03 ARM体系结构及编程模型.pdf

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1、11提纲1 1 13 3 32 2 24 4 45 5 5ARM技术的应用领域及特点ARM 处理器的寄存器组织ARM处理器的工作模式ARM微处理器系列6 6 67 7 7第三章 ARM体系结构及编程模型ARM 异常处理ARM处理器的工作状态ARM处理器的存储器格式2ARMAdvanced RISC Machines?ARM（Advanced RISC Machines），既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。），既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。ARM技术的应用领域及特点?1991年年A

2、RM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。3ARM 公司的Chip less模式?世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。ARM技术的应用领域及特点?基于基于ARM技术的微处理器应用约占据了技术的微处理器应用约占据了32位位RISC微处理器微处理器75以上的市场份额，以上的市场份额，A

3、RM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。?我国的中兴集成电路、大唐电讯、中芯国际和上海华虹，以及国外的一些公司如德州仪器、意法半导体、Philips、Intel、Samsung等都推出了自己设计的基于ARM核的处理器。我国的中兴集成电路、大唐电讯、中芯国际和上海华虹，以及国外的一些公司如德州仪器、意法半导体、Philips、Intel、Samsung等都推出了自己设计的基于ARM核的处理器。4ARM微处理器的应用领域?工业控制领域：作为32的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领

4、域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。工业控制领域：作为32的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。ARM技术的应用领域及特点?到目前为止，到目前为止，ARM微处理器及技术的应用已经广泛深入到国民经济的各个领域微处理器及技术的应用已经广泛深入到国民经济的各个领域5ARM微处理器的应用领域ARM技术的应用领域及特点?网络应用：随着宽带技术的推广，采用网络应用：随着宽带技术的推广，采用ARM技术的技

5、术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外，芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM在语音及视频处理上进行了优化，并获得广泛支持，也对在语音及视频处理上进行了优化，并获得广泛支持，也对DSP的应用领域提出了挑战的应用领域提出了挑战(现在一般是双核结构，或融入了现在一般是双核结构，或融入了RISC的的DSP)。?消费类电子产品：消费类电子产品：ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。?成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术

6、。手机中的技术。手机中的32位位SIM智能卡也采用了智能卡也采用了ARM技术。技术。?6ARM微处理器的特点低功耗、低成本、高性能低功耗、低成本、高性能?采用RISC指令集ARM技术的应用领域及特点?低功耗、低成本、高性能低功耗、低成本、高性能?使用大量的寄存器?ARM/THUMB指令支持?三/五级流水线27ARM微处理器的特点采用RISC体系结构采用RISC体系结构ARM技术的应用领域及特点?采用采用RISC架构的架构的ARM处理器一般具有如下特点：处理器一般具有如下特点：?固定长度的指令格式，指令归整、简单、基 本寻址方式有固定长度的指令格式，指令归整、简单、基 本寻址方式有23种；种；?

7、使用单周期指令，便于流水线操作执行；使用单周期指令，便于流水线操作执行；?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。存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。8ARM微处理器的特点大量使用寄存器大量使用寄存器ARM技术的应用领域及特点?ARM 处理器共有处理器共有37个寄存器，被分为若干个组，这些寄存器包括：个寄存器，被分为若干个组，这些寄存器包括：?31个通用寄存器，包括程序计数器（个通用寄存器，包括程序计数器（PC 指针），均为指针），均为32位的寄存器；位的寄存器；?

8、6个状态寄存器，用以标识个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态及程序的运行状态，均为的工作状态及程序的运行状态，均为32位。位。9ARM微处理器的特点高效的指令系统高效的指令系统ARM技术的应用领域及特点?ARM微处理器支持两种指令集：微处理器支持两种指令集：ARM指令集和指令集和Thumb指令集。指令集。?ARM指令为指令为32位的长度，位的长度，Thumb指令为指令为16位长度。位长度。Thumb指令集为指令集为ARM指令集的功能子集，但与等价的指令集的功能子集，但与等价的ARM代码相比较，可节省代码相比较，可节省3040以上的存储空间，同时具备以上的存储空间，同时具备32位代码的所有优点

