ARM体系简介解析
arm系统
ARM系统什么是ARM系统ARM（Advanced RISC Machine）是一种基于精简指令集计算机（RISC）原则设计的处理器架构。
ARM系统是一个开放的处理器架构，广泛应用于各种设备，包括移动设备、嵌入式设备、网络设备等。
ARM系统具有低功耗、高效能和灵活性的特点，因此在移动设备市场上占据了主导地位。
ARM处理器是目前电子设备中最为常见的处理器，几乎所有的智能手机和平板电脑都采用了ARM架构。
ARM系统的优点1. 低功耗ARM处理器的设计宗旨之一就是低功耗。
由于ARM处理器的指令集简洁明了，执行指令时的电流消耗较小，因此能够有效减少功耗。
这使得ARM系统在移动设备中非常受欢迎，因为低功耗的处理器可以延长设备的电池寿命。
2. 高效能尽管ARM处理器功耗低，但其性能并不逊色于其他处理器架构。
ARM处理器可以通过提高时钟频率、增加核心数量、优化指令集等方式来提高处理器的性能。
此外，由于ARM系统的设计可伸缩性，厂商可以选择性能级别来满足不同设备的需求。
3. 灵活性ARM处理器的架构非常灵活，允许厂商根据实际需求进行定制。
用户可以根据需要选择不同的核心、集成不同的外设或调整处理器的频率等。
这种灵活性使得ARM处理器适用于各种不同类型的设备，包括智能手机、平板电脑、网络设备等。
4. 广泛应用ARM处理器已经广泛应用于各种设备中，包括消费类电子设备、工业控制系统、汽车电子等。
ARM系统已经成为嵌入式设备的事实标准，因此开发者可以轻松找到相关的技术支持和软件工具。
ARM系统的应用领域1. 移动设备作为主导移动设备市场的处理器架构，ARM系统在智能手机、平板电脑、可穿戴设备等移动设备中广泛应用。
ARM处理器的低功耗和高效能特点使得这些设备可以更长时间的运行，并且能够满足日益增长的性能需求。
2. 嵌入式设备由于ARM处理器的灵活性和低功耗特点，嵌入式设备行业也大量采用了ARM 系统。
从家用电器到医疗设备再到工业控制系统，ARM处理器可以满足不同设备的需求，并且具备出色的性能和节能特点。
单片机课件第二章 ARM体系结构
2.5
ARM微处理器指令系统
2.5.1 基本寻址方式
寻址方式是根据指令中给出的地址码字段来实现寻找真实操作数地 址的方式，ARM处理器有9 种基本寻址方式。
1.寄存器寻址
操作数的值在寄存器中，指令中的地址码字段给出的是寄存器编 号，指令执行时直接取出寄存器值操作。
例如指令： MOV R1,R2 SUB R0,R1,R2
11111
系统模式
PC，R14～R0，CPSR（ARM v4及以上版本）
并非所有的模式位组合都能定义一种有效的处理器模式。其他组合的 结果不可预知。
2.2 ARM微处理器的寄存器结构
2.2.4 Thumb状态的寄存器集
2.2 ARM微处理器的寄存器结构
2.2.4 Thumb状态的寄存器集
Thumb 状态的寄存器在ARM 状态的寄存器上的映射
在Thumb状态下，程序计数器PC（Program Counter）使用位[1]选 择另一个半字。ARM处理器在两种工作状态之间可以切换。
Thumb状态：当操作数PSR控制位T为1时，执行BX指令进入Thumb 状态。如果处理器在Thumb状态进入异常，则当异常处理（IRQ、 FIQ、Undef、Abort和SWI）返回时，自动转换到Thumb状态。（异 常都是在ARM 状态中执行） ARM状态：当操作数PSR控制位T为0时，执行BX指令进入ARM状态 ；处理器发生异常（IRQ、FIQ、Reset、Undef、Abort和SWI）。在 此情况下，把PC内容复制到异常模式的链接寄存器中，并且异常处 理将从异常向量地址开始。
sys（系统模式）：运行具有特权的操作系统任务。
und（未定义指令中止模式）：当未定义的指令执行时进入该 模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。
arm相关概念
arm相关概念ARM相关概念1. ARM架构简介•ARM架构是一种低功耗、高性能的处理器架构。
•ARM架构广泛应用于移动设备、嵌入式系统和智能硬件等领域。
•ARM架构采用精简指令集(RISC)的设计，具有较高的能效比和较低的功耗。
2. ARM处理器•ARM处理器是基于ARM架构设计的中央处理器(CPU)。
•ARM处理器具有多种系列和型号，包括Cortex-A系列、Cortex-R 系列和Cortex-M系列等。
•Cortex-A系列适用于高性能应用，如智能手机和平板电脑。
•Cortex-R系列适用于实时应用，如汽车电子系统和工业控制。
•Cortex-M系列适用于低功耗应用，如物联网设备和传感器。
3. ARM指令集•ARM指令集是ARM处理器所支持的指令集合。
