3arm的体系结构与指令集

1、ARM的体系结构和指令集胡振亮典型的ARM体系结构包含有32位ALU、31个32位通用寄存器及6位状态寄存器、328位乘法器、3232位桶形移位寄存器、指令译码及控制逻辑、指令流水线和数据地址寄存器等ALUARM体系结构的ALU与常用的ALU逻辑结构基本相同，由两个操作数锁存器、加法器、逻辑功能、结果及零检测逻辑构成。ALU的最小数据通路周期包含寄存器读时间、移位器延迟、ALU延迟、寄存器写建立时间、双相时钟间非重叠时间等几部分。桶形移位寄存器ARM采用了3232位桶形移位寄存器，左移右移n位、环移n位和算术右移n位等都可以一次完成，可以有效的减少移位的延迟时间。在桶形移位寄存器中，所有的输入

2、端通过交叉开关（Crossbar）与所有的输出端相连。交叉开关采用NMOS晶体管来实现高速乘法器ARM为了提高运算速度，采用两位乘法的方法，2位乘法可根据乘数的2位来实现“加移位”运算。ARM的高速乘法器采用328位的结构，完成322位乘法也只需5个时钟周期。浮点部件在ARM体系结构中，浮点部件作为选件可根据需要选用，FPA10浮点加速器以协处理器方式与ARM相连，并通过协处理器指令的解释来执行。控制器ARM的控制器采用硬接线的可编程逻辑阵列PLA，其输入端有14根、输出端有40根，分散控制Load/Store多路、乘法器、协处理器以及地址、寄存器ALU和移位器寄存器ARM内含37个寄存器，包

3、括31个通用32位寄存器和6个状态寄存器。ARM处理器发展ArchitectureFamilyARMv1ARM1ARMv2ARM2,ARM3ARMv3ARM6,ARM7ARMv4StrongARM,ARM7TDMI,ARM9TDMIARMv5ARM7EJ,ARM9E,ARM10E,XScaleARMv6ARM11, Cortex-MARMv7Cortex-A,Cortex-M,Cortex-RARMv8-左侧的一列可以视作是ARM处理器的各个“代”，而右侧则是同一代的各个“家族”（或者说“系列”）。现在基本已是ARMv7的时代，ARMv6及更早的Architecture只在一些低端的设备上能见

4、到了。而ARMv8则是ARM平台的未来时，被设计为64位的架构，显然不是主要面向移动设备的。不过到现在为止ARMv8也只是有一些资料，离真正面世还有一段时间。ARM寄存器组ARM处理器共有37个寄存器。其中包括：31个32位通用寄存器（含程序计数器PC在内），以及6个32位状态寄存器。CORTEX-A8多了三个寄存器 ： R13_mon、R14_mon、CPSR_mon许多寄存器都有专门用途，并且使用别名来操作。例如：R9-SB，静态基地址寄存器。R10-SL，数据堆栈限制指针。R11-FP，(frame pointer) 帧指针。R12-IP，（Intra-Procedure-call Sc

5、ratch Register）子程序内部调用暂存寄存器。R13-SP，堆栈指针stack pointerR14-LR，连接寄存器linker register，用于跳转后返回（PCPC，程序计数器program counter，用于指向程序执行代码。寄存器使用规则CPSR：当前程序状态寄存器，其数值反映出当前程序运行的一些状态指示。SPSR：保存程序状态寄存器，在程序调用等情况下，需要保存一下当前程序状态寄存器的值（SPSR=CPSR），便于日后回复。SP(R13)：堆栈指针寄存器，其值用于执行当前堆栈栈顶（或栈底）位置。LR(R14)：链接返回寄存器，保存要返回的地址，PCR0 = R0 +

6、 10 特点：快，单周期；但受合法立即数的限制；寄存器寻址利用寄存器中的值作为操作数，如：ADD R0，R1，R2 -R0 = R 1 + R 2特点：也是单周期寄存器移位寻址寄存器中的值移位后得到操作数，用到桶形移位器 介绍一下桶形移位器： LSL：（逻辑左移），相当于无符号数x2； ASR： （算术右移），相当于带符号的数除2； LSR： （逻辑左移），相当于无符号数除2； ROR：（循环右移），相当于位轮换； RRX：（带扩展的循环右移），位轮换， 如：ADD R0，R1，R2，LSL #2 -R0 = R1 + R2R0 = R1，取出R1存的地址中的值，赋给R0；基址变址寻址基址寄存

7、器的内容与指令中的偏移量相加，得到有效操作数的地址，然后访问该地址空间；分三种： 1）、前索引： 如：LDR R0，R1，#4 -R1存的地址+4，访问新地址里面的值，放到R0； 2）、自动索引： 如：LDR R0， R1，#4！ -在前索引的基础上，新地址回写进R1； 注：！表示回写地址 3）、后索引： 如：LDR R0 R1，#4 -R1存的地址的内容写进R0，R1存的地址+4再写进R1；多寄存器寻址一条指令完成多个寄存器的传送，最多16个寄存器； 如：STMxx R0！，R1-R5 注：xx是IDAB的任意组合：I-增；D-减；A-后；B-先； 执行这类指令要考虑如下几个问题： 1）、基址寄存器指向原始地址有没有放一个有效值？ 2）、寄存器列表哪个寄存器被最先传送？ 3）、存储器地址增长方向？ 4）、指令执行完成后，基址寄存器有没有指向一个有效值？ LDMIA R0, R1, R2, R3, R4; R1R0 ; R2R0+4 ; R3R0+8 ; R4R0+12 相对寻址相对寻址以程序计数器PC的当前值为基地址，指令中的地址标号作为偏移量，将两者相加之后得到操作数的有效地址BL NEXT; 跳转到子程序NEXT 处执行NEXTMOV PC, LR; 从子程序返回堆栈寻址 先进先出