无人机和导弹系统需要高性能的处理器来提供实时计算和控制。
ARM处理器的高性能和低功耗特点使得它成为无人机和导弹系统的首选处理器。
它可以实时计算飞行轨迹、导航和攻击目标等任务，并能够同时处理多个传感器的数据。
2. 侦察和监视系统：军事侦察和监视系统需要处理大量的图像和视频数据。
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技术概述
32位指令集
01
ARM处理器的指令集是32位的，这意味着每个指令的长度为32位，这有助于提高处理器的运行速度和效率。
ARM处理器的指令集
支持复杂操作
02
ARM处理器的指令集支持各种复杂的操作，包括算术、逻辑、移位、比较等，这使得处理器可以轻松地处理各种计算任务。
适用于多种操作系统
03
ARM处理器的指令集被广泛应用于各种操作系统，如Linux、Windows Mobile等，这使得开发人员可以轻松地使用这些操作系统来开发应用程序。
云计算和数据中心领域
ARM处理器在云计算和数据中心领域的应用也将逐渐增加，随着人工智能和大数据技术的发展，这些领域需要大量的计算能力和数据处理能力，ARM处理器的低功耗和高性能特点将为这些领域带来更高效和更节能的计算解决方案。
ARM处理器的发展趋势及展望
向更高效能方向发展
随着技术的不断发展，ARM处理器将继续向更高效能方向发展，例如采用更先进的制造工艺和更高效的指令集架构，以提高处理器的处理速度和性能。
向更高效的能源管理技术发展
扩展对新兴技术的支持
强化安全性能
ARM处理器的技术发展方向
移动设备领域
ARM处理器因其高效能和低功耗的特点，将继续在移动设备领域占据主导地位，随着5G技术的普及，ARM处理器将为移动设备带来更快的处理速度和更低的功耗。
ARM处理器在未来的应用前景
物联网设备领域
随着物联网技术的发展，ARM处理器将被广泛应用于各种物联网设备中，例如智能家居、智能城市等，ARM处理器的低功耗特性和强大的处理能力将为这些设备带来更长的使用寿命和更好的用户体验。
可扩展性
移动设备
物联网设备
嵌入式系统
ARM体系结构与编程
ARM体系结构与编程
一、ARM体系结构
ARM(Advanced RISC Machine)是由英国ARM公司开发的一种低功耗、超低成本的处理器架构，是移动设备的首选处理器。
ARM架构的处理器有ARM7、ARM9、ARM11、 Cortex-A8 、Cortex-A15等，它们核心架构特点为以下几点：
1.保护模式。
ARM架构的处理器能够在用户模式和两个高级的保护模式之间来回切换。
2.对齐式存储。
ARM架构的处理器采用对齐方式，其二进制指令必须按照固定的位置排列，以便提高存储空间的利用率。
3.浮点处理单元。
ARM架构的处理器具有浮点数处理功能，使数值运算能够高效率地完成。
4.多级缓存。
ARM架构的处理器将原始数据复制到不同级别的快速缓存中，以便快速访问。
二、ARM程序的编程
1、ARM程序的编写
ARM程序的编写可以使用C语言编写，程序开发者需要掌握ARM架构各种中央处理器扩展指令集的使用方法，以便获得更好的效率。
2、编译ARM程序
ARM程序的编译是使用GNU的gcc编译器进行的，它可以将C语言编写的程序编译成ARM架构的机器码，并可以在ARM架构的处理器上运行。
3、调试ARM程序
ARM程序的调试使用GDB程序调试，它可以提供丰富的调试工具，可以跟踪程序执行的步骤，提供全面的程序反馈信息，可以帮助开发者快速定位程序运行出错的地方。
三、总结。
ARM体系架构解析
ARM体系架构解析ARM是一种广泛应用于嵌入式系统和移动设备上的处理器架构。
它具有低功耗、高效率和高性能的特点，因此在各个领域都有着广泛的应用。
本文将对ARM体系架构进行解析，并探讨其特点和优势。
首先，ARM架构具有低功耗的优势。
由于应用于嵌入式系统和移动设备中，功耗对于设备的续航能力至关重要。
ARM处理器通过使用精简指令集架构（RISC）来实现低功耗，即通过减少指令数量和时间来提高性能。
这使得ARM架构的处理器能够在相同功率下提供更高的性能。
其次，ARM架构具有高效率的特点。
ARM处理器的架构设计使其能够更好地利用计算资源，提高处理器的运算效率。
