ARM架構(gòu)基本理論

一、ARM的簡(jiǎn)介

ARM（Advanced RISC Machine）是一種基于RISC（Reduced Instruction Set Computing）架構(gòu)的計(jì)算機(jī)處理器架構(gòu)，由ARM Holdings（ARM公司）開發(fā)和授權(quán)給其他公司生產(chǎn)和銷售。

ARM架構(gòu)最初是為低功耗、高效能的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，如智能手機(jī)、平板電腦、數(shù)字電視、路由器、音頻設(shè)備、控制器等。隨著技術(shù)的發(fā)展，ARM處理器也逐漸應(yīng)用于更多的領(lǐng)域，如服務(wù)器、超級(jí)計(jì)算機(jī)等。

ARM處理器具有低功耗、高效能、可擴(kuò)展性、可靠性等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。目前，ARM處理器已經(jīng)成為移動(dòng)設(shè)備和嵌入式系統(tǒng)中最常用的處理器架構(gòu)之一，也是全球最流行的處理器架構(gòu)之一。

處理器的指令架構(gòu)分為：

• CISC（Complex Instruction Set Computer）：復(fù)雜指令集，CISC CPU 包含有豐富的單元電路，因而功能強(qiáng)、面積大、功耗大。具有大量的指令和尋址方式，各種指令的使用頻率相差懸殊其中80%的程序只使用20%的指令，大多數(shù)程序只使用少量的指令就能夠運(yùn)行。因此人們對(duì)于指令系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，將復(fù)雜的指令用簡(jiǎn)單的指令組合使用，于是就形成RISC指令集。
• RISC（Reduced Instruction Set Computer）：精簡(jiǎn)指令集，選取使用頻率最高的一些簡(jiǎn)單指令，復(fù)雜指令的功能由簡(jiǎn)單指令的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，只有Load/Store(取數(shù)/存數(shù))指令訪存，其余指令的操作都在寄存器之間進(jìn)行。特別重視編譯優(yōu)化工作，以減少程序執(zhí)行時(shí)間。從指令系統(tǒng)兼容性看，CISC大多能實(shí)現(xiàn)軟件兼容，即高檔機(jī)包含了低檔機(jī)的全部指令，并可加以擴(kuò)充。但RISC簡(jiǎn)化了指令系統(tǒng)，指令條數(shù)少，格式也不同于老機(jī)器，因此大多數(shù)RISC機(jī)不能與老機(jī)器兼容。
  例如：有N條指令，每條指令運(yùn)行的時(shí)間為T，而CISC指令的運(yùn)行時(shí)間為T1=N*T,而RISC指令可以將一條指令分解成3條指令（取指令、譯碼、執(zhí)行）。,每條指令的時(shí)間是T/3，則T2=(N+2)/3*T

二、ARM技術(shù)

1、ARM的基本數(shù)據(jù)類型

ARM采用32位架構(gòu)，ARM的基本數(shù)據(jù)類型有以下3種。
Byte：字節(jié)，8bit。
Halfword：半字，16bit（半字必須與2字節(jié)邊界對(duì)齊）。
Word：字，32bit（字必須與4字節(jié)邊界對(duì)齊）。

字邊界對(duì)齊是以0，4，8…為首地址，即首地址的低2位必須0 (0000、0100、1000、1100)。
半字邊界對(duì)齊是以0，2，4…為首地址，即首地址的低1位必須0 (0000、0010、0100、0110）。

2、處理器的兩種工作狀態(tài)

ARM狀態(tài)：32位，ARM狀態(tài)執(zhí)行字對(duì)齊的32位ARM指令。
Thumb狀態(tài)，16位，執(zhí)行半字對(duì)齊的16位指令。

用Bx Rm指令來(lái)進(jìn)行兩種狀態(tài)的切換：
其中Bx是跳轉(zhuǎn)指令，而Rm是寄存器（1個(gè)字，32位），如果Rn的位為1，則進(jìn)入Thumb狀態(tài)；如果Rn的位為0，這進(jìn)入ARM狀態(tài)。（原 因：ARM指令的后兩位始終為0，沒(méi)有用，而Thumb指令的后一位始終為0，沒(méi)有用，因此采用位0來(lái)表示ARM指令與Thumb指令的切換標(biāo)志位。）
　　
ARM指令集和THUMB指令集的關(guān)系:
THUMB指令集是ARM指令集的子集，所有的Thumb指令都有相對(duì)應(yīng)的ARM指令。Thumb的體系結(jié)構(gòu)還不是很完整，所以不能要求處理器，只支持Thumb代碼，卻不支持ARM指令集。Thumb代碼對(duì)通用功能支持較好，對(duì)于一些非通用功能，則可以借用ARM指令集。所以應(yīng)用程序可以混合使用ARM指令和Thumb程序，以達(dá)到提升性能和代碼密度的目的。同時(shí)可以降低功耗、節(jié)約成本。

3、ARM處理器的兩種存儲(chǔ)格式

ARM體系結(jié)構(gòu)可以用兩種方法存儲(chǔ)數(shù)據(jù)字，稱之為大端模式（Big-Endian)和小端模式 (Little-Endian)。
?。?）大端模式：在這種模式中，32位數(shù)據(jù)字的高字節(jié)存儲(chǔ)在低地址中，而數(shù)據(jù)字的低字節(jié)則存放在高地址中。
?。?）小端模式:與大端模式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)完全不同，在小端模式下，32位數(shù)據(jù)字的高字節(jié)存放在高地址，而低字節(jié)存放在低地址。
　
通常習(xí)慣使用小端模式。

4、ARM處理器的工作模式

5、31個(gè)通用寄存器

R13(SP)：指向堆棧，保護(hù)中斷程序。
R14(LR)：鏈接寄存器，返回地址。
R15(PC)：程序計(jì)數(shù)器，指向下一條執(zhí)行指令的地址。
CPSR：狀態(tài)寄存器。

發(fā)生中斷的程序跳轉(zhuǎn)：

6、狀態(tài)寄存器

（1）條件碼標(biāo)志
N、Z、C、V，最高4位稱為條件碼標(biāo)志。ARM的大多數(shù)指令可以條件執(zhí)行的，即通過(guò)檢測(cè)這些條件碼標(biāo)志來(lái)決定程序指令如何執(zhí)行。

N：在結(jié)果是有符號(hào)的二進(jìn)制補(bǔ)碼情況下，如果結(jié)果為負(fù)數(shù)，則N=1；如果結(jié)果為非負(fù)數(shù)，則N=0。
Z：如果結(jié)果為0，則Z=1;如果結(jié)果為非零，則Z=0。
C：對(duì)于加法指令（包含比較指令CMN），如果產(chǎn)生進(jìn)位，則C=1;否則C=0。 對(duì)于減法指令（包括比較指令CMP），如果產(chǎn)生借位，則C=0;否則C=1。對(duì)于有移位操作的非法指令，C為移位操作中最后移出位的值。對(duì)于其他指令，C通常不變。
V：對(duì)于加減法指令，在操作數(shù)和結(jié)果是有符號(hào)的整數(shù)時(shí)，如果發(fā)生溢出，則V=1;如果無(wú)溢出發(fā)生，則V=0;對(duì)于其他指令，V通常不發(fā)生變化。
（2）控制位
I：為1時(shí)，IRQ中斷禁止，清零時(shí)中斷允許。
F：為1時(shí)，F(xiàn)IQ中斷禁止，清零時(shí)中斷允許。文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-430838.html

到了這里，關(guān)于ARM架構(gòu)基本理論(1)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！