arm技术的应用领域及特点

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1、2004全国高校ARM嵌入式教学及科研师资高级 培训班讲稿 ARM体系结构及编程模型*主讲：陈赜华中科技大学 武汉创维特提纲1 13 32 24 45 5ARM技术的应用领域及特点ARM 处理器的寄存器组织ARM处理器的工作模式ARM微处理器系列6 67 7第二章 ARM体系结构及编程模型ARM 异常处理ARM处理器的工作状态ARM处理器的存储器格式2ARMAdvanced RISC Machines qARM（Advanced RISC Machines），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。ARM技术的应用领域及特点q1991年AR

2、M公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设 计技术的授权。3ARM 公司的Chip less模式q世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处 理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路， 从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。ARM技术的应用领域及特点q基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处 理器75以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们 生活的各个方面。q我国的中兴集成电路、大唐电讯、中芯国际和上海华虹 ，以及国外的一些公司如德州仪器、意法半导体、Philips 、Intel、Samsung等都推出了自己设计的基于ARM核的处理 器。4ARM微处理器的

3、应用领域 工业控制领域：作为32的RISC架构，基于ARM核的 微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部 分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域 扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统 的8位/16位微控制器提出了挑战。ARM技术的应用领域及特点q到目前为止，ARM微处理器及技术的应用已经广泛深 入到国民经济的各个领域5ARM微处理器的应用领域ARM技术的应用领域及特点q网络应用：随着宽带技术的推广，采用ARM技术的 ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM在语音及视频 处理上进行了优化，并获得广泛支持，也对DSP的应用领域 提出了挑战。q消费类电子产品：ARM技术在目前

4、流行的数字音频播 放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。q成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大 部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了 ARM技术。q6ARM微处理器的特点低功耗、低成本、高性能 采用RISC指令集ARM技术的应用领域及特点q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7ARM微处理器的特点采用RISC体系结构ARM技术的应用领域及特点q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23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

5、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。8ARM微处理器的特点大量使用寄存器ARM技术的应用领域及特点qARM 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。9ARM微处理器的特点高效的指令系统ARM技术的应用领域及特点qARM微处理器支持两种指令集：ARM指令集和Thumb 指令集。qARM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

6、码相比较，可节省3040以上的存储空间，同时具备 32位代码的所有优点。10ARM微处理器的特点其他技术ARM技术的应用领域及特点q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：q所有的ARM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。q可用加载/存储指令批量传输数据，以提高数据的传输 效率。q可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理 。 q在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。11ARM微处理器系列 ARM微处理器系列qARM7系列qARM9系列qARM9E系列qARM10E系列qSecurCor

7、e系列qIntel的Xscaleq其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10为4个通用处 理器系列，每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同 应用领域的需求。SecurCore系列专门为安全要求较高的应 用而设计。 12ARM7微处理器系列 qARM7系列是低功耗的32位RISC处理器，最适合用于 对价位和功耗要求较高的消费类应用。ARM7系列有如下特 点： 具有嵌入式ICERT逻辑，调试开发方便； 极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品； 能够提供0.9MIPS/ MHz的三级流水线结构； 兼容16位的Thumb指令集，代码密度高； 对操作系统的支持广泛，如Windows

8、 CE、Linux、Palm OS等 ； 指令系统与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便 于用户的产品升级换代； 主频最高可达130M，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复 杂应用。ARM微处理器系列13ARM7微处理器系列ARM微处理器系列q主要应用领域：工业控制、Internet设备、网络和调制 解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。qARM7系列微处理器包括如下几种类型的核： ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其 中，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：T

9、：支持16位压缩指令集Thumb；D：支持片上Debug；M：内嵌硬件乘法器（Multiplier）I：嵌入式ICE，支持片上断点和调试点；14ARM9微处理器系列 ARM微处理器系列qARM9系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最 佳的表现。具有以下特点： 5级流水线，指令执行效率更高。 提供1.1MIPS/MHz的哈佛结构。 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。 支持32位的高速AMBA总线接口。 全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主 流嵌入式操作系统。 MPU支持实时操作系统。 支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数

10、据处理能力 。15ARM9微处理器系列qARM9系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安 全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数字摄像 机等。ARM微处理器系列qARM9系列微处理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三 种类型，以适用于不同的应用场合。16ARM9E微处理器系列 ARM微处理器系列qARM9E系列微处理器的主要特点如下： 支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。 5级流水线，指令执行效率更高。 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。 支持32位的高速AMBA总线接口。 支持VFP9浮点处理协处理器。 全性能的MMU，支持众多主流嵌入