9、。位代码的所有优点。10ARM微处理器的特点其他技术其他技术ARM技术的应用领域及特点除此以外，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：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：?所有的所有的ARM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。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。?可用加载可用加载/存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率。存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率。?可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理。可在一条

10、数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理。?在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。11ARM体系结构的版本?ARM体系结构共定义了6个版本：V1-V6?V1和V2只支持26位地址空间，目前已经不再使用。?版本3以上使用32位地址空间。?从版本4，增加了T变种。?版本6主要用于低功耗的媒体处理12ARM体系版本的命名格式?ARMv16?T变种?E变种?J变种?V4后，均带M变种功能313ARM微处理器系列ARM微处理器系列?ARM7系列系列?ARM9系列系列?ARM9E系列系列?ARM10E系列系列?SecurCore系列系列?Intel的的

11、Xscale?其中，其中，ARM7、ARM9、ARM9E和和ARM10为为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。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。系列专门为安全要求较高的应用而设计。14ARM7微处理器系列?ARM7系列是低功耗的系列是低功耗的32位位RISC处理器，最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。处理器，最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。ARM7系列有如下特点：系列有如下特点：?具有嵌入式具有嵌入式ICERT逻辑，调试开发方便；逻辑，调

12、试开发方便；?极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品；极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品；?能够提供能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构；的三级流水线结构；?兼容兼容16位的位的Thumb指令集，代码密度高；指令集，代码密度高；?对操作系统的支持广泛，如对操作系统的支持广泛，如Windows CE、uCLinux、Palm OS等；等；?指令系统与指令系统与ARM9系列、系列、ARM9E系列和系列和ARM10E系列兼容，便于用户的产品升级换代；系列兼容，便于用户的产品升级换代；?主频最高可达主频最高可达130M，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用。

13、，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用。ARM微处理器系列15ARM7微处理器系列ARM微处理器系列?主要应用领域：工业控制、主要应用领域：工业控制、Internet设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。?ARM7系列微处理器包括如下几种类型的核：系列微处理器包括如下几种类型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其中，。其中，ARM7TMDI是目前使用最广泛的是目前使用最广泛的32位嵌入式位嵌入式RISC处理器，属低端处理器，属低端ARM处理器核。处理器核。TDMI

14、的基本含义为：的基本含义为：T：支持：支持16位压缩指令集位压缩指令集Thumb；D：支持片上：支持片上Debug；M：内嵌硬件乘法器（：内嵌硬件乘法器（Multiplier）I：嵌入式：嵌入式ICE，支持片上断点和调试点；，支持片上断点和调试点；16ARM9微处理器系列ARM微处理器系列?ARM9系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的表现。具有以下特点：系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的表现。具有以下特点：?5级流水线，指令执行效率更高。级流水线，指令执行效率更高。?提供提供1.1MIPS/MHz的哈佛结构。的哈佛结构。?支持支持32位位ARM指令集和指令集和16位位Th

15、umb指令集。指令集。?支持支持32位的高速位的高速AMBA总线接口。总线接口。?全性能的全性能的MMU，支持，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统。等多种主流嵌入式操作系统。?MPU支持实时操作系统。支持实时操作系统。?支持数据支持数据Cache和指令和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力。，具有更高的指令和数据处理能力。17ARM9微处理器系列?ARM9系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数字摄像机等。ARM9系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数

16、字摄像机等。ARM微处理器系列?ARM9系列微处理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三种类型，以适用于不同的应用场合。ARM9系列微处理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三种类型，以适用于不同的应用场合。18ARM9E微处理器系列ARM微处理器系列?ARM9E系列微处理器的主要特点如下：ARM9E系列微处理器的主要特点如下：?支持支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。?5级流水线，指令执行效率更高。级流水线，指令执行效率更高。?支持支持32位位ARM指令集和指令集和16位位Thumb指令集。指令集。?支

