第2讲ARM微处理器硬件结构.ppt

　内容提要 计算机体系结构 计算机中，按内存的组成分两种典型的结构： 1.冯·诺依曼结构/普林斯顿结构 冯·诺依曼体系结构 哈佛体系结构 第2章 ARM微处理器硬件结构 ARM ARM ARM Family ARM处理器内核 微处理器是整个系统的核心，通常由4部分组成：控制部件、算术逻辑部件、寄存器组和内部总线。 ARM体系结构版本 各ARM体系结构版本——V1 该版本的ARM体系结构，只有26位的寻址空间，没有商业化，其特点为： 基本的数据处理指令（不包括乘法）； 字节、字和半字加载/存储指令； 具有分支指令，包括在子程序调用中使用的分支和链接指令； 在操作系统调用中使用的软件中断指令。 ARM体系结构版本 各ARM体系结构版本——V2 同样为26位寻址空间，现在已经废弃不再使用，它相对V1版本有以下改进： 具有乘法和乘加指令； 支持协处理器； 快速中断模式中的两个以上的分组寄存器； 具有原子性加载/存储指令SWP和SWPB。 ARM体系结构版本 各ARM体系结构版本——V3 寻址范围扩展到32位（目前已废弃），具有独立的程序： 具有乘法和乘加指令； 支持协处理器； 快速中断模式中具有的两个以上的分组寄存器； 具有原子性加载/存储指令SWP和SWPB。 ARM体系结构版本 各ARM体系结构版本——V4 不在为了与以前的版本兼容而支持26位体系结构，并明确了哪些指令会引起未定义指令异常发生，它相对V3版本作了以下的改进： 半字加载/存储指令； 字节和半字的加载和符号扩展指令； 具有可以转换到Thumb状态的指令（BX）； 增加了用户模式寄存器的新的特权处理器模式。 ARM体系结构版本 各ARM体系结构版本——V5 在V4版本的基础上，对现在指令的定义进行了必要的修正，对V4版本的体系结构进行了扩展并并增加了指令，具体如下： 改进了ARM/Thumb状态之间的切换效率； E增强型DSP指令集,包括全部算法操作和16位乘法操作； J支持新的JAVA,提供字节代码执行的硬件和优化软件加速功能。 ARM体系结构版本 各ARM体系结构版本——V6 V6版架构是2001年发布的，首先在2002年春季发布的ARM11处理器中使用。此架构在V5版基础上增加了以下功能：改进了ARM/Thumb状态之间的切换效率； THUMBTM：35%代码压缩； DSP扩充：高性能定点DSP功能； JazelleTM：Jova性能优化，可提高8倍； Media扩充：音/视频性能优化，可提高4倍。 ARM体系结构版本 各ARM体系结构版本——V7 ARMv7定义了3种不同的处理器配置（processor profiles）: Profile A是面向复杂、基于虚拟内存的OS和应用的 Profile R是针对实时系统的； Profile M是针对低成本应用的优化的微控制器的。 所有ARMv7 profiles实现Thumb-2技术，同时还包括了NEON?技术的扩展提高DSP和多媒体处理吞吐量400％?，并提供浮点支持以满足下一代3D图形和游戏以及传统嵌入式控制应用的需要。 ARM处理器的分类 ARM各系列处理器 ARM公司开发了很多系列的ARM处理器核，目前最新的系列已经是ARM11了，而ARM6核以及更早的系列已经很罕见了。目前应用比较广泛的系列是： ARM7 ARM7微处理器系列 特点： 冯诺伊曼体系结构； ARMTDMI是目前应用最广的微处理器核; ARM720T带有MMU和8KB的指令数据混合cache； ARM7EJ-执行ARMv5TEJ指令，5级流水线，提供Java加速指令，没有存储器保护。 ARM7TDMI ARM7TDMI ARM9 ARM9微处理器系列 特点： 基于ARM9TDMI ，带16位的Thumb指令集，增强代码密度最多到35%； 在0.13μm工艺下最高性能可达到300MIPS（Dhrystone 2.1测试标准）； 集成了数据和指令Chche； 32位AMBA总线接口的MMU支持； 可在0.18μm、 0.15μm和0.13μm工艺的硅芯片上实现。 ARM9TDMI ARM9E ARM9E微处理器系列 特点： ARM9E是针对微控制器、DSP和Java的单处理器解决方案； ARM?Jazelle?技术提供 8倍的 Java 加速性能 (ARM926EJ-S) ； 5-级整数流水线； 在0.13μm工艺下最高性能可达到300MIPS（Dhrystone 2.1测试标准）； 可选择的?向量浮点单元VFP9 协处理器指令优秀海浮点性能，对于3D图形加速和实时控制可达到?215MFLOP