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1、对ARM体系结构及处理器模式的初步探索关键词：ARM，ARM体系，ARM指令集，SOC，IP核1ARM体系的发展CISC体系由于指令集庞大，指令长度不固定，指令执行周期有长有短，指令译码和流水线的实现在硬件上非常复杂，给芯片的设计开发和成本的降低带来了极大困难。针对这些明显的弱点，美国加州大学伯克利分校的Patterson教授领导的研究生团队设计和实现了“伯克利RISCI”处理器，他们在此基础上又开发了后来的SUN公司的SPARC系列RISC处理器，并使得采用该处理器的SUN工作站名震一时。与此
2、同时，斯坦福大学也在RISC研究领域取得了重大进展，开发并产业化了MIPS系列RISC处理器（后来被SGI公司收购，并广泛用于SGI的图形工作站）。被这两种RISC处理器所取得的巨大成功所鼓舞，英国的Acorn计算机公司在1983年到1985年之间也开发出了第一代ARMRISC处理器，当时ARM还只是AcornRISCMachine的缩写。之后于1990年，公司又把名字改写为简单的ARMLimited,并且是AdvancedRISCMachine(先进RISC机器)的缩写。经过这么多年的发展，A
3、RM已经形成了如下系列（表1）的大家族。表1CoreArchitectureARM1V1ARM2V2ARM2As,ARM3V2aARM6,ARM600,ARM610V3ARM7,ARM700,ARM710V3ARM7TDM1,ARM710T,ARM720T,ARM740TV4TStrongARM,ARM8,ARM810V4ARM9TDM1,ARM920T,ARM940TV4TARM9E-SV5TEARM10TDM1,ARM1020EV5TE表1中的核心Core包括处理器核ProcessorCor
4、e(ARM7TDM1,ARM8,StrongARM,ARM9TDMI&ARM10TDMI)和CPUCore（其它）。CPUCore实际上是在各种相应的处理器核的基础之上，集成和优化了Cache和MMU内存管理单元（Memorymanagementunit）后形成的，它能以单独的CPU芯片提供给用户更高的性能。而各种处理器核（ProcessorCore）则可用软IP模块，或者硬IP模块的方式潜入到各种用户不同的应用之中，形成相应的SOC（SystemonaChip）系统芯片，这不仅节省了功耗和成本
5、，还最大限度的节省了用户的开发时间，另外，特别值得一提的是StrongARM,它原来是DEC公司和ARM公司合作开发的。1998年，Intel又开发和生产出SA110,SA1100,SA1110等一系列StrongARM高性能嵌入式处理器。特别是SA1110,本身就是一个非常典型的SOC芯片，已经把液晶控制器，外设接口（USB,IrDA，UART,PCMCIA）,音频编解码器Codec等和CPU集成到了同一个芯片内，可以很方便地嵌入于各种掌上设备2ARM体系的指令集一个CPU的指令集是硬件和软件
6、之间的一个重要的分水岭，根据分层的思想，指令集向上要有力的支持编译器，向下要方便硬件的设计实现。ARM是典型的RISC体系，根据RISC的设计思想，其指令集的设计应该尽可能的简单，和CISC体系相比，他可以通过一系列简单的指令来实现复杂指令的功能。（1）ARM的指令集包括6种典型的指令：1分支指令：如B,BL等。2数据处理指令：如ADD,SUB,AND等。3状态寄存器转移指令：如MRS,MSR等。4LOAD–STRORE数据移动指令：如LDR等。5协处理指令：如SWI等。（2）ARM指令集是一个
7、非常优秀的指令集，它有以下特点：1所有ARM指令都是32位定长，在内存中以4字节边界保存（地址最后两位为0），这样方便译码电路和流水线的实现。当然ARM内核一般也支持另外一种16位的指令集Thumb(感兴趣的读者可以参考ARM手册，本文不作述),Thumb指令集可以看作是ARM指令集的一种压缩形式，它在处理器中仍然要扩展为标准的32位ARM指令来运行。用户采用16位Thumb指令集最大的好处就是可以获得更高的代码密度和降低功耗，当然它是被ARM的开发工具所完全支持的。2LOAD–STORE架构。
8、由于ARM指令集属于RISC体系，RISC体系的特征就是：一般指令只能把内部寄存器和立即数作为操作数，只有LOAD–STORE类型的数据移动指令才可以访问内存，在内存和寄存器之间转移数据。3由于硬件上有barrel（桶型）移位器，所以ARM可以在一个指令中用一个指令周期完成一个移位操作和一个ALU（算术逻辑）操作。4所有指令都可以条件执行，这是由其指令格式决定的，如表2所示:表231cond28270任何指令的头4位都是条件指示位，根据CPSR（当前程序状态寄存器，见后面表4）中的N（负指示），
