第二章 arm体系架构

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1、嵌入式系统嵌入式系统2.1ARM体系结构概述ARM：AdvancedRISCMachines¢1985年4月26日：第一个ARM原型在英国剑桥诞生¢1990年11月：成立了AdvancedRISCMachinesLimited（ARM公司）第二章ARM体系结构ARM公司是设计公司，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，已有100多个合作伙伴。http://www.arm.com北京工业大学计算机学院2嵌入式系统嵌入式系统合作伙伴ARM的应用领域技术共享计划北京工业大学计算机学院3北京工业

2、大学计算机学院4嵌入式系统嵌入式系统2002年嵌入式内核总量：6.265亿2.1.1RISC体系结构1979年美国加州大学伯克利分校的帕特逊等人提MicroSPARCPowerPC其他出，至今尚未有严格的定义。0.190.1760.053MPIS3%3%1%0.87比较普遍的认为是，RISC应该是一种计算机设计14%的基本原则，它的出现标志着计算机体系结构发展史上的一个重要里程碑。20%-80%定律：在CISC指令集中只有20%的指令经常用到，约占程序总量的80%；而80%的指令则很少用到，约占程序总量的20%。ARM4.9879%北京

3、工业大学计算机学院5北京工业大学计算机学院61嵌入式系统嵌入式系统RISC架构的特点2.1.2ARM架构的特点卡内基·梅隆大学：ARM体系继承了RISC架构的优点¢指令集中大多数指令只需执行简单和基本的功能。其¢大量的寄存器，都可用于多种用途；执行过程是在一个机器周期内完成的；¢Load/Store体系结构¢由于存储器访问指令执行时间长，尽量避免使用，而¢3地址指令（两个源操作数寄存器和结果寄存器独立设定）采用加载和存储（Load/Store）指令。运算指令的操作¢每条指令都条件执行包含非常强大的多寄存器Load和数都经加载/存储指令，

4、从存储器取出后预先存放在寄Store指令存器堆内，以加快执行速度；¢能在单时钟周期执行的单条指令能完成一项普通的移位¢芯片逻辑不采用或少采用微码技术，而采用硬布线逻操作和一项普通的ALU操作辑，以减少指令解释的开销；¢通过协处理器指令集来扩展ARM指令集，包括在编程模¢减少指令数和寻址方式，使控制部件简化，加快执行式下增加了新的寄存器和数据类型速度；¢在Thumb体系结构中以高密度16位压缩形式表示指令集¢指令格式固定，指令译码简化；¢编译开销很大，应尽可能优化。北京工业大学计算机学院7北京工业大学计算机学院8嵌入式系统嵌入式系统2.1

5、.3ARM体系结构的版本3.V3（ARM6）：1.V1（ARM1）：¢增加了当前程序状态寄存器CPSR和保存程序状态寄存¢处理乘法指令之外的基本数据处理指令器SPSR¢基于字节、字和多字的读取和写入指令¢增加了MRS/MSR指令，以访问CPSR（当前程序状态寄存器）/SPSR（备份程序状态寄存器）¢包括子程序调用指令BL（带链转移）在内的跳转指令¢增加了从异常处理返回的指令¢供操作系统使用的软件中断指令SWI26¢寻址空间：4GB（232）¢寻址空间：64MB（2）4.V4（ARM7、ARM8、ARM9和StorngARM）2.V2（A

6、RM2和ARM3）¢增加了符号化和非符号化半字及符号化字节存/取指令¢增加了乘法指令和乘加法指令¢增加了16位Thumb指令集¢支持协处理器的指令¢完善了软件中断SWI指令的功能¢对于FIQ模式，提供了额外的两个备份寄存器¢增加了处理器特权方式，在该模式下使用的是用户模式¢增加了SWP及SWPB最基本的存储器和寄存器交换指令下的寄存器¢寻址空间：64MB（226）北京工业大学计算机学院9北京工业大学计算机学院10嵌入式系统嵌入式系统5.V5（ARM10和XScale）：¢增加了带有链接和交换的转移指令BLX¢增加了计数前导零CLZ指令，

7、该指令允许更有效的整数除法和中断优先程序¢增加了软件断点中断BRK指令¢增加了DSP指令（V5TE版）¢为协处理器增加了更多可选择的指令¢对乘法指令如何设置标志进行了严密的定义6.V6（ARM11）¢Thumb：35%代码压缩¢DSP扩充：高性能定点DSP功能¢Jazelle：Java性能优化，可提高8倍¢Media扩充：音/视频性能优化，可提高4倍北京工业大学计算机学院11北京工业大学计算机学院122嵌入式系统嵌入式系统2.1.4ARM体系结构的变量1.T变量（Thumb指令集）2.M变量（长乘法指令）Thumb指令集是将ARM指令集

8、的一个子集重新编码增加了32×32的乘法/乘加指令而形成的一个指令集。ARM指令长度为32位，Thumb指令3.E变量（增强型DSP指令）长度为16位。因此，使用Thumb指令集可以得到密度更高的代码。与A