11、式操作系统。 支持数据Cache和指令Cache，具有更高的处理能力。 主频最高可达300M。17ARM9E微处理器系列qARM9E系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字 消费品、成像设备、工业控制、存储设备和网络设备 等领域。ARM微处理器系列qARM9E系列微处理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和 ARM966E-S三种类型，以适用于不同的应用场合。18ARM10E微处理器系列 ARM微处理器系列qARM10E系列微处理器的主要特点如下： 支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。 6级流水线，指令执行效率更高。 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。

12、 支持32位的高速AMBA总线接口。 支持VFP10浮点处理协处理器。 全性能的MMU，支持众多主流嵌入式操作系统。 支持数据Cache和指令Cache，具有更高的处理能力 主频最高可达400M。 内嵌并行读/写操作部件。19ARM10E微处理器系列qARM10E系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字 消费品、成像设备、工业控制、通信和信息系统等领域 。ARM微处理器系列qARM10E系列微处理器包含ARM1020E、ARM1022E和 ARM1026EJ-S三种类型，以适用于不同的应用场合。20SecurCore微处理器系列 ARM微处理器系列qSecurCore系列微处理器除了具有AR

13、M体系结构各种主要 特点外，还在系统安全方面具有如下的特点： 带有灵活的保护单元，确保操作系统和应用数据的安全。 采用软内核技术，防止外部对其进行扫描探测。 可集成用户自己的安全特性和其他协处理器。21SecurCore微处理器系列q SecurCore系列微处理器主要应用于一些对安全性要求 较高的应用产品及应用系统，如电子商务、电子政务、 电子银行业务、网络和认证系统等领域。ARM微处理器系列q SecurCore系列微处理器包含SecurCore SC100、 SecurCore SC110、SecurCore SC200和SecurCore SC210四种类型，以适用于不同的应用场合。2

14、2StrongARM微处理器系列 ARM微处理器系列qIntel StrongARM处理器是便携式通讯产品和消费类电子 产品的理想选择，已成功应用于多家公司的掌上电脑系 列产品。qIntel StrongARM SA-1100处理器是采用ARM体系结构高 度集成的32位RISC微处理器。它融合了Intel公司的设计 和处理技术以及ARM体系结构的电源效率，采用在软件上 兼容ARMv4体系结构、同时采用具有Intel技术优点的体 系结构。23Xscale处理器 ARM微处理器系列qXscale 处理器是基于ARMv5TE体系结构的解决方案，是 一款全性能、高性价比、低功耗的处理器。它支持16位

15、的Thumb指令和DSP指令集，已使用在数字移动电话、个 人数字助理和网络产品等场合。qXscale 处理器是Intel目前主要推广的一款ARM微处理器 。24ARM微处理器的工作状态 ARM微处理器的工作状态q从编程的角度看，ARM微处理器的工作状态一般有两种， 并可在两种状态之间切换： ARM状态，此时处理器执行32位的字对齐的ARM指 令； Thumb状态，此时处理器执行16位的、半字对齐的 Thumb指令。 25ARM与THUMBq THUMB指令是ARM指令的子集ARM微处理器的工作状态q 可以相互调用，只要遵循一定的调用规则q Thumb指令与ARM指令的时间效率和空间效率关系为:

16、 存储空间约为ARM代码的6070 指令数比ARM代码多约3040 存储器为32位时ARM代码比Thumb代码快约40 存储器为16位时Thumb比ARM代码快约4050 使用Thumb代码，存储器的功耗会降低约3026状态切换方法 q ARM指令集和Thumb指令集均有切换处理器状态的指令， 并可在两种工作状态之间切换，ARM微处理器的工作状态q 在开始执行代码时，处于ARM状态。27进入Thumb状态q 当操作数寄存器的状态位（位0）为1时，可以采用执 行BX指令的方法，使微处理器从ARM状态切换到Thumb 状态。q 当处理器处于Thumb状态时发生异常（如IRQ、FIQ、 Undef、Abort、SWI等），则异常处理返回时，自动切 换到Thumb状态。ARM微处理器的工作状态28切换到ARM状态q 当操作数寄存器的状态位为0时，执行BX指令时可以使 微处理器从Thumb状态切换到ARM状态。ARM微处理器