ARM体系结构版本
GCC编译器中和ARM体系结构相关的选项解释
GCC编译器中和ARM体系结构相关的选项解释GCC编译器是一款功能强大的开源编译器，可用于编译多种编程语言，包括C、C++、Objective-C和Fortran等。
GCC支持多种体系结构，其中包括ARM体系结构。
本文将解释GCC编译器中与ARM体系结构相关的选项。
1. -march=arch这个选项用于指定目标ARM处理器的体系结构版本。
arch参数可以是ARMv4、ARMv4T、ARMv5、ARMv5T、ARMv5TE、ARMv5TEJ、ARMv6、ARMv6K、ARMv6Z、ARMv6KZ、ARMv6T2、ARMv7、ARMv7A、ARMv7R或ARMv7M。
不同的版本对ARM处理器的特性和指令集有不同的要求和支持，因此正确指定arch参数对于生成高效的机器码非常重要。
2. -mfloat-abi=abi这个选项用于指定用于处理浮点数的ABI（Application Binary Interface）。
abi参数可以是soft、softfp或hard。
soft ABI不使用浮点寄存器，而是通过软件库来进行浮点运算。
softfp ABI在软浮点运算时使用浮点寄存器，但函数参数和返回值通过通用寄存器来传递。
hard ABI使用浮点寄存器来传递函数参数和返回值，并利用硬件浮点加速浮点运算。
选择合适的ABI对于提高程序的浮点运算性能非常重要。
3. -mfpu=fpu这个选项用于指定要使用的浮点单元。
fpu参数可以是none、auto、vfp或neon。
none表示不使用浮点单元，将所有浮点运算转为软件模拟。
auto表示自动选择浮点单元，默认情况下会选择具有最高级别的浮点单元。
vfp表示使用VFP浮点单元，这是一种常见的浮点单元，支持单精度和双精度浮点数运算。
neon表示使用NEON浮点单元，这是一种更高级别的浮点单元，支持单精度和双精度浮点数运算以及SIMD指令。
4. -mthumb这个选项用于指定生成Thumb指令集的机器码。
ARM技术概述
0x00000004 未定义的指令 （Undefined Instruction） 软件中断（SWI） 0x00000008
6
6
指令预取中止 （Prefetch Abort） 数据访问中止（Data Abort） 外部中断请求（IRQ）
Thumb的技术概述
由从标准32位ARM指令集抽出来的36条 指令格式，重新编成16位的操作码，带来 很高的代码密度。 支持Thumb的处理器状态可方便地切换、 运行到Thumb状态。
Thumb的技术特点
与ARM指令集相比，Thumb指令集具有 以下局限
完成相同的操作，Thumb指令通常需要更多 的指令，因此在对系统运行时间要求苛刻的 应用场合，ARM指令集更为适合 Thumb指令集没有包含进行异常处理时需要 的一些指令，因此在异常中断时，还是需要 使用ARM指令，这种限制决定了Thumb指令 需要与ARM指令配合使用
ARM体系结构的演变
通常将具有某些特殊功能的ARM体系称 为它的某种变种，目前为止ARM定义了 T变种 M变种 E变种 J变种 SIMD变种
Thumb指令集（T变种）
把32位ARM指令集的一个子集重新编码 后形成的一个特殊的16位指令集。 ARMV4T为版本1，ARMV5T为版本2 版本1和版本2的演化：
ARM寄存器组成概述
31个通用寄存器：R0-R15,R13R14(svc,abt,und,irq)，R8-R14(frq) 6个状态寄存器：CPSR， SPSR(svc,abt,und,irq,frq) 共37个寄存器
ARM状态的寄存器简介
当ARM处理器工作在ARM状态下时，在 寄存器的物理分配上，寄存器被安排成重 叠的组。 在不同工作模式下特有的寄存器称为影子 寄存器
arm指令集发展史
ARM指令集是一种用于处理器架构的指令集体系结构。
它最初由英国公司ARM Holdings开发，并广泛应用于各种嵌入式系统、移动设备和低功耗应用中。
以下是ARM指令集的发展史：1. ARM1：ARM指令集最早出现在1985年的ARM1处理器上。
ARM1是一款32位处理器，采用精简指令集(RISC)设计理念，具有较低的能耗和成本。
2. ARM2：ARM2处理器于1987年发布，增加了对乘法指令的支持，并引入了缓存技术来提高性能。