17、持支持32位的高速位的高速AMBA总线接口。总线接口。?支持支持VFP9浮点处理协处理器。浮点处理协处理器。?全性能的全性能的MMU，支持众多主流嵌入式操作系统。，支持众多主流嵌入式操作系统。?支持数据支持数据Cache和指令和指令Cache，具有更高的处理能力。，具有更高的处理能力。?主频最高可达主频最高可达300M。419ARM9E微处理器系列?ARM9E系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、存储设备和网络设备等领域。ARM9E系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、存储设备和网络设备等领域。ARM微处理器系列?ARM9E系列微

18、处理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM966E-S三种类型，以适用于不同的应用场合。ARM9E系列微处理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM966E-S三种类型，以适用于不同的应用场合。20ARM10E微处理器系列ARM微处理器系列?ARM10E系列微处理器的主要特点如下：ARM10E系列微处理器的主要特点如下：?支持支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。?6级流水线，指令执行效率更高。级流水线，指令执行效率更高。?支持支持32位位ARM指令集和指令集和16位位Thumb指令集。指令集。?支持支持32

19、位的高速位的高速AMBA总线接口。总线接口。?支持支持VFP10浮点处理协处理器。浮点处理协处理器。?全性能的全性能的MMU，支持众多主流嵌入式操作系统。，支持众多主流嵌入式操作系统。?支持数据支持数据Cache和指令和指令Cache，具有更高的处理能力，具有更高的处理能力?主频最高可达主频最高可达400M。?内嵌并行读内嵌并行读/写操作部件。写操作部件。21ARM10E微处理器系列?ARM10E系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、通信和信息系统等领域。ARM10E系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、通信和信息系统等领域。AR

20、M微处理器系列?ARM10E系列微处理器包含ARM1020E、ARM1022E和ARM1026EJ-S三种类型，以适用于不同的应用场合。ARM10E系列微处理器包含ARM1020E、ARM1022E和ARM1026EJ-S三种类型，以适用于不同的应用场合。22SecurCore微处理器系列ARM微处理器系列?SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构各种主要特点外，还在系统安全方面具有如下的特点：SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构各种主要特点外，还在系统安全方面具有如下的特点：?带有灵活的保护单元，确保操作系统和应用数据的安全。带有灵活的保护单元，确保操作系统和应用

21、数据的安全。?采用软内核技术，防止外部对其进行扫描探测。采用软内核技术，防止外部对其进行扫描探测。?可集成用户自己的安全特性和其他协处理器。可集成用户自己的安全特性和其他协处理器。23SecurCore微处理器系列?SecurCore系列微处理器主要应用于一些对安全性要求较高的应用产品及应用系统，如电子商务、电子政务、电子银行业务、网络和认证系统等领域。SecurCore系列微处理器主要应用于一些对安全性要求较高的应用产品及应用系统，如电子商务、电子政务、电子银行业务、网络和认证系统等领域。ARM微处理器系列?SecurCore系列微处理器包含SecurCore SC100、SecurCore

22、 SC110、SecurCore SC200和SecurCoreSC210四种类型，以适用于不同的应用场合。SecurCore系列微处理器包含SecurCore SC100、SecurCore SC110、SecurCore SC200和SecurCoreSC210四种类型，以适用于不同的应用场合。24StrongARM微处理器系列ARM微处理器系列?Intel StrongARM处理器是便携式通讯产品和消费类电子产品的理想选择，已成功应用于多家公司的掌上电脑系列产品。处理器是便携式通讯产品和消费类电子产品的理想选择，已成功应用于多家公司的掌上电脑系列产品。?Intel StrongARM S

23、A-1100处理器是采用ARM体系结构高度集成的32位RISC微处理器。它融合了Intel公司的设计和处理技术以及ARM体系结构的电源效率，采用在软件上兼容ARMv4体系结构、同时采用具有Intel技术优点的体系结构。Intel StrongARM SA-1100处理器是采用ARM体系结构高度集成的32位RISC微处理器。它融合了Intel公司的设计和处理技术以及ARM体系结构的电源效率，采用在软件上兼容ARMv4体系结构、同时采用具有Intel技术优点的体系结构。525Xscale处理器ARM微处理器系列?Xscale 处理器是基于ARMv5TE体系结构的解决方案，是一款全性能、高性价比、低

