1CHAPTERARM處理器概述第1章目錄1.ARM簡介2.ARM處理器系列3.ARM處理器核的分類和擴充標識4.ARM處理器結(jié)構(gòu)簡介第1章目錄1.ARM簡介2.ARM處理器系列3.ARM處理器核的分類和擴充標識4.ARM處理器結(jié)構(gòu)簡介1.1ARM簡介什么是ARMARM是AdvancedRISCMachines的縮寫。它有三種含義：公司的名稱；一類處理器的通稱；一種技術(shù)的名稱1.1ARM簡介CISC：復雜指令集（ComplexInstructionSetComputer）具有大量的指令和尋址方式8/2原則：80%的程序只使用20%的指令大多數(shù)程序只使用少量的指令就能夠運行RISC：精簡指令集（ReducedInstructionSetComputer)在通道中只包含最有用的指令確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令使CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計變得更為簡單1.1ARM簡介ARM公司簡介1985年4月26日，第一個ARM原型在英國劍橋的Acorn計算機有限公司誕生，由美國加州SanJoseVLSI技術(shù)公司制造。20世紀80年代后期，ARM很快開發(fā)成Acorn的臺式機產(chǎn)品，形成英國的計算機教育基礎(chǔ)。1990年成立了AdvancedRISCMachinesLimited。ARM公司雖然只成立10多年，但在1999年因移動電話火爆市場，其32位RISC處理器占市場份額超過了50%，成為業(yè)界龍頭老大。2001年初，ARM公司的32位RISC處理器市場占有率超過了75%，引起業(yè)界的極大關(guān)注。ARM公司是知識產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，是設(shè)計公司。ARM公司本身不生產(chǎn)芯片，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計許可，由合作伙伴公司來生產(chǎn)各具特色的芯片。

1.1ARM簡介ARM處理器的3大特點如下：小體積、低功耗、成本低、高性能；16位/32位雙指令集；全球眾多的合作伙伴。將技術(shù)授權(quán)給其它芯片廠商形成各具特色的ARM芯片...1.1ARM簡介當前ARM體系結(jié)構(gòu)的擴充包括：Thumb:16位指令集，用以改善代碼密度；DSP：用于DSP應(yīng)用的算術(shù)運算指令集；Jazeller：允許直接執(zhí)行Java安節(jié)碼的擴充。ARM處理器本身是32位設(shè)計，但也配備16位指令集，以允許軟件編碼為更短的16位指令。與等價的32代碼相比，占用的存儲器空間節(jié)省高達35%，然而保留了32位系統(tǒng)所有的優(yōu)勢。1.1ARM簡介ARM處理器系列提供的解決方案包括：