3. ARMv3：ARMv3指令集体系结构于1992年推出，支持更多的指令和功能，如虚拟内存管理单元(VMMU)和协处理器。
4. ARMv4：ARMv4指令集体系结构于1995年发布，引入了Thumb指令集，可以以压缩的形式执行16位指令，提高了代码密度和节能效果。
5. ARMv5：ARMv5指令集体系结构于1997年推出，引入了Jazelle技术，使处理器能够直接执行Java字节码。
6. ARMv6：ARMv6指令集体系结构于2002年发布，引入了Thumb-2技术，将16位Thumb指令和32位ARM指令混合使用，提高了代码密度和性能。
7. ARMv7：ARMv7指令集体系结构于2004年发布，引入了NEON SIMD(单指令多数据)扩展指令集，提供更高的并行计算能力。
8. ARMv8：ARMv8指令集体系结构于2011年推出，是一个重要的里程碑，引入了64位处理器架构(AArch64)，并保持了与之前32位指令集的向后兼容性。
9. ARMv9：目前(2024年)尚未发布，但ARM Holdings已经透露正在研发ARMv9指令集体系结构。
ARMv9预计将进一步提升性能、安全性和AI加速能力。
上述是ARM指令集的主要发展历程，每个版本都带来了新的功能和改进，使ARM成为全球最受欢迎的处理器架构之一，并广泛应用于各个领域。
认识ARM Cortex主流架构体系
ARM Cortex主流架构体系深度普及A5、A7、A9、A9 Family/A9 二代Family架构以及其延伸出的大量方案，例如全志A20、炬力ATM 7021、瑞芯微3168、盈方微X15……让许多消费者感到“不明觉厉”。
本文将为“小白”用户作基础知识普及，为大家梳理不同架构的异同，以及其代表的平板方案特性。
为大家购买或学习提供参考。
1、认清ARM的命名ARM公司在经典处理器ARM11以后的产品改用Cortex命名，Cortex系列属于ARMV7架构，这是ARM公司最新的指令集架构。
ARM V7架构定义了三大分工明确的系列：“A”系列面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用；“R”系列针对实时系统；“M”系列对微控制器。
由于应用领域不同，基于V7架构的Cortex处理器系列所采用的技术也不相同，基于V7A的称为Cortex A系列，基于V7R的称为Cortex R系列，基于V7M的称为Cortex M系列。
2、Cortex A5：最低端利器Cortex A5是Cortex A家族中最低端的。
Cortex A5与Cortex A7、Cortex A8、Cortex A9以及Cortex A15同属于Cortex A系列处理器。
Cortex A5多核处理器利用ARM MPCore技术，Cortex A5处理器包括了TrustZone安全技术，以及在Cortex A8处理器上率先引入的NEON多媒体处理引擎。
NEON技术是用于Cortex A 系列处理器的128 位SIMD（单指令、多数据）架构扩展集，为密集型多媒体应用提供了加速功能。
Cortex A5内部核心数目1-4核可选，采用四核配置时，SOC芯片内部还可搭配Mail GPU或由用户按需求配用PowerVR MBX/SGXGPU。
默认工作电压1.1V,单核核心频率480MHz，四核核心频率可达1GHz，含缓存的核心面积最小仅1平方毫米，一级缓存容量最大64KB，功耗/频率比参数为0.12mW/MHz。
ARM7、ARM9、ARM11、ARM-Cortex的关系
ARM7、ARM9、ARM11、ARM-Cortex的关系1. ARM7、ARM9、ARM11、ARM-Cortex 的关系ARM7：ARMv4 架构，ARM9：ARMv5 架构，ARM11：ARMv6 架构，ARM-Cortex 系列：ARMv7 架构ARM7 没有MMU(内存管理单元)，只能叫做MCU（微控制器），不能运行诸如Linux、WinCE 等这些现代的多用户多进程操作系统，因为运行这些系统需要MMU，才能给每个用户进程分配进程自己独立的地址空间。
ucOS、ucLinux 这些精简实时的RTOS 不需要MMU，当然可以在ARM7 上运行。
ARM9、ARM11，是嵌入式CPU（处理器），带有MMU，可以运行诸如Linux 等多用户多进程的操作系统，应用场合也不同于ARM7。