•ARM指令集分为ARM指令集和Thumb指令集两种。
•ARM指令集提供32位的指令，适用于高性能应用。
•Thumb指令集提供16位的指令，适用于低功耗应用。
•ARM处理器可以在ARM指令集和Thumb指令集之间进行切换，以提高能效和节省存储空间。
4. ARM体系结构•ARM体系结构是指ARM处理器的整体结构和设计。
•ARM体系结构包括核心处理单元(CPU)、内存管理单元(MMU)、缓存等组件。
•ARM体系结构面向各种应用需求，提供不同级别的性能和功能选择。
•ARM体系结构允许系统设计者根据实际需求进行定制和优化。
5. ARM开发工具和平台•ARM开发工具和平台是用于开发和调试ARM架构软件的工具和环境。
•ARM开发工具包括编译器、调试器和仿真器等。
•ARM开发平台包括开发板、集成开发环境(IDE)和软件开发工具包(SDK)等。
•ARM开发工具和平台提供了丰富的开发资源，帮助开发者快速构建和优化ARM架构的应用程序。
6. ARM生态系统•ARM生态系统是指围绕ARM架构建立起来的全球化合作伙伴网络。
•ARM生态系统包括芯片厂商、设备制造商、软件开发商和解决方案提供商等。
ARM体系架构解析ppt课件
2）提供了较大的存储器带宽，各自有自己的
总线。
3）适合于数字信号处理.
4）大多数DSP都是哈佛结构.
5）ARM9是哈佛结构
6）取指和取数在同一周期进行，提高速度，
改进哈佛体系结构分成三个存储区：程序、数据、
程序和数据共用。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
6）将结果回写到寄存器组（res）
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
流水线技术
❖
三级流水线技术
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
因此，把它称为流水线工作方式。
处理器按照一系列步骤来执行每一条指令。典
型的步骤为：
1）从存储器读取指令（fetch）
2）译码以鉴别它是哪一类指令（dec）
3）从寄存器组取得所需的操作数（reg）
4）将操作数进行组合以得到结果或存储器地址（exe）
5）如果需要，则访问存储器存取数据（mem）
冯·诺依曼体系的特点
1）数据与指令都存储在同一存储区中，取指
令与取数据利用同一数据总线。
❖ 2）被早期大多数计算机所采用
❖ 3）ARM7——冯诺依曼体系
❖
结构简单,但速度较慢。取指不能同时取数据
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
ARM体系结构详解精
ARM嵌入式系统第2章ARM体系结构ARM微处理器的编程模型♦ARM徴处理器的工作状态♦ARM体系结构的存储器格式♦ARM体系结构的指令长度及数据宽度♦ARM微处理器的处理器模式♦ARM体系结构的寄存器组织♦ARM微处理器的异常状态字、半字、字节字（Word）在ARM体系结构中，字的长度为32位半字（Half-Word）在ARM体系结构中，半字的长度为16位字节（Byg）在ARM体系结构中，字节的长度为8位。
ARM微处理器的工作状态（1）字对齐：四字节对齐半字对齐：两字节对齐两种状态:♦ARM状态：处理器执行32位的字对齐的令♦Thumb状态：处理器执行16位的、半字对齐的Thumb指令处理器工作状态的转变并不影响处理器的工作模式和相应寄存器中的内容。
I ARM微处理器的工作状态(2 )状态切换：BX {<cond>} <Rm><cond>指令的条件码。
忽略时无条件执行。
<Rm>子存器中为跳转的目标地址，当<Rm><存器的bit[O]为0时, 目标地址处的指令为ARM指令；当<Rm>^存器的bit[O]为1时，目标地址处的指令为Thumb 指令。
伪代码：if ConditionPassed(cond) thenT Flag=Rm[O]PC=Rm AND OxFFFFFFFEARM微处理器在复位或上电时处于ARM状态，发生异常时处于ARM状态。
右ARM体系结构的存储器格式(1)ARM体系结构所支持的最大寻址空间为4GB (2^字节)♦大端格式(Big Endian)字数据的高字节存储在低地址中，而字数据的低字节则存放在高地址中。
♦小端格式(Little Endian)低地址中存放的是字数据的低字节，高地址存放的是字数据的高字节。
