第3章体系结构和指令系统

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1、第3章体系结构与指令系统本章将对ARM技术进行全面论述，通过本章的学习，使大家对ARM技术有个全面的了解和掌握。了解ARM体系结构、编程模式、异常、片上总线等内容；掌握ARM指令集及其寻址模式。本章的主要内容为：3.1ARM体系结构的发展历史和技术特征3.3Thumb技术介绍3.2ARM体系结构不同版本的发展概述3.4ARM处理器工作状态3.5ARM处理器工作模式3.6ARM寄存器组成3.7ARM异常中断本章的主要内容为：3.8ARM组织结构简介3.9ARM存储器接口及存储器层次3.10ARM协处理器3.11ARM片上总线AMBA3.12ARM核综述3.13

2、ARM指令集与寻址模式3.14Xscalepxa2702.1ARM体系结构的发展历史和技术特征2.1.1ARM发展的历程2.1.2ARM体系结构的技术特征2.1.1ARM发展的历程最近10多年来ARM技术的突出成果表现在：使用“Thumb”的新型压缩指令格式，使得应用系统开发可降低系统成本和功耗；ARM9、ARM10、Strong-ARM和ARM11等系列处理器的开发，显著地提高了ARM的性能，使得ARM技术在面向高端数字音、视频处理等多媒体产品的应用中更加广泛；更好的软件开发和调试环境，加快用户产品开发；更为广泛的产业联盟使得基于ARM的嵌入式应用领域更加

3、广阔；嵌入在复杂SoC中、基于ARM核的调试系统代表着当今片上调试技术的前沿。ARM发展的历程第一片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，为广泛推广ARM技术而成立了独立的公司。20世纪90年代，ARM快速进入世界市场。ARM发展的历程在ARM的发展历程中，从ARM7开始，ARM核被普遍认可和广泛使用。1995年StrongARM问世。XScale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。ARM

4、发展的历程ARM技术还将不断发展。在嵌入式领域，ARM已取得了极大的成功，造就了IP核商业化、市场化的神话，迄今为止，还没有任何商业化的IP核交易和使用达到ARM的规模。据最新统计，全球有103家巨型IT公司在采用ARM技术，20家最大的半导体厂商中有19家是ARM的用户，包括德州仪器，意法半导体，Philips，Intel等。ARM系列芯片已经被广泛的应用于移动电话、手持式计算机以及各种各样的嵌入式应用领域，成为世界上销量最大的32位微处理器。2.2ARM体系结构的技术特征ARM的体系结构采用了若干BerkeleyRISC处理器设计中的特征Load/sto

5、re体系结构固定的32位指令3地址指令格式也放弃了其它若干BerkeleyRISC特征所有的指令单周期执行2.2ARM体系结构不同版本的发展概述2.2.1ARM体系结构的基本版本2.2.2ARM体系结构的演变2.2.3ARM体系结构的命名规则2.2.1ARM体系结构的基本版本版本1，本版本包括下列指令：乘法指令之外的基本数据处理指令；基于字节，字和多字的存储器访问操作指令（Load/Store）；子程序调用指令BL在内的跳转指令；完成系统调用的软件中断指令SWI。ARM体系结构的基本版本版本2，与版本1相比版本2（2a）增加了下列指令：乘和乘加指令；支持协处

6、理器的指令；对于FIQ模式，提供了额外的影子寄存器；SWP指令。ARM体系结构的基本版本版本3较以前的版本发生了大的变化地址空间扩展到了32位，但除了版本3G外的其他版本是向前兼容的，也支持26位的地址空间；分开的当前程序状态寄存器CPSR（CurrentProgramStatusRegister）和备份的程序状态寄存器SPSR（SavedProgramStatusRegister），SPSR用于在程序异常中断时保存被中断的程序状态；增加了两种异常模式，使操作系统代码可以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；增加了MRS指令和MSR指

7、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。ARM体系结构的基本版本版本4。与版本3相比，版本4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。ARM体系结构的基本版本版本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

8、中断优先级排队操作更为有效；增加了BKPT（软件断点