到了ARMv7架构的时候开始以Cortex 来命名，并分成Cortex-A、Cortex-R、Cortex-M 三个系列。
三大系列分工明确：A 系列面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用；R 系列针对实时系统；M 系列对微控制器。
简单的说Cortex-A 系列是用于移动领域的CPU，Cortex-R 和Cortex-M 系列是用于实时控制领域的MCU。
所以看上去ARM7 跟Cortex-M 很像，因为他们都是MCU，但确是不同代不同架构的MCU（Cortex-M 比ARM7 高了三代！），所以性能也有很大的差距。
此外，Cortex-M 系列还细分为M0、M3、M4 和超低功耗的M0+，用户依据成本、性能、功耗等因素来选择芯片。
想必楼主现在肯定知道了ARM7、Cortex-M 的区别，不过还是花了点时间整理在此，可以帮助后来的初学者搞明白这些基本的概念性问题2. ARM7，ARM9，cortex-m3,cortex-m4,cortex-a8 的区别arm 系列从arm11 开始，以后的就命名为cortex，并且性能上大幅度提升。
arm架构指令集数量
arm架构指令集数量ARM架构指令集数量ARM架构是一种广泛应用于嵌入式和移动设备的计算机体系结构，它的指令集被称为ARM指令集。
ARM指令集包括多个版本，涵盖了不同的性能和功耗需求。
据统计，目前ARM架构指令集的数量已经超过了1000条。
ARM指令集的版本分为两类：基于32位的ARM指令集和基于64位的ARM指令集。
其中，32位的ARM指令集包括ARMv4、ARMv5、ARMv6、ARMv7和ARMv8等多个版本，而64位的ARM指令集则包括ARMv8.1-A和ARMv8.2-A两个版本。
在这些版本中，每个版本都有自己的指令集架构和指令集扩展，具体如下：ARMv4指令集：ARMv4是最早的基于32位的ARM指令集，它包括了基础的指令集和Thumb指令集，但没有支持Java虚拟机的Jazelle指令集扩展。
ARMv5指令集：ARMv5是向后兼容ARMv4的一种指令集，它包括Thumb指令集、Java虚拟机支持的Jazelle指令集扩展和增强的指令集架构。
ARMv6指令集：ARMv6是ARMv5的一种改进版指令集，它包括优化的NEON指令集扩展和支持浮点运算的VFP指令集扩展。
ARMv7指令集：ARMv7是ARMv6的一种改进版指令集，它包括增强的VFP指令集扩展、支持虚拟化技术的虚拟化指令集扩展和支持硬件加速的NEON 指令集扩展等。
ARMv8指令集：ARMv8是一种基于64位的ARM指令集，它包括基础的AArch64指令集和向后兼容AArch32指令集。
AArch64是一种全新的指令集架构，它拥有更高的性能和更强的扩展能力，而AArch32则是向后兼容基于32位的ARM指令集。
总之，ARM架构指令集的数量已经超过了1000条，这使得它成为了一种非常灵活的计算机体系结构，可广泛应用于各种嵌入式和移动设备。
FutureWei AI计算平台中，也采用了ARM架构作为AI算法运行的基础。
ARM体系结构
ARM9TDMI处理器一个显著的特点是采用 指令和数据分离访问的方式，即采用了指令 缓存（I-Cache）和数据缓存（D-Cache）。 这样可以把指令访问和数据访问单独安排1级 流水线。
2015/9/28
9
ARM9处理能力的提高是通过增加时钟频率和减少指令执行周期实 现的。 （1）时钟频率的提高 ARM9采用了五级流水线，而ARM7采用的是三级流水线，ARM9增 加的流水线设计提高了时钟频率和并行处理能力。五级流水线能够将各 条指令处理分配到5个时钟周期内，在每个时钟周期内同时有5条指令在 执行。在同样的加工工艺下，ARM9 TDMI处理器的时钟频率是ARM7 TDMI的2倍左右。 （2）指令周期的改进 指令周期的改进有助于处理器性能的提高。性能提高的幅度依赖于 代码执行时指令的重叠。 ① load指令和store指令 指令周期数改进最明显的是load指令和store指令。 ② 互锁(interlock)技术 当指令需要的数据因为以前的指令没有执行完，将产生管道互锁。管
操作系统的保护模式 指令或数据预取操作中止时的模 式，该模式下实现虚拟存储器或 存储器保护 当执行未定义的指令时进入该模 式 响应普通中断时的处理模式
未定义模式 IRQ模式
Und Irq
FIQ模式
Fiq
