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时间:2019-05-09
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1、2010.12陈赜ARM嵌入式技术原理与应用clshust@163.com131356998039/19/2021第二章ARM体系结构及编程模型9/19/2021◆了解ARM技术的应用领域◆熟悉ARM微处理器系列的基本类型和主要特点◆理解ARM微处理器的工作状态和工作模式◆掌握ARM微处理器的存储器系统和寄存器组织以及异常中断的应用。9/19/20212.1ARM微处理器的特点ARM(AdvancedRISCMachines,ARM)既可以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。9/19/2021ARM公司
2、于1990年11月在英国剑桥成立,前身为Acorn计算机公司。ARM公司是全球领先的16/32位嵌入式RISC微处理器解决方案供应商。ARM公司是知识产权(IP)公司,本身不生产芯片,靠转让设计许可,由合作伙伴公司来生产各具特色的芯片。9/19/2021目前,全世界有几十家著名的半导体公司都使用ARM公司的授权,其中包括MOTOROLA、IBM、Intel、LG、SONY、NEC、ATMEL等,从而保证了大量的开发工具和丰富的第三方资源,它们共同保证了基于ARM处理器核的设计可以很快投入市场。ARM公司已成为移动通信、手持设备、多媒体数字消费嵌入式解
3、决方案的RISC标准。9/19/2021采用RISC指令集低功耗、低成本、高性能使用大量的寄存器ARM/THUMB指令支持三/五级流水线ARM微处理器特点:9/19/2021采用RISC架构的ARM处理器一般具有如下特点:固定长度的指令格式,指令归整、简单、基本寻址方式有2~3种;使用单周期指令,便于流水线操作执行;大量使用寄存器,数据处理指令只对寄存器进行操作,只有加载/存储指令可以访问存储器,以提高指令的执行效率。9/19/2021ARM处理器共有37个寄存器,被分为若干个组,这些寄存器包括:31个通用寄存器,包括程序计数器(PC指针),均为32
4、位的寄存器;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,均为32位。9/19/2021ARM微处理器支持两种指令集ARM指令集和Thumb指令集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。9/19/2021除此以外,ARM体系结构还采用了一些特别的技术,在保证高性能的前提下尽量缩小芯片的面积,并降低功耗。所有的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行,从而提高指令的执行效率。可用加载/存储指令批
5、量传输数据,以提高数据的传输效率。可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理。在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。9/19/20212.2ARM微处理器系列介绍1.ARM7系列ARM7采用冯·诺依曼(Von-Neumann)结构,数据存储器和程序存储器使用同一存储空间,用相同的指令访问。此结构也被大多数计算机所采用。ARM7为三级流水线结构(取指,译码,执行),平均功耗为0.6mW/MHz,时钟速度为66MHz,每条指令平均执行1.9个时钟周期。9/19/2021ARM7系列微处理器包括如下几种类型的核:ARM7TDMI、ARM7TD
6、MI-S、ARM720T、ARM7EJ。ARM7TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器,属低端ARM处理器核。TDMI的基本含义为(对其它系列也适用):T:支持16为压缩指令集Thumb,称为T变种D:支持片上Debug,称为D变种M:内嵌硬件乘法器Multiplier,称为M变种I:嵌入式ICE,支持片上断点和调试,称为I变种9/19/2021表2-1ARM7系列产品项目型号Cache(Ins/Data)MemoryMgtBusThumbDSPJazelle指令版本ARM7TDMINoNoAHBYesNoNov4TARM7TDMI-S
7、NoNoAHBYesNoNov4TARM720T8KBMMUAHBYesNoNov4TARM7EJNoNoAHBYesYesYesv5TEJ9/19/20212.ARM9系列ARM7采用的冯·诺依曼VonNeumann结构,取指令和取操作数都是通过一条总线分时进行,这样,在高速运算时,不但不能同时取指令和取操作数,而且还会造成传输通道上的瓶颈现象。ARM9采用哈佛(Harvard)结构,程序存储器与数据存储器分开,提供了较大的存储器带宽。同时,大多数DSP都采用此结构。9/19/2021ARM9为五级流水(取指,译码,执行,缓冲/数据,回写),平均功
8、耗为0.7mW/MHz。时钟速度为120MHz-200MHz,每条指令平均执行1.5个时钟周期。ARM9系列
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