第2章ARM體系結(jié)構(gòu)與編程模型

嵌入式系統(tǒng)及開發(fā)運用第二講

ARM體系構(gòu)造Outline2、ARM體系構(gòu)造3、ARM編程模型任務(wù)形狀CPU任務(wù)方式存放器組織異常內(nèi)存與IO1、嵌入式微處置器主流的嵌入式微處置器目前主流的嵌入式微處置器系列主要有ARM系列、MIPS系列、PowerPC系列、SuperH系列和X86系列等。屬于這些系列的嵌入式微處置器產(chǎn)品很多，有上千種以上。Units(millions)Source:AndrewAllison,InsideTheNewComputerIndustry,January2001EmbeddedRISCProcessorShipments32位浪潮的到來Source:SemicoResearchCorp.andSIA/WSTSTotalMCU,bySub-Category(excl.DSP)TotalEmbeddedControlMarketShipmentsbyType總共約26億個32位處置器付運，占總數(shù)96億的27%2005年ARM為17億個，約占32位總量的70%左右X86系列主要由AMD，Intel，NS，ST等公司提供，如：Am186/88、Elan520、嵌入式K6，386EX、STPC等。主要運用在工業(yè)控制、通訊等領(lǐng)域。國內(nèi)由于對X86體系比較熟習(xí)，得到廣泛運用，特別是嵌入式PC的運用非常廣泛。MPC/PPC系列Motorola推出的MPC系列，如MPC8XX。IBM推出PPC系列，如PPC4XX。主要運用在通訊、消費電子及工業(yè)控制、軍用配備等領(lǐng)域。MPC/PPC系列IBMPowerPC集成10/100Mbps以太網(wǎng)控制器、串行和并行端口、內(nèi)存控制器以及其它外設(shè)的高性能嵌入式處置器。MotorolaMPC高度綜合的SOC設(shè)備，它結(jié)合了PPC微處置器中心的功能、通訊處置器和單硅成分內(nèi)的顯示控制器。這個設(shè)備可以在大量的電子運用中運用，特別是在低能源、便攜式、圖象捕捉和個人通訊設(shè)備。技術(shù)0.25微米CMoSSA-12E282Dhrystone2.1MIPS@200MHz375Dhrystone2.1MIPS@266MHz200/100/66/50MHz266/133/66/66MHz晶體數(shù)量480萬電源耗費1.1瓦信號I/O300溫度范圍-40到80度電源供應(yīng)2.5V(邏輯電路),3.3V(I/O)，支持5VI/Os456-Ball,EnhancedPBGA(35mmx35mm)性能頻率(CPU/SDRAM/PCI/EBC)封裝PowerPC405GP技術(shù)規(guī)格*Dhrystone是一個綜合性的基準(zhǔn)測試程序，它是為了測試編譯器和CPU處置整數(shù)指令和控制功能的有效性，人為地選擇一些“典型指令綜合起來構(gòu)成的測試程序。ARM系列ARM(AdvancedRISCMachine)公司是一家專門從事芯片IP設(shè)計與授權(quán)業(yè)務(wù)的英國公司，其產(chǎn)品有ARM內(nèi)核以及各類外圍接口。ARM內(nèi)核是一種32位RISC微處置器，具有功耗低、性價比高、代碼密度高等三大特征。目前，90%的挪動、大量的游戲機、手持PC和機頂盒等都已采用了ARM處置器，許多一流的芯片廠商都是ARM的授權(quán)用戶〔Licensee〕，如Intel、Samsung、TI、Motorola、ST等，ARM已成為業(yè)界公認(rèn)的嵌入式微處置器規(guī)范。