字地址字地址右ARM 体系结构的存储器格式(2)(0H)=0123H (4H)=4567H (8H)=89ABHBig Endian(0H)=3210H (4H)=7654H (8H)=BA98HLittle Endian右ARM 体系结构的存储器格式(3)8 9 AB4 5 6 7 0123一 “A ・■ • rO= 0x11223344 I 11 I 22 33 ： 44 ILittle endian Big endianR2 =异FI*右 ARM 体系结构的指令长度及数据宽度♦指令长度：32位（在ARM 状态下） 16位（在Thumb 状态下）♦数据宽度： 字节（8位） 半字（16位） 字（32位）三种数据宽度对存储器及外部设备的访问。
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。
ARM体系结构——ARM简介
LPC2000系列CPU的核心是ARM7，由于其C语言编译器已经考虑到了许多复杂的因素，所以作为初学者无需成为一个专家就可以使用LPC2000。但是为了能够设计出可靠的应用系统和培养学习新技术的能力，作为初学者确实需要对CPU的运作机制及其独特的性能有更加深入的理解。
在连载的文章中，我们将着眼于ARM7内核，处理器状态与模式，内部寄存器，程序状态寄存器，异常、中断及其向量表和存储系统的学习，这是成为一个应用工程师必备的基础。
ARM1136JF－S就是为了进行快速浮点运算，而在ARM1136J－S增加了向量浮点单元。
9．Xscale
Xscale处理器将Intel处理器技术和ARM体系结构融为一体，致力于为手提式通信和消费电子类设备提供理想的解决方案。并提供全性能、高性价比、低功耗的解决方案，支持16位Thumb指令和集成数字信号处理（DSP）指令。
ARM926EJ－S发布于2000年，ARM9E系列为综合处理器，包括ARM926EJ－S和带有高速缓存处理器宏单元的ARM966E－S、ARM946E－S。该系列强化了数字信号处理（DSP）功能，可应用于需要DSP与微控制器结合使用的情况，将Thumb技术和DSP都扩展到ARM指令集中，并具有EmbeddedICE-RT逻辑（ARM的基于EmbeddedICE JTAG软件调试的增强版本），更好地适应了实时系统的开发需要。同时其内核在ARM9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。
5．ARM7系列
ARM7TDMI是ARM公司1995年推出的第一个处理器内核，是目前用量最多的一个内核。ARM7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EmbeddedICE JTAG软件调试方式，适合应用于更大规模的SoC设计中。其中ARM720T高速缓存处理宏单元还提供8KB缓存、读缓冲和具有内存管理功能的高性能处理器，支持Linux和Windows CE 等操作系统。
ARM体系结构与系统开发
超级模式
（Supervisor）
பைடு நூலகம்多种特权模 变化
用户程序 运行模式
复位后 的缺省模式
主要完成各模式堆栈 的设置，注意不要进 入用户模式
一般为用户模式 User
调用主应用程序
当完成所有的系统初始化工作之后，就需要把程序流程转入 主应用程序。最常见的操作是：
IMPORT … B C_Entry C_Entry
因此，选择ARM还是Thumb指令，需要从存储器特性和系统性能要 求两个方面考虑。
二、基于ARM的嵌入式系统的设计要点－－系统初始化过程（1）
基于ARM微处理器的系统一般为复杂的片上系统（SoC），这种复 杂系统的多数硬件模块都是可配置的，需要软件设置为特定的工作状 态，因此在用户的应用程序之前，需要有一些专门的代码完成对系统 的初始化。 由于这类代码直接面对ARM微处理器内核和硬件控制器，一般都 使用汇编语言完成。 初始化代码所完成的操作与具体的硬件平台相关，但一般包括如 下内容：
一、ARM体系结构简介（9）
9、指令系统（ARM or Thumb） 从ARM 体系架构V4T 以 后 ， 新 增 了一套16位的指令集：Thumb。 Thumb指令集是ARM的一个子集。 两种指令集的性能分析如下： － 当系统数据总线宽度为32位时，ARM比Thumb有更好的性能表现。 － 当系统数据总线宽度为16/8位时，Thumb比ARM性能更好。 － 同样一段C代码，用Thumb指令编译的结果约为ARM的65％，同时具 有更低的运行功耗。
初始化堆栈（1）
由于ARM微处理器有 7 种运行状态，每一种状态的堆栈指针（SP） 都是独立的（其中System和User模式使用相同的SP）。因此，需要对 每一种模式的SP进行初始化。 采用的方法是：改变当前程序状态寄存器（CPSR）内的状态位， 使处理器切换到不同的状态，然后初始化SP。 但对User模式下SP的初始化应该放在最后，因为ARM微处理器进 入User模式后就无法在切换到其他模式了。