响应快速中断时的处理模式
2015/9/28
21
处理器工作模式
ARM微处理器的运行模式可以通过软件改变，也可以通 过外部中断或异常处理改变。 大多数的应用程序运行在用户模式下，当处理器运行在 用户模式下时，某些被保护的系统资源是不能被访问的。 除用户模式以外，其余的6种模式称为非用户模式或特 权模式； 除去用户模式和系统模式以外的5种又称为异常模式， 常用于处理中断或异常，以及访问受保护的系统资源等情 况。
ARM7体系结构
2.1 ARM简介
ARM10E系列简介
该系列包括ARM1020E和ARM1020E处理器核， 其核心在于使用向量浮点（VFP）单元VFP10提供高性 能的浮点解决方案，从而极大提高了处理器的整型和 浮点运算性能。 可以用于视频游戏机和高性能打印机等场合。
ARM7体系结构
1.ARM简介 2.ARM7TDMI 3.ARM的模块、内 核和功能框图 4.ARM处理器状态 5.ARM处理器模式 6.ARM内部寄存器 7.当前程序状态寄存 器 8.ARM体系的异常、 中断及其向量表 9.ARM体系的存储 系统
2.1 ARM简介
2.1 ARM简介
ARM9系列简介
该系列包括ARM9TDMI、ARM920T和带有高速 缓存处理器宏单元的ARM940T。除了兼容ARM7系列， 而且能够更加灵活的设计。 ARM9系列主要应用于引擎管理、仪器仪表、安 全系统和机顶盒等领域。
2.1 ARM简介
ARM9E系列简介
该系列为含有DSP指令集的综合处理器，包括 ARM926EJ-S、带有高速缓存处理器宏单元的 ARM966E-S/ARM946E-S。其内核在ARM7处理器内核 的基础上使用了Jazelle增强技术，该技术支持一种新 的Java操作状态，允许在硬件中执行Java字节码。
2.1 ARM简介
CortexTM-A8处理器简介
该处理器是ARM公司所开发的基于ARMv7架构的 首款应用级处理器，其特色是运用了可增加代码密度 和加强性能的技术、可支持多媒体以及信号处理能力 的NEONTM技术、以及能够支持Java和其他文字代码语 言的提前和即时编译的Jazelle@RTC技术。 众多先进的技术使其适用于家电以及电子行业等各 种高端的应用领域。
ARM架构详解
ARM内核全解析，从ARM7,ARM9到Cortex-A7,A8,A9,A12,A15到Cortex-A53,A57前不久ARM正式宣布推出新款ARMv8架构的Cortex-A50处理器系列产品，以此来扩大ARM在高性能与低功耗领域的领先地位，进一步抢占移动终端市场份额。
Cortex-A50是继Cortex-A15之后的又一重量级产品，将会直接影响到主流PC市场的占有率。
围绕该话题，我们今天不妨总结一下近几年来手机端较为主流的ARM处理器。
以由高到低的方式来看，ARM处理器大体上可以排序为：Cortex-A57处理器、Cortex-A53处理器、Cortex-A15处理器、Cortex-A12处理器、Cortex-A9处理器、Cortex-A8处理器、Cortex-A7处理器、Cortex-A5处理器、ARM11处理器、ARM9处理器、ARM7处理器，再往低的部分手机产品中基本已经不再使用，这里就不再介绍。
ARM 处理器架构发展● Cortex-A57、A53处理器Cortex-A53、Cortex-A57两款处理器属于Cortex-A50系列，首次采用64位ARMv8架构，意义重大，这也是ARM最近刚刚发布的两款产品。
Cortex-A57是ARM最先进、性能最高的应用处理器，号称可在同样的功耗水平下达到当今顶级智能手机性能的三倍；而Cortex-A53是世界上能效最高、面积最小的64位处理器，同等性能下能效是当今高端智能手机的三倍。
这两款处理器还可整合为ARM big.LITTLE（大小核心伴侣）处理器架构，根据运算需求在两者间进行切换，以结合高性能与高功耗效率的特点，两个处理器是独立运作的。
应用案例：预计于2014年推出。
● Cortex-A15处理器架构解析ARM Cortex-A15处理器隶属于Cortex-A系列，基于ARMv7-A架构，是业界迄今为止性能最高且可授予许可的处理器。
Cortex-A15 MPCore处理器具有无序超标量管道，带有紧密耦合的低延迟2级高速缓存，该高速缓存的大小最高可达4MB。
ARM处理器介绍
ARM处理器介绍1.ARM的概念嵌入式处理器种类繁多，有ARM、MIPS、PPC等多种架构。