24、功耗的处理器。它支持16位的Thumb指令和DSP指令集，已使用在数字移动电话、个人数字助理和网络产品等场合。Xscale 处理器是基于ARMv5TE体系结构的解决方案，是一款全性能、高性价比、低功耗的处理器。它支持16位的Thumb指令和DSP指令集，已使用在数字移动电话、个人数字助理和网络产品等场合。?Xscale 处理器是Intel目前主要推广的一款ARM微处理器。Xscale 处理器是Intel目前主要推广的一款ARM微处理器。26ARM微处理器的工作状态ARM微处理器的工作状态?从编程的角度看，ARM微处理器的工作状态一般有两种，并可在两种状态之间切换：从编程的角度看，ARM微处理器

25、的工作状态一般有两种，并可在两种状态之间切换：?ARM状态，此时处理器执行状态，此时处理器执行32位的字对齐的位的字对齐的ARM指令；指令；?Thumb状态，此时处理器执行状态，此时处理器执行16位的、半字对齐的位的、半字对齐的Thumb指令。指令。27ARM与THUMB?THUMB指令是ARM指令的子集ARM微处理器的工作状态?可以相互调用，只要遵循一定的调用规则?Thumb指令与ARM指令的时间效率和空间效率关系为:?存储空间约为ARM代码的6070?指令数比ARM代码多约3040?存储器为32位时ARM代码比Thumb代码快约40?存储器为16位时Thumb比ARM代码快约4050?使用

26、Thumb代码，存储器的功耗会降低约3028状态切换方法?ARM指令集和Thumb指令集均有切换处理器状态的指令，并可在两种工作状态之间切换，ARM指令集和Thumb指令集均有切换处理器状态的指令，并可在两种工作状态之间切换，ARM微处理器的工作状态?在开始执行代码时，处于ARM状态。在开始执行代码时，处于ARM状态。29进入Thumb状态进入Thumb状态?当操作数寄存器的状态位（位0）为1时，可以采用执行BX指令的方法，使微处理器从ARM状态切换到Thumb状态。当操作数寄存器的状态位（位0）为1时，可以采用执行BX指令的方法，使微处理器从ARM状态切换到Thumb状态。?当处理器处于Th

27、umb状态时发生异常（如IRQ、FIQ、Undef、Abort、SWI等），则异常处理返回时，自动切换到Thumb状态。当处理器处于Thumb状态时发生异常（如IRQ、FIQ、Undef、Abort、SWI等），则异常处理返回时，自动切换到Thumb状态。ARM微处理器的工作状态30切换到ARM状态切换到ARM状态?当操作数寄存器的状态位为0时，执行BX指令时可以使微处理器从Thumb状态切换到ARM状态。当操作数寄存器的状态位为0时，执行BX指令时可以使微处理器从Thumb状态切换到ARM状态。ARM微处理器的工作状态?在处理器进行异常处理时，把PC指针放入异常模式链接寄存器中，并从异常向量

28、地址开始执行程序，也可以使处理器切换到ARM状态。在处理器进行异常处理时，把PC指针放入异常模式链接寄存器中，并从异常向量地址开始执行程序，也可以使处理器切换到ARM状态。631处理器模式ARM微处理器的工作模式?usr：ARM处理器正常的程序执行状态（用户模式）usr：ARM处理器正常的程序执行状态（用户模式）?fiq：用于高速数据传输或通道处理（快速中断模式）fiq：用于高速数据传输或通道处理（快速中断模式）?irq：用于通用的中断处理（中断模式）irq：用于通用的中断处理（中断模式）?svc：操作系统使用的保护模式(管理员模式)svc：操作系统使用的保护模式(管理员模式)?abt：用于虚

29、拟存储及存储保护（数据访问终止模式）abt：用于虚拟存储及存储保护（数据访问终止模式）?sys：运行具有特权的操作系统任务（系统模式）sys：运行具有特权的操作系统任务（系统模式）?und：当出现未定义指令终止时进入该模式（未定义模式）und：当出现未定义指令终止时进入该模式（未定义模式）32用户模式和特权模式ARM微处理器的工作模式?除了用户模式之外的其他6种处理器模式称为特权模式除了用户模式之外的其他6种处理器模式称为特权模式?特权模式下，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。特权模式下，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。?特权模式中，除