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体系架构解析
ARM体系架构解析
ARM体系架构是由英国ARM公司推出的常见的32位RISC处理器架构，其在移动设备、嵌入式系统和服务器市场上有广泛应用。
其发展历史源远
流长，经过数十年的发展，其功能也在不断扩展，ARM体系架构已经成为
一种标准处理器架构。
ARM体系架构主要由四大部分组成，分别是内核、外设、中断和指令集。
其中，内核是ARM体系架构的核心，负责处理计算机的所有功能，包
括控制、数据存储和算法处理等。
外设又称外围设备，是处理器与外部世
界的桥梁，可以操控外部设备，比如键盘、显示器、磁盘和网络等。
中断
则是处理器如何处理外部设备发出的信号，其中有多重中断，监听外部设
备的信号，基于不同的中断模式，让处理器运行起来。
指令集是ARM体系
架构的核心，指令集是一组程序指令，它们描述了处理器如何处理和操作
数据，ARM有自己的专有指令集，被广泛应用到移动设备和嵌入式系统中。
ARM体系架构的另一个重要组成部分就是嵌入式软件，由于ARM的低
功耗、低成本和安全性，使得ARM广泛应用于很多嵌入式系统，而这些嵌
入式系统也需要嵌入式软件的支持，嵌入式软件具有低功耗、低功耗和嵌
入式系统的高稳定性等优点，此外。
ARM体系结构及常用接口简介解析
•
进入ARM状态：
执行BX指令，并设置操作数寄存器的状态（位[0]） 为0。 – 进入异常时，将PC放入异常模式链接寄存器中，从异 常向量地址开始执行也可进入ARM状态
–
ARM微处理器：处理器工作状态
• Thumb-2 :增加了混合模式能力 – 定义了一个新的32-bit指令集能在传统的 16-bit指令运行的Thumb状态下同时运行。 – 这样能在一个系统中更好地平衡ARM和 Thumb代码的能力，使系统能更好地利 用ARM级别的性能和Thumb代码的密度 的优势
ARM异常处理
异常向量表（Exception Vectors）
地 址 0x0000,0000 0x0000,0004 0x0000,0008 0x0000,000C 0x0000,0010 0x0000,0014 0x0000,0018 0x0000,001C 复位 未定义指令 软件中断 中止（预取指令） 中止（数据） 保留 IRQ FIQ 异 常 进入模式 管理模式 未定义模式 管理模式 中止模式 中止模式 保留 IRQ FIQ
13
ARM920T系统结构分析
ARM7TDMI
Instruction Fetch ThumbARM decompress ARM decode Reg Select
Reg Read
Shift
ALU
Reg
Write
FETCH
DECODE
EXECUTE
ARM9TDMI
Instruction Fetch ARM or Thumb Inst Decode Reg Reg Decode Read Shift + ALU Memory Access Reg Write
3
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。
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。
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)
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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2、采用哈佛结构
根据计算机的存储器结构及其总线连接形式，计算机系统可以分为冯· 诺 依曼结构和哈佛结构。ARM9采用的就是哈佛结构，而ARM7采用的则是 冯·诺依曼结构。
主流的ARM处理器介绍
冯· 诺依曼结构
数据存储器
哈佛结构
地址 数据 地址 指令 CPU PC
程序存储器
在RISC架构的处理器中大约有30%的指令是Load-Store指令，而采 用哈佛结构将大大提升这两个指令的执行速度，提高系统效率。
ARM9是本书所采用的微处理器，下面关于ARM9的介绍也是更多地 集中于ARM9E。
主流的ARM处理器介绍
• ARM9处理器的特点 • 1、流水线
对嵌入式系统设计者来说，硬件通常是第一考虑的因素。每一级流水 都对应CPU的一个时钟周期，如果一级流水中的逻辑过于复杂，使得执 行时间居高不下，必然导致所需的时钟周期变长，造成CPU的主频不能 提升。所以流水线的拉长，有利于CPU主频的提高。Arm7使用三级流水 线、ARM9使用五级流水线。