在無線、消費電子和圖像應(yīng)用方面的開放平臺；存儲、自動化、工業(yè)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的嵌入式實時系統(tǒng)；智能卡和SIM卡的安全應(yīng)用。goReaderInterneteBookSamsungAnyWebInternetScreenPhoneeRemoteIntelligentHomeControllerTektronixTDS7000DigitalOscilloscopesNixvueDigitalAlbumDigitalPhotoAlbum第1章目錄1.ARM簡介2.ARM處理器系列3.ARM處理器核的分類和擴充標識4.ARM處理器結(jié)構(gòu)簡介1.2ARM處理理器器系系列列ARM處處理理器器的的命命名名規(guī)規(guī)則則：：ARM產(chǎn)產(chǎn)品品通通常常以以ARM[x][y][z][T][D][M][I][E][J][F][-s]1.2ARM處理理器器系系列列ARM處處理理器器的的命命名名規(guī)規(guī)則則：：ARM7TDMI之之后后的的所所有有ARM內(nèi)內(nèi)核核，，即即使使沒沒有有包包含含TDMI字字符符也也都都默默認認包包含含了了TDMI的的功功能能特特性性JTAG是是有有IEEE1149.1標標準準測測試試訪訪問問端端口口和和邊邊界界掃掃描描結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)來來描描述述的的嵌入入式式ICE宏宏單單元元是是建建立立在在處處理理器器內(nèi)內(nèi)部部用用來來設(shè)設(shè)置置斷斷點點和和觀觀察察點點的的調(diào)調(diào)試試硬硬件件可綜綜合合意意味味著著處處理理器器內(nèi)內(nèi)核核是是以以源源代代碼碼形形式式提提供供的的1.2ARM處理理器器系系列列ARM處處理理器器系系列列類類型型：：1.2ARM處理理器器系系列列ARM處處理理器器系系列列ARM公公司司開開發(fā)發(fā)了了很很多多系系列列的的ARM處處理理器器核核，，目目前前最最新新的的系系列列已已經(jīng)經(jīng)是是ARM11了了，，而而ARM6核核以以及及更更早早的的系系列列已已經(jīng)經(jīng)很很罕罕見見了了。。目目前前應(yīng)應(yīng)用用比比較較廣廣泛泛的的系系列列是是：：ARM7ARM9ARM9EARM10SecurCoreXscaleARM11Cortex1.2ARM處理理器器系系列列ARM7概概述述ARM7內(nèi)內(nèi)核核采采用用馮馮··諾諾伊伊曼曼體體系系結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)和和指指令令使使用用同同一一條條總總線線。。內(nèi)內(nèi)核核有有一一條條3級級流流水水線線，，執(zhí)執(zhí)行行ARMv4指指令令集集指令令寄寄存存器器控制制器器數(shù)據(jù)據(jù)通通道道輸入入輸出出中央央處處理理器器程序存存儲器器指令0指令1指令2數(shù)據(jù)存存儲器器數(shù)據(jù)0數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2地址指令地址數(shù)據(jù)1.2ARM處理器器系列列ARM7的的特點點·成成熟的的大批批量的的32位RICS芯芯片；；·最最高主主頻到到達130MIPS；·功功耗低低；·代代碼密密度高高，兼兼容16位位微微處理理器；；·開開發(fā)工工具多多、EDA仿真真模型型多；；·調(diào)調(diào)試機機制完完善；；·提提供0.25μμm、、0.18μm及0.13μμm的的生產(chǎn)產(chǎn)工藝藝；·代代碼與與ARM9系系列、、ARM9E系系列列以及及ARM10E系列列兼容容。ARM系列微處理器核特點ARM7ARM7TDMI：整數(shù)處理核ARM7TDMI處理器的可綜合版本；ARM720T：帶MMU的處理器核心，支持操作系統(tǒng)；ARM7EJ-S：帶有DSP和JazelleTM技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)Java加速功能馮諾伊曼體系結(jié)構(gòu)；ARMTDMI是目前應(yīng)用最廣的微處理器核ARM720T帶有MMU和8KB的指令數(shù)據(jù)混合cache；ARM7EJ-執(zhí)行ARMv5TEJ指令，5級流水線，提供Java加速指令，沒有存儲器保護。ARM9ARM920T：帶有獨立的16KB數(shù)據(jù)和指令Cache；ARM922T：帶有獨立的8位KB數(shù)據(jù)和指令Cache；ARM940T–包括更小數(shù)據(jù)和指令Cache和一個MPU基于ARM9TDMI，帶16位的Thumb指令集，增強代碼密度最多到35%；在0.13μm工藝下最高性能可達到300MIPS（Dhrystone2.1測試標準）；集成了數(shù)據(jù)和指令Chche；32位AMBA總線接口的MMU支持；可在0.18μm、0.15μm和0.13μm工藝的硅芯片上實現(xiàn)。1.2ARM處理器器系列列ARM9EARM926EJ-S：Jazelle技術(shù)，有MMU，可配置的數(shù)據(jù)和指令Cache,TCM接口；ARM946E-S：可配置的數(shù)據(jù)和指令Cache及TCM;ARM966E-S：針對要求高性能和低功耗的可預測的指令執(zhí)行時間的硬實時應(yīng)用設(shè)計ARM968E-S：最小、功耗最小的

ARM9E系列處理器，針對嵌入式實時應(yīng)用設(shè)計；ARM9E是針對微控制器、DSP和Java的單處理器解決方案；ARM

Jazelle

技術(shù)提供8倍的Java加速性能(ARM926EJ-S)；5-級整數(shù)流水線；在0.13μm工藝下最高性能可達到300MIPS（Dhrystone2.1測試標準）；可選擇的

向量浮點單元VFP9協(xié)處理器，對于3D圖形加速和實時控制可達到

215MFLOPS。高性能的AHB總線，帶MMU可在0.18μm,0.15μm,0.13μm工藝的硅芯片上實現(xiàn)。ARM10EARM1020E：帶DSP指令集，在片調(diào)試功能，獨立的32KB數(shù)據(jù)和指令Cache，MMU支持；ARM1022E：與ARM1020E相同，只是獨立的數(shù)據(jù)和指令Cache變?yōu)?6KB；ARM1026EJ-S：同時具有MPU和MMU，可綜合版本；帶分支預測的6級整數(shù)流水線；在0.13μm工藝下最高性能可達到430MIPS（Dhrystone2.1測試標準）；對于3D圖形運算和實時控制采用VFP協(xié)處理器，浮點運算性能最高可達650MFLOPS；雙64位AMBA總線接口和64位內(nèi)部總路線接口；優(yōu)化的緩存結(jié)構(gòu)提高了處理器訪問低速存儲器的性能；可在0.18μm,0.15μm,0.13μm工藝的硅芯片上實現(xiàn)1.2ARM處理器器系列列ARM11ARM11MPCore：可綜合的多處理器核，1至4個處理器可配置；ARM1136J(F)-S：可配置的數(shù)據(jù)和指令Cache，可提供1.9位的MPEG4編碼加速功能；ARM1156T2(F)-S：帶集成浮點協(xié)處理器，帶內(nèi)存保護單元MPU