ARM处理器的文档丰富，各类嵌入式软件大多支持ARM处理器，使用ARM开发板来学习嵌入式开发是个好选择。
基于不同架构CPU的开发时相通发的，掌握ARM架构之后，在使用其他CPU时也会很快上手。
当然，作为产品进行选材时，需要考虑的因素就非常多了。
ARM，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公司是32位嵌入式PISC微处理器技术的领导者，自从1990年创办公司以来，基于ARM技术IP核的微处理器的销售量已经超过100亿。
ARM公司并不生产芯片，而是出售芯片技术授权。
其合作公司针对不同需求搭配各类硬件部件，比如UART、SDI、I²C等，设计不同的SoC芯片。
ARM公司在技术上的开放性使得它的合作伙伴既有世界顶级的半导体公司，也有各类中、小型公司。
随着合作伙伴的增多，也使得ARM处理器可以得到更多的第三方工具、**和软件支持，又使整个系统成本降低，使新品上市时间加快，从而具有更大的竞争优势。
基于ARM的处理器以其高速度、低功耗、价格低等优点得到非常广泛的应用，它可以应用于以下领域：①为无线通信、消费电子、成像设备等产品提供可运行复杂操作系统的开放应用平台；②在海量存储、汽车电子、工业控制核网络应用等领域提供实时嵌入式应用；①安全系统，比如信用卡、SIM卡等。
2.ARM体系架构的版本ARM体系结构的版本就是它所使用的指令集版本。
ARM架构支持32位的ARM指令集和16位的Thumb指令集，后者使得代码的存储空间大大减小。
还提供了一些职能扩展功能，比如J**a加速器、用以提高安全性能的TrustZone技术、智能能源管理、SIMD和NEONTM等技术。
还在使用的ARM指令集有以下版本。
(1) ARMv4这是当今市场上最老的版本，ARMv4只支持32位的指令集，支持32位的地址空间。
arm架构_详谈ARM架构与ARM内核发展史
arm架构_详谈ARM架构与ARM内核发展史1、ARM架构与ARM内核1.1 ARM架构与内核简述⽬前为⽌，ARM总共发布8种架构：ARMv1、ARMv2、ARMv3、ARMv4、ARMv5、ARMv6、ARMv7 、ARMv8，这是ARM架构指令集的多个v版本。
基于不同的ARM架构可以设计出不同特点的内核处理器。
⽐如基于ARMv3架构设计出的处理器ARM6、ARM7，这两款处理器适⽤于不同的场景，硬件可能不同，但是架构指令集是⼀样的。
好⽐盖房⼦，刚开始因为⽔平低流⾏盖平房，这就是⼀种架构(ARMv5)，然后这种平房架构你可以设计出⼀款独⽴卫⽣间的款式， 这叫ARM7内核。
然后其他⼈(芯⽚设计公司)想盖房⼦的就买你这个图纸去盖，接着过⼀段时间，有⼈觉得光独⽴卫⽣间还不够啊， 我还想有个⼩院⼦! 好吧，那ARM就满⾜你们的要求，出个带⼩院⼦的款式(ARM9)。
即ARMv1/2/3等是指令集的架构，ARM7/9等是基于架构设计出的内核处理器。
ARM的架构都是基于RISC指令集⽽设计的，内核是实现这⼀指令集的硬件架构的基础。
1.2 ARM各架构之间区别1.2.1 ARM版本Ⅰ：V1版架构该版架构只在原型机ARM1出现过，只有26位的寻址空间，没有⽤于商业产品。
其基本性能有:基本的数据处理指令(⽆乘法)；基于字节、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；供操作系统使⽤的软件中断指令SWI；寻址空间：64MB(226)。
1.2.2 ARM版本Ⅱ：V2版架构该版架构对V1版进⾏了扩展，例如ARM2和ARM3(V2a)架构。
包含了对32位乘法指令和协处理器指令的⽀持。
版本2a是版本2的变种，ARM3芯⽚采⽤了版本2a，是第⼀⽚采⽤⽚上Cache的ARM处理器。
同样为26位寻址空间，现在已经废弃不再使⽤。
V2版架构与版本V1相⽐，增加了以下功能：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。
ARM体系结构版本与相应的内核名称
ARM体系结构版本与相应的内核名称
体系结构内核名称ARM V7Cortex 系列：
Cortex-M3 / Cortex-R / Cortex A8/Cortex A9/Cortex A15
Scorpion : 高通获得ARM 授权后，在Cortex A8 基础上设计的.