Cortex-M系列基本特征：
成本低 能耗低可兼容性好 易于使用
主流的ARM处理器介绍
• ARM Cortex嵌入式处理器应用领域
Cortex-R系列基本特征 快速 确定性 安全 成本效益
Cortex-M系列应用领域
Cortex-R系列应用领域
主流的ARM处理器介绍
• 经典ARM处理器
S3C2440A处理器
• 我们使用的开发板是基于S3C2440A处理器的。S3C2440A是一款由 Samsung公司使用ARM920T核，它的低功耗、精简而出色的全静态设计 特别适用于对成本和功耗敏感的领域。S3C2440A实现了MMU、 AMBA（Advanced Micro controller Bus Architecture）BUS和哈佛高 速缓冲体系结构。
主流的ARM处理器介绍
• ARM不同系列处理器在性能、功能和兼容性之间的关系
主流的 ARM处理器介绍 后缀变量
含义
x
系列号，如ARM7、ARM9等
• ARM体系结构的命名规则 存储管理/保护单元 y
Z T D M I E J F S
Cache 支持16位压缩指令集Thumb 拥有JTAG调试器，支持片上调 试 内嵌硬件乘法器（Multiplier） 嵌入式ICE，支持片上断点和调 试 增强指令（基于TDMI） Jazell加速 向量浮点单元 可综合版本
4、支持MMU
MMU是存储器管理单元的缩写，是用来管理虚拟内存系统的器件。 MMU通常是CPU的一部分，本身有少量存储空间存放从虚拟地址到物理 地址的匹配表。 MMU的主要功能如下：
将虚地址转换成物理地址。 控制存储器存取允许，MMU关掉时，虚地址直接输出到物理地址总线。
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• 其他ARM处理器
除了ARM公司提供的四种类别的ARM处理器以外，常用的还有Intel公司 开发的Xscale系列和StrongARM系列。 • 1、Xscale系列
Xscale是基于ARMv5TE体系结构的一种内核，相比于ARM处理器功耗更低， 系统伸缩性更好，核心频率也得到提高。目前已使用在数字移动到电话、个 人数字助理和网络产品等场合。 2、 StrongARM系列 StrongARM系列采用ARM公司推出的一款旨在支持WinCE3.0-PocketPC系 统的RISC（精简指令集）处理器作为内核。 优点：StrongARM处理器的性能不错，甚至表现不比新款产品差。兼容 性好。 缺点：功耗过大一直是困扰高频率处理器首要问题，是的频率不能得到大 的提升。
1、AHB
AHB主要用于高性能模块(如CPU、DMA和DSP等)之间的连接，作为SoC的 片上系统总线，具有一下特征：
数据突发传输（burst transfer）。 数据分割传输（split transaction）。 流水线方式。 一个周期内完成总线主设备（master）对总线控制权的交接。 单时钟沿操作。 更宽的数据总线宽度（最低32位，最高可达1024位，但推荐不要超过256位 ）。
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• Cortex-A处理器的应用场合
产 品 类 型 计算 手机 数字家电 汽车 企业 无线基础结构 应 用
上网本、智能本、输入板、电子书阅读器 智能手机、特色手机 机顶盒、数字电视、蓝光播放器、游戏控制台 信息娱乐、导航 激光打印机、路由器、无线基站、VOIP 电话和设备 Web2.0、无线基站、交换机、服务器
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• SecurCore系列微处理器主要应用于一些安全产品及应用系统，包括 电子商务、电子银行业务、网络、移动媒体和认证系统等。 • 2、FPGA • ARM Cortex-M1处理器满足FPGA应用的高质量、标准处理器体系结构 的需要，支持范围广泛的FPGA设备
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ARM处理器的应用领域和特点
• 应用领域
在信息化程度很高的今天，ARM微处理器及其技术的应用已经 深入到了各个领域，不断的发展和革新，为人们的生活带来了极大的方 便，在我们生活和工作中随处可见。 主要应用领域包括： 嵌入式领域 企业领域 家庭领域 移动领域
ARM处理器的应用领域和特点
• ARM9系列处理器应用
产 品 类 型 消费品 联网 汽车 嵌入式 存储
应
用
