ARM技术与ARM体系结构

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1、大连理工大学软件学院邱铁办公楼413Tel：87571521E_mail:qiutie@dlut.edu.cn参考教材：《ARM嵌入式系统结构与编程》清华大学出版社2009年3月出版ARM嵌入式系统结构与编程第2章ARM技术与ARM体系结构本章主要介绍ARM处理器的产生及版本发展历史，以及各个版本的典型处理器及应用情况和性能分析；ARM处理器的内核调试结构，重点分析了ARM7TDMI-S、ARM9TDMI两种结构；ARM处理器的工作模式及寄存器组织结构，分析了在什么情况下进入到相应的工作模式；ARM处理器支持的内存数据

2、存储格式，分为大端格式和小端格式；最后介绍了ARM7的三级流水线运行机制和ARM9的五级流水线运行机制。内容提要2．1ARM体系结构版本与内核2．2ARM内核模块2．3ARM处理器的工作模式2．4ARM内部寄存器2．5ARM异常处理2．6存储方式与存储器映射机制2．7ARM流水线技术分析2．1ARM体系结构版本与内核第一片ARM处理器是1983年10月到1985年4月间在位于英国剑桥的AcornComputer公司开发1990年，ARM公司成立20世纪90年代，ARM快速进入世界市场1995年StrongARM问世XS

3、cale是下一代StrongARM芯片的发展基础ARM10TDMI是ARM处理器核中的高端产品ARM11是ARM家族中性能最强的一个系列2．1．1ARM体系结构版本ARM7TDMI4T1支持Halfword和signedhalfword/byte和Systemmode支持Thumb指令集24ARM9TDMIARM720TARM940T改良的ARM/Thumb交互作用以及CLZ指令5TESaturatedmathsDSPmultiply-accumulateinstructionsXScaleARM1020EARM9E-

4、SARM966E-S3早期的ARMsARM9EJ-S5TEJARM7EJ-SARM926EJ-SJazelle支持Java字节码6ARM11SIMDSISIMDMDSSIMD7ARMCotex第一阶段：版本V1、V2、V3这3个早期ARM版本功能单一，没有大范围占领市场，主要是处于开发和实验阶段第二阶段：从ARM4开始，ARM体系结构处于完善和提高阶段版本4与以前版本相比增加了下列指令:有符号、无符号的半字和有符号字节的load和store指令。增加了T变种，处理器可以工作于Thumb状态，在该状态下的指令集是16位的

5、Thumb指令集。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。版本5主要由两个变型版本5T、5TE组成相比与版本4，版本5的指令集有了如下的变化：提高了T变种中ARM/Thumb混合使用的效率。增加前导零记数（CLZ）指令，该指令可使整数除法和中断优先级排队操作更为有效；增加了BKPT（软件断点）指令；为协处理器设计提供了更多的可供选择的指令；更加严格地定义了乘法指令对条件码标志位的影响。ARM体系版本6是2001年发布的。新架构v6在降低耗电量的同时还强化了图形处理性能。通过追加有效进行多媒体处理

6、的SIMD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。2.1.2ARM体系结构的基本版本命名规则ARM{x}{y}{z}{T}{D}{M}{I}{E}{J}{F}{-S}大括号内的字母是可选的，各个字母的含义如下：x——系列号，例如ARM7中的“7”、ARM9中的“9”；y——内部存储管理/保护单元，例如ARM72中的“2”、ARM94中的“4”；z——内含有高速缓存Cache；T——技持16位的Thumb指令集；D——支持JTAG片上调试；M——

7、支持用于长乘法操作（64位结果）的ARM指令，包含快速乘法器；I——带有嵌入式追踪宏单元ETM（EmbeddedTraceMacro），用来设置断点和观察点的调试硬件；续E——增强型DSP指令（基于TDMI）；J——含有Java加速器Jazelle，与Java虚拟机相比，Java加速器Jazelle使Java代码运行速度提高了8倍，功耗降低到原来的80%；F——向量浮点单元；S——可综合版本，意味着处理器内核是以源代码形式提供的。这种源代码形式又可以被编译成一种易于EDA工具使用的形式。ARM体系结构的基本版本版本版本

8、变种系列号处理器核V1V1ARM1ARM1V2V2ARM2ARM2V2aARM2aSARM3ARM3V3V3ARM6ARM6、ARM600、ARM610ARM7ARM7、ARM700、ARM710V4V4TARM7TDMI、ARM710T、ARM720T、ARM740TV4ARM8StrongARM、ARM8、ARM810V4TA