30、系统模式外，其他5种模式又称为异常模式特权模式中，除系统模式外，其他5种模式又称为异常模式?大多数的用户程序运行在用户模式下，此时，应用程序不能够访问一些受操作系统保护的系统资源，应用程序也不能直接进行处理器模式的切换。大多数的用户程序运行在用户模式下，此时，应用程序不能够访问一些受操作系统保护的系统资源，应用程序也不能直接进行处理器模式的切换。?用户模式下，当需要进行处理器模式切换时，应用程序可以产生异常处理，在异常处理中进行处理器模式的切换。用户模式下，当需要进行处理器模式切换时，应用程序可以产生异常处理，在异常处理中进行处理器模式的切换。33模式切换ARM微处理器的工作模式?处理器模式可

31、以通过软件进行切换，也可以通过外部中断或者异常处理过程进行切换。处理器模式可以通过软件进行切换，也可以通过外部中断或者异常处理过程进行切换。?当应用程序发生异常中断时，处理器进入相应的异常模式。在每一种异常模式下都有一组寄存器，供相应的异常处理程序使用，这样就可以保证在进入异常模式时，用户模式下的寄存器不被破坏。当应用程序发生异常中断时，处理器进入相应的异常模式。在每一种异常模式下都有一组寄存器，供相应的异常处理程序使用，这样就可以保证在进入异常模式时，用户模式下的寄存器不被破坏。?系统模式并不是通过异常进入的，它和用户模式具有完全一样的寄存器。但是系统模式属于特权模式，可以访问所有的系统资源

32、，也可以直接进行处理器模式切换。它主要供操作系统任务使用。通常操作系统的任务需要访问所有的系统资源，同时该任务仍然使用用户模式的寄存器组，而不是使用异常模式下相应的寄存器组，这样可以保证当异常中断发生时任务状态不被破坏。系统模式并不是通过异常进入的，它和用户模式具有完全一样的寄存器。但是系统模式属于特权模式，可以访问所有的系统资源，也可以直接进行处理器模式切换。它主要供操作系统任务使用。通常操作系统的任务需要访问所有的系统资源，同时该任务仍然使用用户模式的寄存器组，而不是使用异常模式下相应的寄存器组，这样可以保证当异常中断发生时任务状态不被破坏。34ARM微处理器的存储器格式?ARM体系结构所

33、支持的最大寻址空间为4GB（2ARM体系结构所支持的最大寻址空间为4GB（23232字节）字节）ARM微处理器的存储器格式?ARM体系结构将存储器看作是从零地址开始的字节的线性组合。从零字节到三字节放置第一个存储的字数据，从第四个字节到第七个字节放置第二个存储的字数据，依次排列。ARM体系结构将存储器看作是从零地址开始的字节的线性组合。从零字节到三字节放置第一个存储的字数据，从第四个字节到第七个字节放置第二个存储的字数据，依次排列。?ARM体系结构可以用两种方法存储字数据，称之为大端格式和小端格式ARM体系结构可以用两种方法存储字数据，称之为大端格式和小端格式35ARM体系结构的存储器格式大端

34、格式ARM微处理器的存储器格式?在这种格式中，字数据的高字节存储在低地址中，而字数据的低字节则存放在高地址中在这种格式中，字数据的高字节存储在低地址中，而字数据的低字节则存放在高地址中36ARM体系结构的存储器格式小端格式ARM微处理器的存储器格式?与大端存储格式相反，在小端存储格式中，低地址中存放的是字数据的低字节，高地址存放的是字数据的高字节与大端存储格式相反，在小端存储格式中，低地址中存放的是字数据的低字节，高地址存放的是字数据的高字节737存储模式选择ARM微处理器的存储器格式?小端模式是ARM处理器默认形式。小端模式是ARM处理器默认形式。?一个基于ARM内核的芯片可以只支持大端/小