智能手机、PDA、机顶盒、PMP、电子玩具、数码相机、数码摄像机等 无线局域网、802.11、蓝牙、Firewire、SCSI、2.5G/3G 基带等 电力火车、ABS、车身系统、导航、信息娱乐等 USB 控制器、蓝牙控制器、医用扫描仪等 硬盘控制器、固态驱动器等
ARM处理器概述
本章学习重点
• • • • ARM处理器是什么？ 应用领域和特点 主流的ARM处理器介绍 S3C2440处理器简介
• 通过本章的学习我们了解何为ARM，ARM的 现状和ARM应用情况；了解市面上的主流 ARM处理器及其应用领域；了解我们使用的 S3C2440处理。
什么是ARM处理器
• 经典ARM处理器系列主要参数对比
项目 流水线深度 典型频率（MHz） 功耗（mW/MHz） MIPS/MHz 架构 乘法器 ARM7 3级 80 0.06 0.97 冯· 诺依曼 8× 32 ARM9 5级 150 0.19（+Cache） 1.1 哈佛 8× 32 ARM10 6级 260 0.5（+Cache） 1.3 哈佛 16× 32 ARM11 8级 335 0.4（+Cache） 1.2 哈佛 16× 32
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• 5级流水线的具体内容如下： 取指：从存储器中取出指令并将其放入指令流水线。 译码：对取出的指令进行译码。 执行：把一个操作数移位，产生ALU的结果。 缓冲：如果需要则访问数据存储器，否则ALU的结果只是简单地缓冲 一个时钟周期，以便所有的指令具有相同的流水线流程。 回写：将指令产生的结果回写到寄存器堆，包括从存储器取出的数据 。
• ARM(Advanced RISC Machines)处理器是一 种低功耗高性能的32位RISC（精简指令集）处理 器，ARM也是一个公司的名字。ARM处理器就是 由ARM公司设计。ARM处理器目前，采用ARM 技术知识产权（IP）核的微处理器，即我们通常 所说的ARM微处理器，已遍及工业控制、消费类 电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各 类产品市场，基于ARM技术的微处理器应用约占 据了32位RISC微处理器75％以上的市场份额， ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。
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• 3、引入高速缓存和写缓存
一般来说处理器的处理速度远远高于存储器的访问速度，而当存储器 访问成为系统性高速缓存（Cache）和写缓存（Write Buffer）可以很好 地解决这个问题，它们存储了最近常用的代码和数据，以供CPU快速存 储。能的瓶颈时，处理器再快也无法发挥作用。
主流的ARM处理器介绍
• ARM与业界最广泛的体系相结合，已推出的 一系列20多种处理器可以解决几乎每个应用难 题，是真正意义上的The Architecture for the Digital World（数字世界的体系结构）。 • 目前，ARM微处理器宏伟而丰富的体系主要 包括以下四个部分：
ARM Cortex应用程序处理器； ARM Cortex嵌入式处理器； 经典ARM处理器； ARM专家处理器。
S3C2440A处理器
2、APB
APB主要用于低带宽的周边外设之间的连接，例如UART、1284等，具有一 下特征：
两个时钟周期传输。 无需等待周期和回应信号。 控制逻辑简单，只有四个控制信号。
存储控制器
• S3C2440A的存储控制器提供访问外部存储器所需的存储器控制信号， 其有以下特性。
• 应用领域
嵌入式领域
企业领域
家庭领域
移动领域
ARM处理器的应用领域和特点
• ARM处理器的特点
ARM处理器的三大特点是：耗电少功能强、16位/32位双指令集和 合作伙伴众多。具体来说，有以下六个主要特点：
体积小、低功耗、低成本、高性能； 支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位 器件； 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。
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• ARM Cortex应用程序处理器
作为目前ARM处理器中最高端的系列，Cortex应用程序处理器在高 级工艺节点中已经可实现高达2GHz+标准频率的卓越性能。主要包括 Cortex-A系列：Cortex-A5、Cortex-A8、Cortx-A9、Cortex-A15。卓越 性能表现在： 移动Internet的理想选择 高性能 多核技术 高级扩展