嵌入式系统第3章 ARM微处理器体系结构及嵌入式多核处理器简介.ppt
第3章基于ARM的处理器体系结构1
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3.1基于ARM架构的嵌入式微处理器
在多媒体技术、网络互连和开放操作系统等方面
的应用，是8位机体系结构所难以逾越的障碍，也就
正好成为选择32位嵌入式系统的主要理由。
所有的ARM芯片在内核上保持高度的兼容性，这
样在学习和开发嵌入式系统中就可以使用通用的开
发、调试工具。目前ARMCPU内核里面都有一个
EmbeddedICE逻辑模块，用于采集CPU总线信号，而
对EmbeddedICE以及CPU执行单元的通信是通过扫描
线来进行的，所有的扫描线都受到测试访问控制端
口（TAP）控制，并通过芯片与JTAG接口连接，故可
保持不同CPU之间的接口控制的兼容性。调试工具只
要支持TAP端口访问，就能进行ARM的系统调试。
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32位体系结构的性能优势
（1）寻址空间大在ARM的体系结构里，所有的资
源，如存储器、控制寄存器、I/O端口等都是在有
效地址空间内采用统一编址的，方便了程序在不同
处理器间的移植。
（2）运算和数据处理强采用了先进的CPU设计理
念、多总线接口（哈佛结构）、多级流水线、高速
缓存、数据处理增强等技术，这样几乎所有的通信
协议栈都能在32位CPU中轻松实现。使得C、C++、
Java等高级语言得到了广泛的应用空间。另外多数
的微处理器都包含有DMA控制器，这样就进一步提
高了整个芯片的数据能力。
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32位体系结构的性能优势
（3）操作系统的支持
如果某个系统需要有多任务的调度、图
形化的人机界面、文件管理系统、网络协议
等需求，那么就必须使用嵌入式操作系统。
一般复杂的操作系统在多进程管理中还需要
有硬件存储器保护单元（MPU）或管理单元
（MMU）的支持。目前ARM9以上的微处理器
均有这些支持，可运行Linux、WinCE和
VxWorks等众多操作系统。
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3.1.1基于指令集体系结构的分类版本
ARM架构处理器定义了6种不同的版本：
lV1版架构:基本的数据处理指令（无乘法）；字
节、半字和字的Load/Store指令；转移指令，包
括子程序调用及链接指令；软件中断指令；寻址空
间64MB（226）。
lV2版架构:在V1版上进行了扩充，例如ARM2和
ARM3架构，并增加了以下功能：乘法和乘加指令；
支持协处理器操作指令；快速中断模式；SWP/SWPB
的基本存储器与寄存器交换指令；寻址空间64MB。
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3.1.1基于指令集体系结构的分类版本
lV3版架构:V3架构对ARM体系结构作了较大的改动，
把寻址空间增至32位，增加了当前程序状态寄存器
CPSR和存储程序状态寄存器SPSR，以便增强对异常情
况的处理。增加了中止和未定义二种处理模式。ARM6
就是采用该版架构。
lV4版架构:它在V3版架构上作了进一步扩充，使ARM
使用更加灵活。ARM7、ARM8、ARM9都采用该版结构。
增加功能有符号化和半符号化半字及符号化字节的存
取指令；增加了16位的Thumb指令集；完善了软件中
断SWI指令的功能；处理器系统模式引进特权方式时
使用用户寄存器操作；把一些未使用的指令空间扑获
为未定义指令。
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3.1.1基于指令集体系结构的分类版本
lV5版架构：ARM10和XScale都采用该版架构。新增
指令有：带有连接和交换的转移BLX指令；计数前导
零CLZ指令；BBK中断指令；增建了数字信号处理指
令；为协处理器增加了更多可选择的指令。
lV6版架构：是在低功耗的同时，还强化了图形处理
性能，追加有效进行多媒体处理的SIMD功能。于
2002年推出，ARM11采用该架构，具体新增加了以
下功能：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