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时间:2018-10-20
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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
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