ARM处理器具有乱序执行、分支预测和指令重排等功能，可以最大限度地减少指令冲突，提高指令执行的并行性。
这使得ARM架构的处理器在相同主频下能够获得更高的性能。
此外，ARM架构还具有高度的可扩展性和灵活性。
ARM处理器可以通过添加不同的功能模块和协处理器来满足不同的应用需求。
例如，可以添加浮点运算单元、硬件加速器或者专用芯片来处理特定的任务。
这使得ARM架构的处理器能够根据不同的应用需求进行优化，提供更好的性能表现。
最后，ARM架构在应用生态系统方面具有独特的优势。
ARM架构被广泛应用于嵌入式系统和移动设备中，因此具有庞大的生态系统。
开发者可以利用现有的软件库、工具和应用程序来快速开发基于ARM架构的应用。
同时，由于ARM架构在全球广泛应用，存在大量的技术和经验文档可供参考，使得开发者能够更加方便地进行开发和优化。
总之，ARM体系架构是一种低功耗、高效率和高度可扩展的处理器架构。
其灵活性和广泛的应用生态系统使得ARM架构成为各个领域的首选处理器架构。
无论是移动设备、嵌入式系统还是物联网设备，ARM架构都能够提供卓越的性能和功耗优势，满足不同应用需求的同时开发者也能够更加方便地进行工作。
第2讲ARM处理器体系结构(1)资料
公司主要设计RISC系列处 理器内核，将技术（IP核）授权给
制造商），并逐步在低功耗、低成 本和高性能的嵌入式系统应用领域 占据了领先地位，产品遍及工业控
世界上许多著名的半导体芯片制造 制、消费电子、通信、网络和无线
商、软件企业以及OEM生产企业，
系统等多个领域
并提供相关技术服务（软件开发工
•
2006年底，ARM公司在全球已拥 有超过1400名员工
冯·诺依曼体系结构
指令寄存器 控制器
数据通道
输入
输出
中央处理器
ARM7嵌入式微处理 器采用此结构
存储器
结构特点： 程序
1、指令和数据存储在相同 的内存空间，但指指存令令01储地址
不同。
指令2
2线、处处理理内器存利中用的指指相指令令同34令的和总数
据，指令和数据数具据有相同
的数据宽度，指令与数据
无法同时存取。数据0
理器数据具1有较高的执行效率
数据2
。
2.1.2 哈弗体系结构
采用哈佛体系结构，程序指令存储和数据存储分开， 可以使指令和数据有不同的数据宽度，如Microchip公司 的PIC16芯片的程序指令是14位宽度，而数据是8位宽度。 采用哈佛体系结构，允许在上一条指令执行时即预先读取 下一条指令，从而使处理器的执行效率得以提高。目前， 越来越多的处理器，尤其是嵌入式处理器采用哈佛结构， 除上面提到的PIC系列（Microchip公司）之外，还有 MC68系列（Motorola公司）、Z8系列（Zilog公司）、 AVR系列（ATMEL公司）等，ARM公司自ARM9系列开 始也采用了哈佛体系结构。
2.1 ARM处理器概述
ARM是一种先进的RISC处理器核，采用了哈佛体系结构和 RISC、流水线和超标量等先进技术，相关概念和知识介绍 如下：
关于ARM的内核架构介绍
关于ARM的内核架构介绍ARM（Advanced RISC Machines）是一种基于精简指令集（RISC）架构的处理器，广泛应用于嵌入式系统和移动设备。
ARM处理器具有低功耗、高性能和灵活性等特点，因此成为了电子设备领域中最受欢迎的处理器架构之一、本文将重点介绍ARM内核架构及其特点。
ARM内核架构在ARM处理器中起决定性作用，它包含了处理器的主要功能和组件，决定了处理器的性能、能耗和功能。
ARM内核架构包括多种不同的系列，每个系列针对不同应用采用不同的设计方式。
常见的ARM内核包括ARM7、ARM9、ARM Cortex-A系列和Cortex-M系列。
ARM7系列内核是较早期的ARM内核，主要用于低端和中端嵌入式系统。
ARM7内核采用了三级流水线架构，能实现更高的频率，提供了较低的延迟。
此外，ARM7系列采用了Thumb指令集，通过指令长度缩短可以减少存储和传输开销，提高系统性能。
ARM9系列内核相比于ARM7系列，提供了更高的性能和功能。
ARM9内核增加了补充指令集（Jazelle），可以在处理器上执行由Java虚拟机编译的Java字节码，提供了更好的Java应用支持。
ARM9内核还引入了专用的访问控制单元（MMU），使得处理器可以支持虚拟内存管理和操作系统。