35、端模式，也可以两者都支持。一个基于ARM内核的芯片可以只支持大端/小端模式，也可以两者都支持。?一般利用芯片的引脚来配置。ARM指令集中不包含直接选择大小端模式的指令。一般利用芯片的引脚来配置。ARM指令集中不包含直接选择大小端模式的指令。0 x120 x340 x56 0 x780 x780 x560 x34 0 x12低位地址低位地址高位地址高位地址大端模式小端模式数据字0 x12345678的大小端存储模式38ARM地址空间与存储器组织ARM微处理器的存储器格式?寻址空间为4GB寻址空间为4GB?使用单一平面的2使用单一平面的23232个8位字节地址空间，字节地址按无符号数排列0个8位字

36、节地址空间，字节地址按无符号数排列02321。1。?如果地址向上或向下溢出地址空间，通常会发生翻转。如果地址向上或向下溢出地址空间，通常会发生翻转。?I/O空间I/O空间?存储器映射方式。存储器映射方式。?通常I/O映射的存贮器空间没有Cache和缓冲区。通常I/O映射的存贮器空间没有Cache和缓冲区。外围寄存器程序和数据启动程序中断向量0 x000000000 xFFFFFFFF39指令长度及数据类型?ARM微处理器的指令长度可以是32位（在ARM状态下），也可以为16位（在Thumb状态下）。ARM微处理器的指令长度可以是32位（在ARM状态下），也可以为16位（在Thumb状态下）。A

37、RM微处理器的存储器格式?ARM微处理器中支持字节（8位）、半字（16位）、字（32位）三种数据类型，其中，字需要4字节对齐（地址的低两位为0）、半字需要2字节对齐（地址的最低位为0）ARM微处理器中支持字节（8位）、半字（16位）、字（32位）三种数据类型，其中，字需要4字节对齐（地址的低两位为0）、半字需要2字节对齐（地址的最低位为0）40非对齐的存储访问操作?在ARM中，如果存储单元的地址没有遵守对齐规则，则称为非对齐的存储访问操作。在ARM中，如果存储单元的地址没有遵守对齐规则，则称为非对齐的存储访问操作。ARM微处理器的存储器格式?非对齐的指令预取操作非对齐的指令预取操作?非对齐的数

38、据访问操作非对齐的数据访问操作41非对齐的指令预取操作?当处理器处于ARM状态期间，如果写入到寄存器PC中的值是非字对齐的，要么指令执行的结果不可预知，要么地址值中最低两位被忽略。当处理器处于ARM状态期间，如果写入到寄存器PC中的值是非字对齐的，要么指令执行的结果不可预知，要么地址值中最低两位被忽略。ARM微处理器的存储器格式?当处理器处于THUMB状态期间，如果写入到寄存器PC中的值是非半字对齐的，要么指令执行的结果不可预知，要么地址值中最低位被忽略。当处理器处于THUMB状态期间，如果写入到寄存器PC中的值是非半字对齐的，要么指令执行的结果不可预知，要么地址值中最低位被忽略。42非对齐的

39、数据访问操作?对于Load/Store操作，如果是非对齐的数据访问操作，系统定义了三种可能的结果：对于Load/Store操作，如果是非对齐的数据访问操作，系统定义了三种可能的结果：ARM微处理器的存储器格式?执行的结果不可预知。执行的结果不可预知。?忽略字单元地址的低两位的值，即访问地址为(address AND 0XFFFFFFFC)的字单元；忽略半字单元地址的最低位的值，即访问地址为(address AND 0XFFFFFFFE)的半字单元。忽略字单元地址的低两位的值，即访问地址为(address AND 0XFFFFFFFC)的字单元；忽略半字单元地址的最低位的值，即访问地址为(add