；ARM1176JZ(F)-S：帶針對CPU和系統(tǒng)安全架構(gòu)擴展的TrustZone技術(shù)。增強的Thumb、Jazelle、DSP擴展支持；帶片上和系統(tǒng)安全TrustZone技術(shù)支持；在0.13μm工藝下最高可達到550MHz；MPCore在0.13μm工藝下最高性能可達到740MIPS（Dhrystone2.1測試標準）；支持多媒體指令SIMD；采用三種電源模式：全速/待命/休眠集成DMA的TCM低功耗、高性能。SecurCoreSC100：第一個32位安全處理器；SC110：在SC100上增加密鑰協(xié)處理器；SC200：帶Jazelle技術(shù)的高級安全處理器；SC210：在SC200上增加密鑰協(xié)處理器SecurCore是專門為智能卡、安全IC提供的32位安全處理器，為電子商務(wù)、銀行、網(wǎng)絡(luò)、移動多媒體、公共交通提供安全解決方案；體積小、功耗低，代碼壓縮密度高；為快速增長的Java卡平臺提供Java加速功能；1.2ARM處理器器系列列CortexCortex-A：面向應(yīng)用的微處理器，針對復雜操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序設(shè)計；Cortex-R：針對實時系統(tǒng)的嵌入式處理器；Cortex-M：針對成本敏感應(yīng)用優(yōu)化的深度嵌入式處理器；2004年發(fā)布，提供增強的媒體和數(shù)字處理能力，增加了系統(tǒng)性能；支持ARM、Thumb、Thumb-2指令集；Thumb-2指令集提供了更高的代碼存儲密度，進一步降低成本；Intel系列StrongARM：ARMv4體系XScale：ARMv5TE體系，增加MMX指令StrongARM主要應(yīng)用于手持設(shè)備和PDA，5級流水線，具有獨立的數(shù)據(jù)和指令Cache，不支持Thumb指令集，目前已停產(chǎn)；XScale是目前Intel公司主推的高性能嵌入式處理器，分通用處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器和I/O處理器三類。其中通用處理器有PXA25x、PXA26x、PXA27x三個系列，被廣泛應(yīng)用于智能手機、PDA領(lǐng)域。1.2ARM處理器器系列列1.2ARM處理器器系列列ARM系列列處理理器屬屬性比比較1.2ARM處理器器系列列ARM系列列處理理器功功能比比較第1章章目目錄錄1.ARM簡介介2.ARM處理理器系系列3.ARM處理理器核核的分分類和和擴充充標識識4.ARM處處理器器結(jié)構(gòu)構(gòu)簡介介1.3ARM處理器器核的的分類類和擴擴充標標識處理器器核的的分類類用于開開放平平臺的的核這些核核賦予予MMU具具有虛虛擬存存儲器器和復復雜的的存儲儲器保保護特特性，，并可可用于于像WinCE，Linux等操操作系系統(tǒng)用于實實時嵌嵌入式式操作作系統(tǒng)統(tǒng)的核核這些核核用于于工作作在封封閉的的嵌入入式控控制系系統(tǒng)中中，通通常運運行實實時操操作系系統(tǒng)處理器器的擴擴充標標識第1章章目目錄錄1.ARM簡介介2.ARM處理理器系系列3.ARM處理理器核核的分分類和和擴充充標識識4.ARM處理理器結(jié)結(jié)構(gòu)簡簡介1.4ARM處理理器結(jié)結(jié)構(gòu)簡簡介RISC體體系結(jié)結(jié)構(gòu)特點:指令規(guī)規(guī)整、、對稱稱、簡簡單。。指令令數(shù)少少于100條，，基本本尋址址方式式有2～3種單周期期指令令。指指令字字長度度一致致，單單拍完完成，，便于于流水水操作作大量的的寄存存器。。寄存存器不不少于于32個。。RISC定定義是一種種設(shè)計計思想想，定定義有有兩種種說法法來自于于卡基基梅梅隆大大學來自于于IEEE的邁邁克爾爾斯斯萊特特ARM體系系結(jié)構(gòu)構(gòu)繼承承了RISC結(jié)結(jié)構(gòu)使用的的特性性：加加載、、存儲儲體系系、固固定32位位指令令、三三地址址指令令格式式舍棄的的特征征：寄寄存器器窗口口、延延遲轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移和和所有有指令令單周周期1.4ARM處理理器結(jié)結(jié)構(gòu)簡簡介ARM和Thumb狀態(tài)態(tài)Thumb指令令集是是32位ARM指令令集的的功能能子集集ARM狀態(tài)態(tài)下的的處理理器不不能執(zhí)執(zhí)行Thumb指令令，反反之亦亦然ARM處理理器的的7種種處理理器模模式用戶模模式：：ARM處處理器器正常常的程程序執(zhí)執(zhí)行狀狀態(tài)FIQ：用用于高高速數(shù)數(shù)據(jù)傳傳輸或或通道道處理理IRQ：用用于通通用的的中斷斷處理理管理模模式：：操作作系統(tǒng)統(tǒng)使用用的保保護模模式中止模模式：：當數(shù)數(shù)據(jù)或或指令令預取取終止止時進進入該該模式式，可可用于于虛擬擬存儲儲及存存儲保保護系統(tǒng)模模式：：運