Cortex-A系列内核是ARM处理器中最强大的内核，用于高端嵌入式系统和移动设备。
Cortex-A系列采用了超标量乱序执行架构，具有多发射、乱序执行和预测执行等特性，能够充分利用处理器资源，提供出色的性能和能效。
Cortex-A系列还支持大容量的高速缓存和先进的分支预测技术，提高了命中率和指令执行效率。
Cortex-M系列内核是专门为微控制器（MCU）设计的内核，采用了精简的微控制器架构。
Cortex-M系列具有低功耗和低成本的特点，适用于要求较低功耗和实时性能的应用。
Cortex-M系列将处理器核、内存管理单元和外设控制器集成在一个芯片上，具有较小的面积和较低的成本。
ARM7体系结构详细介绍
ARM7体系结构详细介绍简介ARM（Advanced RISC Machines）是一种32位的RISC（Reduced Instruction Set Computer）处理器架构，广泛应用于嵌入式系统、智能手机和平板电脑等领域。
ARM7是ARM体系结构中的一代经典产品，采用了精简指令集，具有低功耗、高效能和高性价比等特点。
架构特性处理器核心ARM7处理器核心是一个半导体芯片，包含了用于指令解码、执行、访存等任务的硬件单元。
ARM7采用了5级流水线架构，可以实现超过20万条指令每秒的处理性能。
此外，ARM7支持可选的乘法器、除法器和调试接口，以满足不同的应用需求。
寄存器ARM7提供了一组寄存器来存放指令和数据。
寄存器分为通用寄存器和特殊目的寄存器两种。
通用寄存器包括16个32位的寄存器，用于存储临时数据和计算结果。
特殊目的寄存器包括程序计数器（PC）、堆栈指针（SP）等，用于指导程序执行和管理堆栈。
存储器ARM7的存储器包括内部存储器和外部存储器两部分。
内部存储器分为指令存储器和数据存储器，用于存放程序指令和数据。
外部存储器通常是闪存、RAM等，用于扩展存储容量。
ARM7支持32位的地址总线，可以寻址最多4GB的内存空间。
性能与功耗ARM7采用了先进的CMOS工艺，使得它具有低功耗和高性能的特性。
ARM7的功耗通常在几个毫瓦到几十个毫瓦之间，可以满足嵌入式系统对功耗的严格要求。
同时，ARM7的高性能使得它可以处理复杂的计算任务，例如图像处理、音视频处理等。
调试与开发ARM7支持ARM公司定义的JTAG调试接口，可以通过调试器进行程序的单步调试、断点设置等操作。
此外，ARM7还提供了丰富的开发工具和软件支持，开发者可以使用C语言、汇编语言等进行编程，方便快捷地开发ARM7的应用程序。
应用领域由于ARM7具有低功耗、高效能和高性价比等特点，因此广泛应用于各种嵌入式系统和移动设备。
下面是一些主要的应用领域：嵌入式系统ARM7在嵌入式系统中得到了广泛的应用，例如工业控制、智能家居、汽车电子等领域。
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。
arm内核全解析_arm内核体系结构分类介绍
arm内核全解析_arm内核体系结构分类介绍ARM处理器是英国Acor n有限公司设计的低功耗成本的第一款RISC微处理器。
全称为Ad vanced RISC Machine。
ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集，一般来讲比等价32位代码节省达35%，却能保留32位系统的所有优势。
ARM内核特点ARM处理器为RISC芯片，其简单的结构使ARM内核非常小，这使得器件的功耗也非常低。
它具有经典RISC的特点：* 大的、统一的寄存器文件；* 简单的寻址模式；* 统一和固定长度的指令域，3地址指令格式，简化了指令的译码。
编译开销大，尽可能优化，采用三地址指令格式、较多寄存器和对称的指令格式便于生成优化代码；* 单周期操作，ARM指令系统中的指令只需要执行简单的和基本的操作，因此其执行过程在一个机器周期内完成；* 固定的32位长度指令，指令格式固定为32位长度，这样使指令译码结构简单，效率提高；* 采用指令流水线技术。
ARM内核体系结构ARM架构自诞生至今，已经发生了很大的演变，至今已定义了7种不同的版本：V1版架构：该架构只在原型机ARM1出现过，其基本性能包括基本的数据处理指令（无乘法）、字节、半字和字的Load/Store指令、转移指令，包括子程序调用及链接指令、软件中断指令、寻址空间64MB。
