第2章 ARM7-9体系结构.pptx

【ARM公司和ARM处理器概述】 ARM（Advanced RISC Machines）是一家专注于设计高效、低能耗RISC（Reduced Instruction Set Computer）处理器的公司。ARM不直接生产芯片，而是将其技术授权给全球众多半导体、软件和原始设备制造商（OEM），允许它们根据需求定制和制造ARM架构的处理器。这一策略使得ARM处理器广泛应用在各种嵌入式系统、移动设备、服务器等领域。 【RISC结构特性】 ARM处理器基于RISC架构，其主要特征包括： 1. 大量的通用寄存器，提高数据处理效率。 2. 装载/保存结构，通过专门的指令进行数据的加载和存储，简化内存访问。 3. 简单的寻址模式，便于指令解析和执行。 4. 统一且固定长度的指令格式，降低指令解码复杂性。 【ARM处理器系列】 ARM发展了多个处理器系列，从最早的ARM1到最新的Cortex系列。常见的系列包括： - ARM7：适合低成本、低功耗应用。 - ARM9：提供了更高的性能和MMU支持，适用于更复杂的操作系统。 - ARM10：增强了性能和功能。 - EXscale：针对高性能应用。 - ARM11：进一步提升了性能和功耗管理。 - Cortex系列：分为A、R、M三个系列，分别针对应用、实时和微控制器市场。 【ARM体系结构的演进】 随着版本的升级，ARM体系结构不断扩展和优化： - ARMv1和ARMv2增加了32位乘法和协处理器支持。 - ARMv3引入了32位寻址、异常中断处理和MMU（Memory Management Unit）。 - ARMv4和ARMv4T加入了Thumb指令集、系统模式和软件中断。 - ARMv5TE和ARMv5TEJ增强了乘法指令、数字信号处理功能并支持Java加速。 - ARMv6引入了Thumb-2、SIMD（Single Instruction Multiple Data）和安全特性。 - ARMv7则定义了A、R、M三个子系列，满足不同应用场景的需求。 【处理器状态和模式】 ARM处理器有多种运行模式，如用户模式、系统模式、异常模式等，用于处理不同类型的程序执行和异常情况。每种模式对应一个程序状态寄存器（CPSR或SPSR），用于保存程序执行状态，例如标志位和处理器模式信息。 【中断和异常处理】 ARM体系结构支持中断和异常处理，当发生中断或异常时，处理器会自动切换到相应的处理器模式，并使用对应的程序状态寄存器保存当前状态。中断和异常向量表用于指示处理程序应跳转到何处以处理这些事件。 【存储系统】 ARM处理器的存储系统通常采用层次化结构，包括L1和L2缓存，以及内存管理单元来处理虚拟内存和物理内存的映射。存储系统的性能对整个系统的性能有着重要影响。 总结来说，ARM7/9体系结构是ARM处理器家族中的关键部分，以其高效、灵活的RISC设计和不断演进的架构满足了各种嵌入式计算需求。从最初的32位指令集、乘法指令，到现在的多核、高性能的Cortex系列，ARM架构在移动计算和物联网领域发挥了重要作用。