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ARM處理器微體系結(jié)構(gòu)的演變--過去的十年中，ARM處理器經(jīng)歷了從簡單的ARM7TDMI內(nèi)核發(fā)展到最新ARM11EJ-S內(nèi)核，當前有5個產(chǎn)品系列——ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10、?SecurCore和ARM11

下面介紹ARM9微處理器系列相關(guān)特性：

ARM9系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特點：

－? ? 5級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。

－? ??提供1.1MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)。

－? ??支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。

－? ??支持32位的高速AMBA總線接口。

－? ??全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。

－? ? MPU支持實時操作系統(tǒng)。

－? ??支持數(shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。大小都為16K。

ARM9系列微處理器主要應(yīng)用于無線設(shè)備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機頂盒、高端打印機、數(shù)字照相機和數(shù)字攝像機等。

ARM9系列微處理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三種類型，以適用于不同的應(yīng)用場合。

ARM920T =ARM9TDMI core plus cache and MMU

ARM微處理器結(jié)構(gòu)

1、??RISC體系結(jié)構(gòu)：RISC結(jié)構(gòu)優(yōu)先選取使用頻最高的簡單指令，避免復(fù)雜指令

? ???1、RISC體系結(jié)構(gòu)應(yīng)具有如下特點：

－?采用固定長度的指令格式，指令歸整、簡單、基本尋址方式有2～3種。

－?使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行。

－?大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對寄存器進行操作，只有加載/?存儲指令可以訪問存儲器，以提高指令的執(zhí)行效率。

除此以外，ARM體系結(jié)構(gòu)還采用了一些特別的技術(shù)，在保證高性能的前提下盡量縮小芯片的面積，并降低功耗：

－?所有的指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結(jié)果決定是否被執(zhí)行，從而提高指令的執(zhí)行效率。

－?可用加載/存儲指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。

－?可在一條數(shù)據(jù)處理指令中同時完成邏輯處理和移位處理。

－?在循環(huán)處理中使用地址的自動增減來提高運行效率。

2、ARM微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)

ARM處理器共有37個寄存器，被分為若干個組（BANK），這些寄存器包括：

－?31個通用寄存器，包括程序計數(shù)器（PC指針），均為32位的寄存器。

－?6個狀態(tài)寄存器，用以標識CPU的工作狀態(tài)及程序的運行狀態(tài)，均為32位，目前只使用了其中的一部分。

同時，ARM處理器又有7種不同的處理器模式，在每一種處理器模式下均有一組相應(yīng)的寄存器與?之對應(yīng)。即在任意一種處理器模式下，可訪問的寄存器包括15個通用寄存器（R0～R14）、一至二個狀態(tài)寄存器和程序計數(shù)器。在所有的寄存器中，有些是在?7種處理器模式下共用的同一個物理寄存器，而有些寄存器則是在不同的處理器模式下有不同的物理寄存器。

3、ARM微處理器的指令結(jié)構(gòu)

ARM微處理器的在較新的體系結(jié)構(gòu)中支持兩種指令集：ARM指令集和Thumb指令集。其?中，ARM指令為32位的長度，Thumb指令為16位長度。Thumb指令集為ARM指令集的功能子集，但與等價的ARM代碼相比較，可節(jié)省30％?～40％以上的存儲空間，同時具備32位代碼的所有優(yōu)點。

ARM微處理器的啟動過程

1、Bootloader?的啟動：其一般要實現(xiàn)的功能如下：

(1)初始化CPU速度、存儲器、存儲器配置寄存器以及串口等；

(2)激活指令／數(shù)據(jù)Cache、建立堆棧指針、建立啟動參數(shù)區(qū)、構(gòu)造參數(shù)結(jié)構(gòu)和標識列表；

(3)通過上電自檢，來識別存在哪些設(shè)備，并報告異常，提供對電源管理中休眠／恢復(fù)的支持；

(4)跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核起始處，系統(tǒng)啟動。

ARM微處理器的工作狀態(tài)

從編程的角度看，ARM一般有兩種工作狀態(tài)：ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài)。并可在兩個狀態(tài)之間隨時切換。

ARM狀態(tài)下，大多數(shù)指令都是有條件執(zhí)行的；而Thumb狀態(tài)下，只有分支指令是有條件執(zhí)行的。

ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲器結(jié)構(gòu)

ARM體系結(jié)構(gòu)可以用兩種方式存儲：大端格式和小端格式。最大尋址空間為4GB（232字節(jié)）

在big-endian格式中，對于地址為A的字單元其中字節(jié)單元由高位到低位字節(jié)順序為A,A+1,A+2,A+3;這種存儲器格式如下所示：

31 24 23 16 15 8 7 0

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字單元A |

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半字單元A |?半字單元A+2 |

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字節(jié)單元A |?字節(jié)單元A+1 |?字節(jié)單元A+2 |?字節(jié)單元A+3|

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在little-endian格式中，對于地址為A的字單元由高位到低位字節(jié)順序為A+3,A+2,A+1,A，這種存儲格式如下所示

31 24 23 16 15 8 7 0

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字單元A |

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半字單元A+2 |?半字單元A |

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字節(jié)單元A+3 |字節(jié)單元A+2 |?字節(jié)單元A+1 |?字節(jié)單元A |

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指令長度和數(shù)據(jù)類型

ARM處理器的指令長度可以是32位（ARM狀態(tài)下），也可以是16位（Thumb狀態(tài)下）。ARM處理器支持字節(jié)（8位）、半字（16位）、字（32位）三種數(shù)據(jù)類型。其中字需要4字節(jié)對齊（地址的低兩位為0）、半字需要2字節(jié)對齊（地址的最低位為0）。

處理器模式

ARM微處理器支持7種運行模式：

——用戶模式（usr）

——快速中斷模式（fiq）

——外部中斷模式（irq）

——管理模式（svc）

——數(shù)據(jù)訪問中止模式（abt）

——系統(tǒng)模式（sys）

——未定義指令中止模式（und）

ARM體系結(jié)構(gòu)所支持的異常類型

復(fù)位、未定義指令、軟件中斷、指令預(yù)取中止、數(shù)據(jù)中止、IRQ（外部中斷請求）、FIQ（快速中斷請求）。

對中斷的響應(yīng)：

1、將下一條指令的地址存入相應(yīng)連接寄存器LR，以便程序在處理異常返回時能從正確的位置重?新開始執(zhí)行。若異常是從ARM狀態(tài)進入，LR寄存器中保存的是下一條指令的地址（當前PC＋4或PC＋8，與異常的類型有關(guān)）；若異常是從Thumb狀態(tài)?進入，則在LR中保存當前PC的偏移量。

2、將CPSR復(fù)制到相應(yīng)的SPSR。

3、根據(jù)異常的類型，強制轉(zhuǎn)換CPSR的運行模式位。

4、強制PC從相關(guān)的異常向量地址取下一條指令執(zhí)行，從而跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常處理程序處。

各類異常的具體描述：

FIQ異常是為了支持數(shù)據(jù)傳輸或者通道處理而設(shè)計的。

IRQ屬于正常的中斷請求。

ABORT意味著對存儲器的訪問失敗

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的ARM9处理器总结的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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