ARM处理器

ARM处理器是一个32位元精简指令集。

微软在2012年10月26日发布的Windows 8操作系统也支持ARM系列处理器。

在同一天发布的ARM架构版本微软Surface(搭载Windows RT操作系统)中,微软已经采用了ARM处理器,这款产品或许意味着Windows平板电脑已经成为现实。

ARM处理器7种工作模式(特权模式 特权模式异常模式)

用户模式(USR):正常程序执行模式,不能直接切换到其他模式

系统模式(SYS):运行操作系统的特权任务,与用户模式类似,但具有可以直接切换到其他模式等特权

快中断模式(FIQ):支持高速数据传输及通道处理,FIQ异常响应时进入此模式

中断模式(IRQ):用于通用中断处理,IRQ异常响应时进入此模式

管理模式(SVC):操作系统保护模式,系统复位和软件中断响应时进入此模式(由系统调用执行软中断SWI命令触发)

中止模式(ABT):用于支持虚拟内存和/或存储器保护,在ARM7TDMI没有大用处

未定义模式(UND):支持硬件协处理器的软件仿真,未定义指令异常响应时进入此模式

除用户模式外,其余6种工作模式都属于特权模式

特权模式中除了系统模式以外的其余5种模式称为异常模式

大多数程序运行于用户模式

进入特权模式是为了处理中断、异常、或者访问被保护的系统资源

硬件权限级别:系统模式 > 异常模式 > 用户模式

快中断与慢中断区别:快中断处理时禁止中断

1.体积小、低功耗、低成本、高性能。

2.支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集。

3.大量使用寄存器,指令执行速度更快。

4.大多数数据操作都在寄存器中完成。

5.寻址方式灵活简单,执行效率高。

6.指令长度固定。

体系结构

1、CISC(Complex Instruction Set Computer,复杂指令集计算机)

在CISC指令集的各种指令中,大约有20%的指令会被反复使用,占整个程序代码的80%。而余下的80%的指令却不经常使用,在程序设计中只占20%。

2、RISC(Reduced Instruction Set Computer,精简指令集计算机)

RISC结构优先选取使用频最高的简单指令,避免复杂指令;将指令长度固定,指令格式和寻地方式种类减少;以控制逻辑为主,不用或少用微码控制等

RISC体系结构应具有如下特点:

1、采用固定长度的指令格式,指令归整、简单、基本寻址方式有2～3种。

2、使用单周期指令,便于流水线操作执行。

3、大量使用寄存器,数据处理指令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。

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:

4、所有的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。

5、可用加载/存储指令批量传输数据,以提高数据的传输效率。

6、可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理。

7、在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。

ARM处理器寄存器结构

ARM处理器共有37个寄存器,被分为若干个组(BANK),这些寄存器包括:

1、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。

2、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,只使用了其中的一部分。

ARM处理器指令结构

ARM微处理器的在较新的体系结构中支持两种指令集:ARM指令集和Thumb指令集。其中,ARM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代码相比较,可节省30%～40%以上的存储空间,同时具备32位代码的所有优点。

ARM7系列  ARM9系列  ARM9E系列  ARM10E系列

SecurCore系列  Intel的Xscale  Intel的StrongARM ARM11系列

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。