40、ress AND 0XFFFFFFFE)的半字单元。?忽略字单元地址的低两位的值，或忽略半字单元地址的最低位的值，忽略字单元地址的低两位的值，或忽略半字单元地址的最低位的值，由存储系统实现这种忽略由存储系统实现这种忽略。也就是说，这时该地址值原封不动地送到存储系统。也就是说，这时该地址值原封不动地送到存储系统。?当发生非对齐的数据访问时，到底采用上述三种方法中的哪一种，是由各指令指定的。当发生非对齐的数据访问时，到底采用上述三种方法中的哪一种，是由各指令指定的。843寄存器组织?ARM微处理器共有37个32位寄存器，其中31个为通用寄存器，6个为状态寄存器。但是这些寄存器不能被同时访问，具体哪

41、些寄存器是可编程访问的，取决微处理器的工作状态及具体的运行模式。但在任何时候，通用寄存器R14R0、程序计数器PC、一个或两个状态寄存器都是可访问的。ARM微处理器共有37个32位寄存器，其中31个为通用寄存器，6个为状态寄存器。但是这些寄存器不能被同时访问，具体哪些寄存器是可编程访问的，取决微处理器的工作状态及具体的运行模式。但在任何时候，通用寄存器R14R0、程序计数器PC、一个或两个状态寄存器都是可访问的。ARM微处理器的寄存器格式44ARM状态下的寄存器组织?通用寄存器：通用寄存器包括R0R15，可以分为三类：?未分组寄存器R0R7未分组寄存器R0R7?分组寄存器R8R14分组寄存器R

42、8R14?程序计数器PC(R15)程序计数器PC(R15)ARM微处理器的寄存器格式45ARM状态下的寄存器组织ARM微处理器的寄存器格式46未分组(没有备份)寄存器R0R7ARM微处理器的寄存器格式?在所有的运行模式下，未分组寄存器都指向同一个物理寄存器，他们未被系统用作特殊的用途，因此，在中断或异常处理进行运行模式转换时，由于不同的处理器运行模式均使用相同的物理寄存器，可能会造成寄存器中数据的破坏，这一点在进行程序设计时应引起注意。47分组（备份）寄存器R8R12ARM微处理器的寄存器格式?每次所访问的物理寄存器与处理器当前的运行模式有关?R8R12：每个寄存器对应两个不同的物理寄存器?当

43、使用fiq模式时，访问寄存器R8_fiqR12_fiq；?当使用除fiq模式以外的其他模式时，访问寄存器R8_usrR12_usr。48分组寄存器R13R14ARM微处理器的寄存器格式?R13、R14：每个寄存器对应6个不同的物理寄存器?其中的一个是用户模式与系统模式共用，另外5个物理寄存器对应于其他5种不同的运行模式?采用以下的记号来区分不同的物理寄存器：?R13_?R14_?mode为以下几种之一：usr、fiq、irq、svc、abt、und。949堆栈指针R13ARM微处理器的寄存器格式?R13在ARM指令中常用作堆栈指针，但这只是一种习惯用法，用户也可使用其他的寄存器作为堆栈指针。?

44、在Thumb指令集中，某些指令强制性的要求使用R13作为堆栈指针。?由于处理器的每种运行模式均有自己独立的物理寄存器R13，在初始化部分，都要初始化每种模式下的R13，这样，当程序的运行进入异常模式时，可以将需要保护的寄存器放入R13所指向的堆栈，而当程序从异常模式返回时，则从对应的堆栈中恢复。50子程序连接寄存器R14ARM微处理器的寄存器格式?R14也称作子程序连接寄存器或连接寄存器LR(LinkRegister)。当执行BL子程序调用指令时，可以从R14中得到R15（程序计数器PC）的备份。其他情况下，R14用作通用寄存器。?在每一种运行模式下，都可用R14保存子程序的返回地址，当用BL

45、或BLX指令调用子程序时，将下一条指令的地址值拷贝给R14，执行完子程序后，又将R14的值拷贝回PC，即可完成子程序的调用返回。51程序计数器PC(R15)ARM微处理器的寄存器格式?ARM状态下，位1:0为0，位31:2用于保存PC；ARM状态下，位1:0为0，位31:2用于保存PC；?Thumb状态下，位0为0，位31:1用于保存PC；Thumb状态下，位0为0，位31:1用于保存PC；?R15虽然也可用作通用寄存器，但一般不这么使用，因为对R15的使用有一些特殊的限制，当违反了这些限制时，程序的执行结果是未知的。R15虽然也可用作通用寄存器，但一般不这么使用，因为对R15的使用有一些特殊