V2版架构：该版架构对V1版进行了扩展，如ARM2与ARM3（V2a版）架构，增加的功能包括乘法和乘加指令、支持协处理器操作指令、快速中断模式、SWP/SWPB的最基本存储器与寄存器交换指令、寻址空间64MB。
V3版架构：该版对ARM体系结构作了较大的改动，把寻址空间增至32位（4G B），增加了当前程序状态寄存器CPSR和程序状态保存寄存器 SPSR以便于异常处理。
增加了中止和未定义2种处理器模式。
ARM6就采用该版结构。
指令集变化包括增加了M RS/MSR指令，以访问新增的CPSR /SPSR寄存器、增加了从异常处理返回的指令功能。
浅析ARM体系结构
Baodingsheng 2012.04.26
一、ARபைடு நூலகம் 体系结构的特点
ARM 是基于 RISC 技术的，但是在 RISC 技术的基础上又吸收了其他体系结构的优点， 并 且根据实际情况研究设计。ARM 体系结构从 Berkerley RISC 体系结构发展而来，从商业角 度出，优化整合了一些处理器特征。ARM 采用的结构特征包括： 1.Load/Store 体系结构 2.固定的 32 位指令 3.三地址指令格式 ARM 体系结构放弃的特征如下： 1．寄存器窗口 2．延迟转移 3．所有指令单周期执行
v7 增加了 DSP 和媒体处理能力，达到了 400fps；支持 NEON 技术扩展；提供了改进的 浮点支持，适用于下一代的 3D 图形和游戏，当然改进了传统的嵌入式应用。 对于 v7 定义了三种独立的内核型： A 型：应用于复杂、基于虚拟内存的操作系统和用户应用软件； R 型：应用于实时操作系统； M 型：为微控制器和低成本的应用优化。
三、ARM 处理器的工作模式及其具体应用情况
程序状态寄存器——CPSR 31 N 30 Z 29 C 28 V 27 Q ... ... 24 J ... ... 7 I 6 F 5 T 4 3 2 1 0
条件位： N = 1-结果为负, 0-结果为正或 0 Z = 1-结果为 0, 0-结果不为 0 C = 1-进位，0-借位 V = 1-结果溢出，0-结果没溢出 Q 位：仅 ARM 5TE/J 架构支持，指示增强型 DSP 指令是否溢出 J 位：仅 ARM 5TE/J 架构支持，J = 1: 处理器处于 Jazelle 状态 I 位：中断禁止位，I = 1：表示禁止中断 F 位：快中断禁止位， F = 1：表示禁止快中断 T 位：处理器运行状态， T = 0，处理器运行于 ARM 状态 T = 1，处理器运行于 Thumb 状态 [4:0] 是模式设置位 10000 User 10001 FIQ 10010 IRQ 10011 Supervisor 10111 Abort 11011 Undefined 11111 System 1．User 模式：非特权模式，也就是正常程序执行的模式，大部分任务在这种模式下执 行。在用户模式下，如果没异常发生，不允许应用程序自行改变处理器的工作模式，如果有 异常发生，处理器会自动切换工作模式 2．FIQ 模式：也称为快速中断模式，支持高速数据传输和通道处理，当一个高优先级 (fast)中断产生时将会进入这种模式。 3．IRQ 模式：也称为普通中断模式，:当一个低优先级(normal)中断产生时将会进入这 种模式。 在这模式下按中断的处理器方式又分为向量中断和非向量中断两种。 通常的中断处 理都在 IRQ 模式下进行。 4．SVC 模式：称之为管理模式，它是一种操作系统保护模式。当复位或软中断指令执 行时处理器将进入这种模式。 5．中止模式：当存取异常时将会进入这种模式，用来处理存储器故障、实现虚拟存储 或存储保护。 6．未定义指令异常模式：当执行未定义指令时会进入这种模式，主要用来处理未定义 指令陷阱，支持硬件协处理器的软件仿真，因为未定义指令多发生在对协处理器的操作上。 7．系统模式：使用和 User 模式相同寄存器组的特权模式，用来运行特权级的操作系统 任务。
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处理器的结构和特点