ARM V4TARM7 TDMIARM V5TEARM10 TDMI / ARM 10E / XScale / ARM 9 ARM9 系列包含：ARM920T/ARM922T/ARM940T
ARM10E 系列包含：ARM 1020E / ARM 1022E / ARM 1026EJ-S
ARM V6ARM 111. 基本知识
(1) NV 的4 核Tegra 3 --> 内核名称仍为Cortex A9 核心，架构仍然是ARM V7
Exynos 4412 也是如此
(2) Scropion 是高通根据Cortex-A8 修改的。
关键的特点是同频下比A8 节能30%，或者同功耗的频率高25%。
Scorpion 具有部分A9 的特性，如乱序执行，管线化的VFP，支持多核。
此外，Scorpion 的Neon SIMD 引擎（高通称之为VeNum）宽度为128bit，是A8 和A9 的两倍，能提供更强劲的浮点运算支持，并且在不需要的时候可以关闭
一半变成64bit 以节省能源。
总体上，Scorpion 是具有部分A9 特性的A8，高
频率节能浮点加强版。
(3) VIA WM8650
采用超低功耗ARM 9 核心，主频为600MHz，集成多媒体指令和硬件加速性能，支持视频/音频解码加速.
说明它对应ARM V5TE 体系结构
(4) VIA WM8750。
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。
Chap3ARM7体系结构
Chap3 ARM7体系结构1. 引言ARM7是一种32位的精简指令集计算机〔RISC〕体系结构。
它由ARM公司开发，并在许多嵌入式系统中广泛应用。
本文将介绍ARM7体系结构的根本原理和关键特征。
2. ARM7体系结构概述ARM7体系结构是一种经典的三级流水线结构，它包括指令获取、指令解码和执行三个关键阶段。
下面将详细介绍每个阶段的功能。
2.1. 指令获取阶段在指令获取阶段，ARM7从程序存储器中获取指令并将其送入指令缓存。
ARM7采用哈佛结构，即指令和数据存储器分开独立访问。
指令获取阶段还包括对指令的对齐和译码操作，以确保指令的正确执行。
2.2. 指令解码阶段在指令解码阶段，ARM7对从指令缓存中获取的指令进行解码，并将解码后的指令发送到执行阶段。
指令解码的目标是将指令转换为控制信号，以控制ARM7处理器的各个功能单元。
2.3. 执行阶段在执行阶段，ARM7根据解码后的指令执行相关操作。
ARM7的执行阶段是高度灵巧的，它可以执行多种类型的指令，包括数据操作、算术逻辑操作、控制转移和访存操作等。
3. ARM7体系结构的特点ARM7体系结构具有以下几个关键特点：3.1. 强大的性能ARM7体系结构采用了流水线技术和多发射技术，在单个时钟周期内可以执行多条指令。
这使得ARM7能够实现较高的性能和较低的延迟。
3.2. 灵巧的指令集ARM7的指令集非常灵巧，可以满足不同应用场景的需求。
ARM7指令集包括数据处理指令、访存指令、分支指令等多种类型，使得程序员能够编写高效率、简洁的代码。
3.3. 低功耗设计ARM7体系结构采用了低功耗设计，可以在嵌入式系统中实现低能耗运行。
ARM7处理器的核心局部由许多低功耗逻辑单元组成，这些单元可以根据需要自动调整电压和频率，以降低功耗。
4. ARM7体系结构的应用ARM7体系结构在各种嵌入式系统中得到了广泛应用，其中包括智能手机、平板电脑、物联网设备等。
ARM7处理器具有较小的面积和功耗，这使得它非常适合嵌入式系统的需求。
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)
ARM9体系结构
2.1.3 ARM指令系统版本(2)
二、版本2（v2） 仍是26位寻址空间，在v1的基础上增加的内容有： • 乘法和乘法加指令 • 支持协处理器 • 快速中断模式中的分组寄存器 • 交换式加载/存储指令。 三、版本3（v3） 将寻址范围扩展到32位，但兼容26位寻址。在v2的基 础上增加的内容有： • 设置了专用的当前程序状态寄存器CPSR、增加了程序状态 保存寄存器 • 增加了中止异常和未定义指令异常两种处理器模式 • 增加了访问CPSR、SPSR的指令MRS和MSR • 修改了异常返回指令的功能
