arm嵌入式原理技术及应用ch

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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