第2章arm体系结构与编程方法(排版)

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1、第２章ARM体系结构与编程方法本章通过从ARM微处理器的特点及体系结构的发展谈起，随后介绍本书选用的基于ARM920T核心的S3C2410A微处理器的可用资源，为系统设计提供参考；接着，基于S3C2410A微处理器介绍ARM体系结构，包括CPU核心与相应的指令系统（寻址方式与指令系统的学习密不可分）；最后，这里通过ADS集成开发环境学习ARM微处理器简单的程序设计与编写。学习目标：¢了解ARM微处理器的体系结构¢了解ARM微处理器的寻址方式¢熟悉ARM微处理器的编程方法2.1ARM微处理器概述前面提到过，ARM是AdvancedRISCMachines的缩写，既可以

2、认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。现在针对其作为ARM微处理器进行学习与了解，内容主要是ARM微处理器的结构体系。要了解一款ARM微处理器，需要对其定型，也就是应该知道该微处理器是采用哪个版本架构的、属于哪个内核系列、型号是什么。比如，在本书中采用ARMv4版本架构的、ARM920T核心的S3C2410A微处理器。通过本节的学习，就会先对这些陌生的术语有所了解。2.1.1ARM微处理器的特点采用RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点：1．体积小、低功耗、低成本、高性能。2．支持Thumb（16位）/ARM（32

3、位）双指令集。ARM微处理器支持2种指令集：ARM指令集和Thumb指令集。其中，ARM指令为32位的长度，Thumb指令为16位长度。Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与等价的ARM代码相比较，可节省30%～40%以上的存储空间，同时具备32位代码的所有优点。3．大量使用寄存器，指令执行速度更快。ARM处理器共有37个32位寄存器，其中，有31个通用寄存器；有6个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态及程序的运行状态。4．大多数数据操作都在寄存器中完成。5．寻址方式灵活简单，执行效率高。6．指令长度固定。7．先进的取指及分支预测技术8．流水线结构。9．使用

4、桶形移位器（barrelshifter），可以提高数字逻辑运算速率。10．全球合作伙伴众多。2.1.2ARM微处理器的发展ARM微处理器在设计到市场，在各个领域得到应用，发展越来越快，也经是设计者在设计电路系统时选用的不可或缺的方案之一。从芯片体系架构的版本发展上看，已经历经了ARMv1、ARMv2、ARMv2A、ARMv3、ARMv4、ARMv4T、ARMv5TE、ARMv5TEJ、ARMv6、ARMv7的版本创新、改进与升级。如图2-1所示，是目前较新版本构架的发展路线。图2-1ARM微处理器架构发展1．ARMv4，ARM目前仍支持的最低的微处理器架构版本。采用

5、ARMv4以前版本的微处理器现在已经废弃了。还在应用中的ARMv4版本架构的微处理器包括ARM7系列微处理器及IntelStrongARM微处理器。ARMv4被认为是在32位寻址空间（32位内存寻址从ARMv3开始）中操作的32位指令集架构，也就是位长是32位的微处理器。2．ARMv4T，采用ARMv4T架构的微处理器中开始具备Thumb指令集，这是16位的指令系统，可以编译产生更加紧凑的执行代码，与相应的32位的可执行代码比较，节省35%以上的存储器空间，同时仍保留了32位系统的所有优点。3．ARMv5TE，在1999年，ARMv5TE版本架构引入到了ARM微处理

6、器。一方面，这个版本的ARM微处理器在Thumb指令集上有了很大的改进，同时在ARMISA的基础上扩展出了增强型数字信号处理（EnhancedDSP）指令集。这就是ARMv5版本后“T”与“E”的含义。首先，ARMv5TE版本不仅在以前的基础了增加了许多新指令，还提高了ARM/Thumb指令交互的性能，从而大大地提高了编译器的能力，能够更好地平衡代码量与性能，更好地优化了ATM/Thumb程序。另外，增强型数字信号处理（EnhancedDSP）指令集支持密集的算术运算，在音频处理中性能提高超过70%。许多应用系统中都会对数字信号进行处理，这就要求微控制器同时具有一个

7、数字信号处理器的数据处理能力，出于价格上的考虑，以前这就迫使设计者在性能上有所妥协，或者不考虑价格因素，就要采用复杂的多处理器方案设计系统。现在，ARMv5TE版本中扩展有“E”指令集为通用的ARM微处理器提供了数字信号处理的能力，很大地提高了芯片的性能，应用更加灵活。4．ARMv5TEJ，在2000年，ARMv5TEJ版本架构引入到了ARM微处理器，这个版本中在以前版本ARMv5TE的基础上扩展了“Jazelle”技术，这是一种支持Java加速的技术，这特别适于小存储容量的脚本程序设计。相比运行在Java虚拟机上的软件，“Jazelle”技术的Java字节代码