第1章 ARM處理器

1.1 ARM簡(jiǎn)介

ARM是Advanced RISC Machines的縮寫(xiě)。ARM公司在1990年成立于英國(guó)，是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)。該公司不但自己設(shè)計(jì)大量廉價(jià)、高性能、低功耗的RISC處理器、開(kāi)發(fā)相關(guān)技術(shù)及軟件，而且還轉(zhuǎn)讓其設(shè)計(jì)許可，讓合作伙伴公司來(lái)生產(chǎn)各具特色的芯片。這使得ARM公司在世界范圍的合作伙伴超過(guò)100個(gè)，其中包括許多半導(dǎo)體工業(yè)的著名公司。正是這些大量的開(kāi)發(fā)工具和豐富的第三方資源，共同保證了ARM處理器核在全球的領(lǐng)先地位。

1.1.1 ARM的特點(diǎn)

ARM 公司的處理器具有性能高、成本低和能耗小的特點(diǎn)，適用于多種領(lǐng)域，如嵌入控制、教育/消費(fèi)類多媒體、DSP和移動(dòng)式應(yīng)用等。

ARM是精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)，其外型較小但性能高。它集成了非常典型的RISC結(jié)構(gòu)特性，包括：

（1）大而統(tǒng)一的寄存器文件；

（2）裝載/保存結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)處理的操作只針對(duì)寄存器的內(nèi)容，而不直接對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行操作；

（3）簡(jiǎn)單的尋址模式，所有裝載/保存的地址都只由寄存器內(nèi)容和指令域決定；

（4）統(tǒng)一和固定長(zhǎng)度的指令域，簡(jiǎn)化了指令的譯碼。

此外，ARM體系結(jié)構(gòu)還提供以下功能：

（1）每一條數(shù)據(jù)處理指令都對(duì)算術(shù)邏輯單元（ALU）和移位器控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì) ALU和移位器的最大利用；

（2）自動(dòng)增址和自動(dòng)減址的尋址模式實(shí)現(xiàn)了程序循環(huán)的優(yōu)化；

（3）多寄存器裝載和存儲(chǔ)指令實(shí)現(xiàn)最大數(shù)據(jù)吞吐量；

（4）所有指令都能以最快的速度執(zhí)行。

這些在基本RISC結(jié)構(gòu)上增強(qiáng)的特性使ARM處理器在高性能、低代碼規(guī)模、低功耗和小硅片尺寸方面取得了良好的平衡。

1.1.2 ARM系列處理器

ARM 公司開(kāi)發(fā)了很多系列的 ARM 處理器核，目前最新的系列已經(jīng)是 ARM11 了， ARM6 以及較早的版本幾乎不在使用，現(xiàn)在應(yīng)用比較多的是 ARM7 系列、ARM9 系列、ARM9E系列、ARM10系列、SecurCore系列和Intel的StrongARM、XScale系列。由于本書(shū)所主要介紹的ADI公司研發(fā)的ADuC7026使用的是ARM7TDMI內(nèi)核，因此下面著重介紹一下ARM7系列。

ARM7 系列包括 ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、帶有高速緩存處理器宏單元的ARM720T 和擴(kuò)充了 Jazelle 的 ARM7EJ-S。該系列處理器提供 Thumb16 位壓縮指令集和Embedded ICE JTAG軟件調(diào)試方式，適合應(yīng)用于更大規(guī)模的SoC設(shè)計(jì)中。其中ARM720T高速緩存處理宏單元還提供8KB緩存、讀緩沖和具有內(nèi)存管理功能的高性能處理器，支持Linux、Symbian OS和Windows CE等操作系統(tǒng)。

ARM7系列廣泛應(yīng)用于多媒體和嵌入式設(shè)備，包括Internet設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備以及移動(dòng)電話、PDA 等無(wú)線設(shè)備。目前，無(wú)線信息設(shè)備領(lǐng)域的前景非常廣闊，因此ARM7系列也瞄準(zhǔn)了下一代智能化多媒體無(wú)線設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用。