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[导读]ARM架构过去称作进阶精简指令集机器(AdvancedRISCMachine,更早称作:AcornRISCMachine),是一个32位精简指令集(RISC)处理器架构,其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。由于节能的特点,ARM处理器非常适用于移动通讯领域,符合其主要设计目标为低耗电的特性。在今日,ARM家族占了所有32位嵌入式处理器75%的比例,使它成为占全世界最多数的32位架构之一。

ARM架构过去称作进阶精简指令集机器(AdvancedRISCMachine,更早称作:AcornRISCMachine),是一个32位精简指令集(RISC)处理器架构,其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。由于节能的特点,ARM处理器非常适用于移动通讯领域,符合其主要设计目标为低耗电的特性。在今日,ARM家族占了所有32位嵌入式处理器75%的比例,使它成为占全世界最多数的32位架构之一。ARM处理器可以在很多消费性电子产品上看到,从可携式装置(PDA、移动电话、多媒体播放器、掌上型电子游戏,和计算机)到电脑外设(硬盘、桌上型路由器)甚至在导弹的弹载计算机等军用设施中都有他的存在。在此还有一些基于ARM设计的派生产品,重要产品还包括Marvell的XScale架构和德州仪器的OMAP系列。

一 ARM(Advanced RISC Machines)的几种含义:1、ARM是一种RISC MPU/MCU的体系结构,如同x86架构是一种CISC体系结构一样。另外,还有MIPS架构、PowerPC架构等等。2、ARM是Advanced RISC Machine Limited公司的简称。3、ARM是Advanced RISC Machine Limited公司的产品,该产品以IP Core(Intellectual Property Core,知识产权核)的形式提供的。4、ARM还用以泛指许多半导体厂商买了这种设计后生产出来的“ARM处理器”系列的芯片及其衍生产品。半导体厂商固然可以光购买ARM公司的设计而直接生产ARM处理器芯片,但是更好的方法是以ARM处理器为核心,在同一块芯片上配上自己开发的外围模块,形成面向特定应用和市场的专用芯片,甚至“片上系统(System on a Chip,SoC)”。这样,作为专用处理器/控制器芯片的生产商既可以减少开发中的风险,又可以大大缩短开发周期,降低成本。所以,“ARM处理器”一般是作为“内核”存在于一些专用处理器/控制器的内部,因而又常常叫做“ARM核”。特别地,如果一个处理器核不带浮点运算功能,有时候就对此特别加以强调,称之为“整形核”。

它由32位ALU、若干个32位通用寄存器以及状态寄存器、32×8位乘法器、32×32位桶形移位寄存器、指令译码以及控制逻辑、指令流水线和数据/地址寄存器组成。1.ALU:它有两个操作数锁存器、加法器、逻辑功能、结果以及零检测逻辑构成。2.桶形移位寄存器:ARM采用了32×32位的桶形移位寄存器,这样可以使在左移/右移n位、环移n位和算术右移n位等都可以一次完成。3.高速乘法器:乘法器一般采用“加一移位”的方法来实现乘法。ARM为了提高运算速度,则采用两位乘法的方法,根据乘数的2位来实现“加一移位”运算;ARM高速乘法器采用32×8位的结构,这样,可以降低集成度(其相应芯片面积不到并行乘法器的1/3)。4.浮点部件:浮点部件是作为选件供ARM构架使用。FPA10浮点加速器是作为协处理方式与ARM相连,并通过协处理指令的解释来执行。5.控制器:ARM的控制器采用的是硬接线的可编程逻辑阵列PLA。6.寄存器除了用户模式之外的其他6种处理器模式称为特权模式(PrivilegedModes)。在这些模式下,程序可以访问所有的系统资源,也可以任意地进行处理器模式的切换。其中,除系统模式外,其他5种特权模式又称为异常模式。

ARM处理器还有一些在其他RISC的架构所不常见到的特色,例如PC-相对寻址(的确在ARM上PC为16个暂存器的其中一个)以及 前递加或后递加的寻址模式。另外一些注意事项是 ARM 处理器会随着时间,不断地增加它的指令集。某些早期的 ARM 处理器(比ARM7TDMI更早),譬如可能并未具备指令可以读取两 Bytes 的数量,因此,严格来讲,对这些处理器产生程式码时,就不可能处理如 C 语言物件中使用 "volatile short" 的资料型态。

ARM7 和大多数较早的设计具备三阶段的流水线化(Pipeline):提取指令、解码,并执行。较高效能的设计,如 ARM9,则有五阶段的流水线化。提高效能的额外方式,包含一颗较快的加法器,和更广的分支预测逻辑线路。这个架构使用“协处理器”提供一种非侵入式的方法来延伸指令集,可透过软件下 MCR、MRC、MRRC和MCRR 等指令来对协处理器寻址。协处理器空间逻辑上通常分成16个协处理器,编号分别从 0 至 15 ,而第15号协处理器(CP15)是保留用作某些常用的控制功能,像是使用高速缓存和记忆管理单元运算(若包含于处理器时)。

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