《ARM体系结构》PPT课件

©2005博创科技北京博创兴业科技有限公司BEIJNGUNIVERSALPIONEERINGTECHNOLOGYCo.,LTD博创科技嵌入互动ARM体系结构博创科技嵌入互动©2005博创科技目录1总体介绍2ARM处理器的分类3流水线（pipeline）4模式（model）和寄存器5异常和异常向量表6存储和I/O7AHBA总线©2005博创科技北京博创兴业科技有限公司BEIJNGUNIVERSALPIONEERINGTECHNOLOGYCo.,LTD博创科技嵌入互动1总体介绍博创科技嵌入互动©2005博创科技1.1ARM公司和ARM处理器1）ARM是一个CPU内核。ARM公司自己并不生产或销售芯片，它采用技术授权模式，通过出售芯片技术授权，收取授权费和技术转让费。2）基于ARM内核的处理器是目前消费类电子市场中占有量第一的处理器，尤其是手机行业。3）ARM是“AdvancedRISCMachine”的缩写，最早的ARM处理器诞生于80年代的英国。博创科技嵌入互动©2005博创科技1.2ARM处理器的使用量ARM2003博创科技嵌入互动©2005博创科技1.3ARM处理器的特点支持CACHE和MMUCACHE的冯·诺依曼体系结构/哈佛体系结构RISC指令集固定的32位指令Load/Store体系结构大多数指令单周期完成流水线执行Thumb\DSP\jazeller功能扩展低功耗博创科技嵌入互动©2005博创科技支持CACHE和MMU(1)1、为什么采用高速缓存微处理器的时钟频率比内存速度提高快得多，高速缓存可以提高内存的平均性能。2、高速缓存的工作原理高速缓存是一种小型、快速的存储器，它保存部分主存内容的拷贝。CPU高速缓存控制器CACHE主存数据数据地址博创科技嵌入互动©2005博创科技MMU(MemoryManagementUnit)虚实地址变换内存地址访问保护支持CACHE和MMU(2)博创科技嵌入互动©2005博创科技指令寄存器控制器数据通道输入输出中央处理器存储器程序指令0指令1指令2指令3指令4数据数据0数据1数据2CACHE的冯·诺依曼体系结构模型ARM7博创科技嵌入互动©2005博创科技指令寄存器控制器数据通道输入输出中央处理器程序存储器指令0指令1指令2数据存储器数据0数据1数据2地址指令地址数据CACHE哈佛体系结构模型ARM9+博创科技嵌入互动©2005博创科技RISC指令集RISC：精简指令集（ReducedInstructionSetComputer)指令集中的指令长度（大小）基本一致在通道中只包含最有用的指令确保数据通道快速执行每一条指令使CPU硬件结构设计变得更为简单博创科技嵌入互动©2005博创科技RISC与CISCCISCRISCIFIDREGALUMEM开始退出IFIDALUMEMREG微操作通道开始退出单通数据通道博创科技嵌入互动©2005博创科技流水线操作流水线技术：几个指令可以并行执行提高了CPU的运行效率内部信息流要求通畅流动译码取指执行add译码取指执行sub译码取指执行cmp时间AddSubCmp博创科技嵌入互动©2005博创科技1.4命名的含义标志含义说明T支持Thumb指令集Thumb指令集版本1：ARMv4TThumb指令集版本2：ARMv5TThumb-2：ARMv6TD片上调试M支持长乘法32位乘32位得到64位，32位的乘加得到64位IEmbeddedICEEDSP指令增加了DSP算法处理器指令：16位乘加指令，饱和的带符号数的加减法，双字数据操作，cache预取指令JJava加速器Jazelle提高java代码的运行速度S可综合提供VHDL或Verilog语言设计文件博创科技嵌入互动©2005博创科技1.6PXA250开发板例子(上面)1.串口2.Reset键3.GPIOLED4.10兆以太网(eth1)5.10兆以太网(eth0)6.以太网卡指示灯(LED)7.电源8.电源指示灯(LED)博创科技嵌入互动©2005博创科技1.6PXA250开发板的例子(下面)1.JTAG接口2.SP03.SP14.SSP5.音频接口6.PXA250微控制器7.网卡芯片8.稳压器博创科技嵌入互动©2005博创科技目录1总体介绍2ARM处理器的分类3流水线（pipeline）4模式（model）和寄存器5异常和异常向量表6存储和I/O7AHBA总线博创科技嵌入互动©2005博创科技2ARM处理器的分类2.1基于处理器内核的分类ARM7T，ARM7E，ARM9，ARM9E，ARM10T，ARM10E，ARM112.2基于指令集体系结构的分类v4T，v5T，v5TE，v5TEJ，v62.3uClinux对ARM处理器的分类有学员问：XScale是ARM几？博创科技嵌入互动©2005博创科技2.1ARMCore（ARM核）处理器核/整数核(ProcessorCore/IntegerCore)：ARM7TDMI,ARM9TDMI,ARM9E-S，ARM10TDMI，ARM10E等。ARMCPU核(ARMCPUCores)：ARM710T/720T/740T,ARM920T/940T,ARM946E-S,ARM966E-S,ARM1020E等。基于ARMCoreCPU的应用处理器，比如：Intel的PXA25x，Philip的lpc22xx系列，Samsung的S3C44B0等。