ARM微处理器概述

1、ARM应用系统设计第一章 ARM微处理器概述余黎煌东北大学信息科学与工程学院电子信息工程研究所占ARM概述ARM是什么？ Advanced RISC Machines 一个公司的名字英国知识产权核（IP）设计 公司一类微处理器的通称 一种技术的名字（ARM微处理器孩）右 ARM 一 锂“日 RISC Machines特点体积小.低功耗.低成本.高性能支持Thumb （ 16位）/ARM （32位）双指令集全球众多的合作伙伴总线结构中央处理器吗诺依曼体系结构模柬冯诺依曼结构（Von Neumann Architecture） 蠶翹和数据共用-个公共的存储空间和单-的地址与存储器- 一 O1 23

2、 程-旨旨旨旨-数据数据0数坯2右指令的执行周期T-1)取指令(Instruction Fetch)： TF 2)指令译码(Instruction Decode) : TD-3)执行指令(Instruction Execute) : TE 4)存储(Storage) : TS每条指令的执行周期：T= Tf+Td+Te+Ts于依曼体系的特点-1）数据与指令都存储在同一存储区屮，取指 令与取数据利用同一数据总线。 2）被早期大多数计算机所采用 3） ARM7冯诺依曼体系结构简单,但速度较慢。取指不能同时取数据右RISC技术和流水线技术结构（Harvard Architecture）程序代码和数据的

3、存储空间分开，并行地进行指令和数据的 处理，从而可以大大地提离运算的速度中央处理器哈佛体系姑构模型4佛体系结构的特点1）程序存储器与数据存储器分开. 2）提供了较大的存储器带宽，各广I有白己的 总线。 3）适合于数字信号处理. 4）大多数DSP都是哈佛结构. 5） ARM9是哈佛结构-6）取指和取数在同一周期进行，提髙速度，改进哈佛体系结构分成三个存储区：程序、数据、 程序和数据共用。RISC体系结构RISC寺点如下:精简指令集计算机RISC结构的产生是相对于传统的复杂指令集计算机CISC结构而言的。RISC技术和流水线技术流水线(Pipeline)技术：几个指令可以并行执行 提高了 CPU的

4、运行效率单周期指令3级流水线操作AM BA总线ARM72.2.3 ARM的流水线结构ARM5ARNillKl取执厅访存写入< Fetch >(Decode)Execute)Memory* Write)预欣发送译码执if访存坊入(Fetch >< Issue)< Decode)(Execute)< Memory)Write)Hl取他取发必译码转換执行访存写入(Ftch)(Fetch)(Issue)(Decode >< Snny)(Execute)< Memorj*)< Write >ARM微控制器使用的MAMBA总线体系结构AM

5、BA (Advanced Microcontroller Bus Architecture)是ARM公司公布的总线标准，先 进的AMBA规范定义了三种总线:AHB总线(Advanced High-performance Bus):用于连接高性能系统模块。它支持突发数 据传输方式及单个数据传输方式，所有时序参考 同一个时钟沿。ASB总线(Advanced System Bus):用于 连接高性能系统模块，在不必要适用AHB的高速 特性的场合,它支持突发数据传输模式。APB总线(Advance Peripheral Bus):是一 个简单接口支持低性能的外围接口。俺収Wi执厅<F<tc

6、h)(Decode)(Execute)右ARM微处理器的体系结构(1)RISC体系结构特点：在进行指令系统设计时，只选择使用频率很高的指令，在此基础上增加 少童能有效支持操作系统和高级语言实现以及其他功能的指令，使指令 条数大大减少采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有23种使用单周期指令，便于流水线操作执行大童使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加栽/存储指 令可以访问存储器，以提高指令的执行效率为提高指令执行速度，大部分指令直接采用硬件电珞实现，少童采用磁 码实现右ARM微处理器的体系结构(2)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

7、芯片的面积，并降低功耗。大多数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可用加载/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在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率LDR流水线举例周期ADD SUB LDR MOVAND ORRExecuteDecodeExecuteFetchDecodeExecuteDataWritebackFetchDecodeExecuteFetchDecodeFetch23456该例中，用6周期执行了 4条指令指令周期数(CPI) = 1.5分支流水线举例周期12345地址換作0x8000BL Fetch C©codeExecuteLinkretAdjust0x8004X1FetchDeco