ARM处理器的结构和特点一、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。
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。
同时，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。
二、Thumb指令集虽然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。
Thumb指令集比通常的8/16位CISC/RISC处理器有更好的代码密度，而芯片面积只增加6%，却可以使程序存储器更小。
三、多处理器状态模式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。
四、两种处理器工作状态ARM状态和Thumb状态。
五、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来仿真调试芯片，省去了价格昂贵的在线仿真器。
六、灵活方便的接口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。
七、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。
举例：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。
下面对版本v1~v5做一介绍。
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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浅谈ARM处理器的特点和体系结构
这里概述的都是一些传统意义上ARM处理器的一些方面，提醒自己看了之后会想起相关知识，或是对ARM有一个总体上的概念，其实都是些简述性的总结，很多都来自网上资料或教学课件，贴在这里，方便以后随时随地的复习！
ARM微处理器包括ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、SecurCore、以及Intel的StrongARM、XScale和其它厂商基于ARM体系结构的处理器，除了具有ARM体系结构的共同特点以外，每一个系列的ARM微处理器都有各自的特点和应用领域。
1、采用RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点：
支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件。
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；
●指令执行采用3级流水线/5级流水线技术；
●带有指令Cache和数据Cache，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（在ARM状态下是32位，在Thumb状态下是16位）；
●支持大端格式和小端格式两种方法存储字数据；
●支持Byte（字节，8位）、Halfword（半字，16位）和Word（字，32位）三种数据类型。
●支持用户、快中断、中断、管理、中止、系统和未定义等7种处理器模式，除了用户模式外，其余的均为特权模式；
●处理器芯片上都嵌入了在线仿真ICE-RT逻辑，便于通过JTAG来仿真调试ARM体系结构芯片，可以避免使用昂贵的在线仿真器。
另外，在处理器核中还可以嵌入跟踪宏单元ETM，用于监控内部总线，实时跟踪指令和数据的执行；
●具有片上总线AMBA（Advanced Micro-controller Bus Architecture）。
AMBA定义了3组总线：先进高性能总线AHB（Advanced High performance Bus）；先进系统总线ASB （Advanced System Bus）；先进外围总线APB（Advanced Peripheral Bus）。
通过AMBA可以方便地扩充各种处理器及I/O，可以把DSP、其他处理器和I/O（如UART、定时器和接。