博创科技嵌入互动©2005博创科技2.1.1ARM7T和ARM7EFamilyUnifiedCache内存管理流水线级别ThumbDSPJazelleARM7TDMI无无3有无无ARM7TDMI-S无无3有无无ARM710T/720T8kMMU3有无无ARM740T8k或4kProtectionUnit3有无无ARM7EJ-S无无3有有有博创科技嵌入互动©2005博创科技2.1.1ARM7系列的升级EmbeddedTraceMacrocell----ETM博创科技嵌入互动©2005博创科技2.1.2ARM9FamilyCache内存管理流水线级别ThumbDSPJazelleARM9TDMI无无5有无无ARM920T16K/16kMMU5有无无ARM922T8k/8kMMU5有无无ARM940T4k/4kProtectionUnit5有无无博创科技嵌入互动©2005博创科技2.1.2ARM9系列的升级博创科技嵌入互动©2005博创科技2.1.3ARM9EFamilyCache内存管理流水线级别ThumbDSPJazelleARM9E-S无无5有有无ARM946E-S4k-1M/4k-1MProtectionUnit5有有无ARM966E-S无无5有有无ARM968E-S无无5有有无ARM9EJ-S无无5/6有有有ARM926EJ-S14k-128k/4k-128kMMU5/6有有有博创科技嵌入互动©2005博创科技2.1.3ARM9E系列的升级ARM926EJ-SARM946E-SARM966E-S博创科技嵌入互动©2005博创科技2.1.4ARM10E和ARM10TFamilyARM10EJ-S无无6有有有ARM1026EJ-S0,4-128k/0,4-128kMMU6有有有Cache内存管理流水线级别ThumbDSPJazelleARM10E无无6有有无ARM1020E32k/32kMMU6有有无ARM1022E16k/16kMMU6有有无ARM10TDMI无无6有无无ARM1020T32k/32kMMU6有无无博创科技嵌入互动©2005博创科技2.1.5ARM11FamilyCache内存管理流水线级别ThumbDSPJazelle浮点运算ARM1136J-S4-64kMMU8有有有无ARM1136JF-S4-64kMMU8有有有有ARM1156T2-S可配置9Thumb-2有无无ARM1156T2F-S可配置9Thumb-2有无有博创科技嵌入互动©2005博创科技2.1.6StrongARM和XScaleSA-1110（基于StrongARM）内核SA-116kI-Cache+8kD-CacheI-MMU+D-MMUPXA25x/26x/27xIXP2400(基于XScale)内核XScale7/8级流水线32kI-Cache+32kD-CacheI-MMU+D-MMU博创科技嵌入互动©2005博创科技2.1.7基于ARM的SOC博创科技嵌入互动©2005博创科技2.2指令集体系结构（ISA）ThumbDSPJazelleMediaTrustZoneThumb-2v4StrongARMv4T*ARM7T,ARM9v5T*ARM10T，XScalev5TE**ARM9E,ARM10Ev5TEJ***ARM7EJ,ARM9EJ,ARM10EJv6****ARM1136J(F)-Sv6Z*****v6T2*****ARM1156T2(F)-S注：v5T支持的Thumb是对v4T中的Thumb的扩展博创科技嵌入互动©2005博创科技2.2指令集体系结构博创科技嵌入互动©2005博创科技2.3uClinux-2.4.x的分类ARM7TDMI：Triscend-A7S，Triscend-A7V，AT91M40xxx，S3C3410X，S3C4510B，S3C4530A01，S3C44B0XARM720ARM740ARM920ARM940ARM940TSA1110博创科技嵌入互动©2005博创科技目录1总体介绍2ARM处理器的分类3流水线（pipeline）4模式（model）和寄存器5异常和异常向量表6存储和I/O7AHBA总线©2005博创科技北京博创兴业科技有限公司BEIJNGUNIVERSALPIONEERINGTECHNOLOGYCo.,LTD博创科技嵌入互动3流水线（pipeline）博创科技嵌入互动©2005博创科技3.1ARM7的流水线指令流水线的目的是提高执行速度。PC指向的是预取指令，因此如果直接读取PC值，得到的是“当前指令地址+8”从内存中取指令指令译码执行指令/读写REG博创科技嵌入互动©2005博创科技3.2更多级的流水线ARM10采用了6级流水线，但是处于兼容考虑，直接读取PC值依然等于“当前指令地址+8”。博创科技嵌入互动©2005博创科技3.3流水线对程序的影响lr=lr&15;lr=pc+lr*4;cpsr=spsr;pc=lr;andlr,lr,#15ldrlr,[pc,lr,lsl#2]movspc,lr.LCtab_irq:[e-mail][e-mail][e-mail][e-mail]__irq_invalid@0x4…….word__irq_invalid@0xf博创科技嵌入互动©2005博创科技3.4指令预取和自修改代码流水线使得CPU在执行当前指令的同时，从存储器中预取其后若干条指令。预取的指令不一定得到执行。比如发生跳转或中断。自修改代码指的是代码在执行过程中可能修改自身。被修改的指令可能和预取得指令不同，从而产生错误。博创科技嵌入互动©2005博创科技目录1总体介绍2ARM处理器的分类3流水线（pipeline）4模式（model）和寄存器5异常和异常向量表6存储和I/O7AHBA总线©2005博创科技北京博创兴业科技有限公司BEIJNGUNIVERSALPIONEERINGTECHNOLOGYCo.,LTD博创科技嵌入互动4模式和寄存器博创科技嵌入互动©2005博创科技4.1模式分类用户（User）：一般的非特权任务运行的模式。系统（System）：和用户模式共用积存器，但是权限比用户模式高。特权（SVC）：用于软件中断和重起，一般操作系统运行在该模式。快中断（FIQ）：用于快中断服务程序。中断