嵌入式系统讲义
第2章 ARM9体系结构
张志斌
2013.3
第2章 ARM9体系结构
主要内容
2.1 ARM处理器简介 2.2 ARM9结构 2.3 ARM数据类型和存储格式 2.4 处理器状态和工作模式 2.5 ARM寄存器 2.6 ARM异常 2.7 ARM调试接口
2.1 ARM处理器简介
2.1.1 ARM公司简介
支持Thumb指令的ARM体系版本，一般加目前Thumb指令集有以下两个版本：Thumb
指令集版本1，此版本作为ARM体系版本4的T变种；
Thumb指令集版本2，此版本作为ARM体系版本5的T变
种。
与版本1相比，Thumb指令集的版本2具有以下特点：
通过增加新的指令和对已有指令的修改，来提高ARM指令 和Thumb指令混合使用时的效率。
2.1.4 ARM系列处理器简介(3)
表2-1 ARM7系列产品
项目 Cache Memory
指令
型号
(Ins/Data) Mgt Bus Thumb DSP Jazelle 版本
ARM7TDMI No
ARM 单 片 机
ARM 单片机随着集成电路的发展及信息时代的到来，在2001年，32位ARM单片机市场占有率超过了75%，广泛应用在信息电器如掌上电脑、个人数字助理（PDA）、可视电话、移动电话、TV机顶盒、数码相机等嵌入式设备。
ARM已成为移动通信、手持计算、多媒体数字消费等嵌入式解决方案的RISC标准。
ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业，是知识产权（IP）供应商，本身不生产芯片，靠转让设计许可由合作伙伴来生产各具特色的芯片。
ARM公司设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。
目前，有超过30家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议，其中包括Intel、IBM、SAMSUNG、OKI、LG、NEC、SONY、PHILIPS等大公司。
至于软件系统的合伙人，则包括微软、SYMBIAN 和MRI等一系列知名公司。
1 ARM单片机特点ARM处理器三大特点：▲小体积、低功耗、低成本、高性能▲16/32位双指令集▲全球众多的合作伙伴ARM32位体系结构被公认为业界领先的32位嵌入式RISC处理器结构，所有ARM 处理器共享这一体系结构。
这可确保开发者转向更高性能的ARM处理器时，由于所有产品均采用一个通用的软件体系，所以相同的软件可在所有产品中运行（理论上如此），从而使开发者在软件开发可获得最大回报。
当前ARM体系的扩充包括：▲Thumb：16位指令集，用以改善代码的密码；▲DSP：用于DSP应用的算术运算指令集；▲Jazeller：允许直接执行Java字节码的扩充。
2 ARM处理器的解决方案主要包括：▲在无线、消费电子和图像应用方面的开放平台；▲存储、自动化、工业和网络应用的嵌入式实时系统；▲智能卡和SIM卡的安全应用；3 ARM处理器系列ARM处理器当前有6个产品系列：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10、ARM11和SecurCore，其中ARM11为最近推出的产品。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ARM体系结构的版本
前面一段时间我搞过一次《MCU编译与运行》的专题，详细介绍从代码编译到代码运行以及中断机制的流程，这里想在编译部分补充一些知识点。
对于嵌入式开发人员，搭建开发环境是比较困难的一步，市面上针对ARM开发的IDE 非常多，有的编译器诸如ADS或者MDK等老编译器并不支持ARM11或者Contex系列的内核，RVDS号称支持所有ARM，但RVDS4.0仅仅支持RealViewICE，这个调试器将近2万元，个人一般无力购买，因此推荐ARM爱好者使用RVDS2.2，虽然界面和ADS一样粗糙，对Win7的支持也不好，但支持JLink等常用编译器。
之所以有的编译器不支持ARM11是因为此编译器内置的指令集达不到ARM11所需指令集的版本。