46、的限制，当违反了这些限制时，程序的执行结果是未知的。?由于由于ARM体系结构采用了多级流水线技术，对于体系结构采用了多级流水线技术，对于ARM指令集而言，指令集而言，PC总是指向当前指令的下两条指令的地址，即总是指向当前指令的下两条指令的地址，即PC的值为当前指令的地址值加的值为当前指令的地址值加8个字节。个字节。52程序状态寄存器(CPSR/SPSR)?CPSR(当前程序状态寄存器)，CPSR可在任何运行模式下被访问，它包括条件标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志位，以及其他一些相关的控制和状态位。CPSR(当前程序状态寄存器)，CPSR可在任何运行模式下被访问，它包括条件标志位、中断禁止

47、位、当前处理器模式标志位，以及其他一些相关的控制和状态位。ARM微处理器的寄存器格式?每一种运行模式下又都有一个专用的物理状态寄存器，称为SPSR(备份的程序状态寄存器），异常发生时，SPSR用于保存CPSR的值，从异常退出时则可由SPSR来恢复CPSR。每一种运行模式下又都有一个专用的物理状态寄存器，称为SPSR(备份的程序状态寄存器），异常发生时，SPSR用于保存CPSR的值，从异常退出时则可由SPSR来恢复CPSR。?由于用户模式和系统模式不属于异常模式，他们没有SPSR，当在这两种模式下访问SPSR，结果是未知的。由于用户模式和系统模式不属于异常模式，他们没有SPSR，当在这两种模式下

48、访问SPSR，结果是未知的。53Thumb状态下的寄存器组织?Thumb状态下的寄存器集是ARM状态下寄存器集的一个子集Thumb状态下的寄存器集是ARM状态下寄存器集的一个子集ARM微处理器的寄存器格式?程序可以直接访问8个通用寄存器（R7R0）、程序计数器（PC）、堆栈指针（SP）、连接寄存器（LR）和CPSR。程序可以直接访问8个通用寄存器（R7R0）、程序计数器（PC）、堆栈指针（SP）、连接寄存器（LR）和CPSR。?同样，每一种特权模式下都有一组SP、LR和SPSR。同样，每一种特权模式下都有一组SP、LR和SPSR。54Thumb状态下的寄存器组织图ARM微处理器的寄存器格式10

49、55Thumb状态下的寄存器与ARM状态下的寄存器关系ARM微处理器的寄存器格式?Thumb状态下和ARM状态下的R0R7是相同的。Thumb状态下和ARM状态下的R0R7是相同的。?Thumb状态下和ARM状态下的CPSR和所有的SPSR是相同的。Thumb状态下和ARM状态下的CPSR和所有的SPSR是相同的。?Thumb状态下的SP对应于ARM状态下的R13。Thumb状态下的SP对应于ARM状态下的R13。?Thumb状态下的LR对应于ARM状态下的R14。Thumb状态下的LR对应于ARM状态下的R14。?Thumb状态下的程序计数器对应于ARM状态下R15。Thumb状态下的程序计

50、数器对应于ARM状态下R15。56Thumb状态下的寄存器与ARM状态下的寄存器关系图ARM微处理器的寄存器格式57访问Thumb状态下的高位寄存器（Hi-registers）?在Thumb状态下，高位寄存器在Thumb状态下，高位寄存器R8R15R8R15并不是标准寄存器集的一部分，但可使用汇编语言程序受限制的访问这些寄存器，将其用作快速的暂存器。并不是标准寄存器集的一部分，但可使用汇编语言程序受限制的访问这些寄存器，将其用作快速的暂存器。ARM微处理器的寄存器格式?使用带特殊变量的MOV指令，数据可以在低位寄存器和高位寄存器之间进行传送；高位寄存器的值可以使用CMP和ADD指令进行比较或加