ARM7与ARM9的指令集相同，是V4版本，因此编译好的ARM7代码是可以在ARM9上运行的（注意，此处仅仅说的是ARM7和ARM9内核的指令集通用，也即代码可以执行，不是指任何代码都可有效运行，毕竟不同芯片中的片内外设以及外设有所不同），ARM11使用V6版本指令集，但ARM指令集向下兼容，因此一般代码也是可以执行，但V6中增加的指令就没法执行了，会出现指令错误异常，程序会死机。
下面就来看一下ARM指令集版本的升迁：ARM指令集体系结构，从最初开发至今已有了重大改进，而且将会不断完善和发展。
为了精确表达每个ARM实现中所使用的指令集，到目前ARM体系结构共定义了6个版本，以版本号v1～v6表示，各版本特点如下。
1. 版本1（v1）
该版本包括：
1.基本数据处理指令（不包括乘法）
2.字节、字以及半字加载/存储指令
3.分支（branch）指令，包括用于子程序调用的分支与链接（branch-and-link）
指令
4.软件中断指令，用于进行操作系统调用
5.26位地址总线
2. 版本2（v2）
与版本1相比，版本2增加了下列指令：
1.乘法和乘加指令（multiply & multiply-accumulate）
2.支持协处理器
3.原子性（atomic）加载/存储指令SWP和SWPB（稍后的版本称v2a）
4.FIQ中的两个以上的分组寄存器。
3. 版本3（v3）
版本3较以前的版本发生了大的变化，具体改进如下：
1.推出32位寻址能力。
2.分开的CPSR（current program status register，当前程序状态寄存器）和SPSR
（saved program status register，备份的程序状态寄存器），当异常发生时，SPSR
用于保存CPSR的当前值，从异常退出时则可由SPSR来恢复CPSR
3.增加了两种异常模式，使操作系统代码可方便地使用数据访问中止异常、指令
预取中止异常和未定义指令异常
4.增加了MRS指令和MSR指令，用于完成对CPSR和SPSR寄存器的读/写；
修改了原来的从异常中返回的指令
4. 版本4（v4）
版本4在版本3的基础上增加了如下内容：
1.有符号、无符号的半字和有符号字节的load和store指令
2.增加了T变种，处理器可工作于Thumb状态，在该状态下，指令集是16位压
缩指令集（Thumb指令集）
3.增加了处理器的特权模式。
在该模式下，使用的是用户模式下的寄存器
4.另外，在版本4中还清楚地指明了哪些指令会引起未定义指令异常
5.版本4不再强制要求与以前的26位地址空间兼容。
5. 版本5（v5）
与版本4相比，版本5增加或修改了下列指令：
1.提高了T变种中ARM/Thumb指令混合使用的效率
2.增加了前导零计数（CLZ）指令
3.增加了BKPT（软件断点）指令
4.为支持协处理器设计提供了更多的可选择的指令
5.更加严格地定义了乘法指令对条件标志位的影响。
6. 版本6（v6）
ARM体系版本6是2001年发布的。
该版本在降低耗电的同时，还强化了图形处理性能。
通过追加有效多媒体处理的SIMD（single instruction multiple datastream，单指令流，多数据
流）功能，将语音及图像的处理功能提高到了原机型的4倍。
ARM体系版本6首先在2002年春季发布的ARM11处理器中使用。
除此之外，v6还支
持多微处理器内核。
表2.1给出了ARM处理器核使用ARM体系结构版本的情况。
表2.1 ARM处理器核使用ARM体系结构版本的情况
ARM处理器核体系结构
ARM1 v1
ARM2 v2
ARM2aS、ARM3 v2a
ARM6、ARM600、ARM610 v3
ARM7、ARM700、ARM710 v3 ARM7TDMI、ARM710T、ARM720T、ARM740T v4T
Strong ARM、ARM8、ARM810 v4
ARM9TDMI、ARM920T、ARM940T v4T
ARM9E-S v5TE ARM10TDMI、ARM1020E v5TE ARM11、ARM1156T2-S、ARM1156T2F-S、ARM1176JZF-S、ARM11JZF-S v6
六 度 空 间
2011/1/3。