ARMFamilyARM7?FamilyARM9?FamilyARM10?FamilyARM11?Family150DMIPS300DMIPS500DMIPS1000DMIPSARMCortex?FamilyARM720TARM1JARM1176JZARM1026EARM920T/ARM922TARM926EJCortexAApplicationProcessorARM7TDMIARM1156T2ARM1026EARM946ECortexREmbeddedRTControllerARM7TDMIARM966EARM968ECortexMMicro-controllerARMArchitecture當(dāng)前的主流ARM處置器ARM7世界上最為廣泛運用的CPU之一<100MHzARM9100-300MHz1.7BARMPowredshipmentinyearof2005,31%isARM9based.ARM11芯片曾經(jīng)面世ARM11300-700+MHzSIMD指令擴展支持更豐富的多媒體運用40家授權(quán)芯片公司，一些已開場量產(chǎn)FOMAN902iFirstARM11basedphoneOMAP2420i.MX31/i.MX31L目前最快的嵌入式處置器最快的處置器提供超越2000DMIPS的性能運轉(zhuǎn)于1GHz頻率(90nmor65nm制造工藝)功耗小于300mWARMCortexA8ApplicationProcessorCortex-M3實現(xiàn)$1ARM芯片ARMCortexArchitectureThumb-2ISA3StagePipeline1.22DMIPS/MHz–30%overARM7TDMI33Kgates–30%smallerthanARM7TDMILuminaryMicro的Stellaris系列MCU產(chǎn)品售價僅1美圓ARMCortex-M3微控制器內(nèi)核，專門針對MCU運用領(lǐng)域而設(shè)計，突出低本錢、低功耗和高效率。領(lǐng)先嵌入式處置器技術(shù)開展討論多處置器技術(shù)單處置器技術(shù)的性能提升終有一天會遭遇瓶頸對嵌入式系統(tǒng)而言，尤其要思索付出的代價把義務(wù)進(jìn)展并行分解是理想的選擇ARMMPcore可以集成1-4個ARM11處置器關(guān)鍵是要提供應(yīng)軟件開發(fā)者一個友好的編程界面64位處置器？哪兒是系統(tǒng)性能瓶頸？是需求64位地址還是64位數(shù)據(jù)？嵌入式系統(tǒng)比PC有更好的條件來處理系統(tǒng)性能和帶寬問題PC系統(tǒng)在主板上，擴展系統(tǒng)帶寬需求擴展每個組件的接口帶寬SoC只需擴展片內(nèi)總線，非常容易實現(xiàn)AMBA支持8-1024位總線寬度許多SoC設(shè)計以及ARM處置器內(nèi)部曾經(jīng)運用64位數(shù)據(jù)總線如何選擇嵌入式微處置器微處置器內(nèi)核的選擇有無MMUOS的思索系統(tǒng)的任務(wù)頻率芯片存儲器的容量片內(nèi)外設(shè)的思索實踐運用的要求接口時序Outline2、ARM體系構(gòu)造3、ARM編程模型任務(wù)形狀CPU任務(wù)方式存放器組織異常內(nèi)存與IO1、嵌入式微處置器圖2.1.1ARM體系構(gòu)造方框圖ARM處置器的分類構(gòu)造體系版本〔Architecture〕ARMv4TARMv5TEARMv6ARMCortex(v7)ProcessorFamilyARM7ARM9ARM10ARM11ARMCortex按運用特征分類運用途置器ApplicationProcessor實時控制處置器Real-timeController微控制器Micro-controller特征：MMU,Cache最快頻率、最高性能、合理功耗特征：MPU,Cache實時呼應(yīng)、合理性能、較低功耗特征：nosub-memorysystem普通性能、最低本錢、極低功耗ARM體系構(gòu)造的命名規(guī)那么ARM{X}{y}{z}{T}{D}{M}{I}{E}{J}{F}{-S}x——系列y——存儲管理/維護(hù)單元z——CacheT——Thumb16位譯碼器D——JTAG調(diào)試器M——快速乘法器I——嵌入式跟蹤宏單元E——加強DSP指令J——JazelleF——向量浮點單元S——可綜合版本，以源代碼方式提供的ARM核v4v5TESA110v4TARM720TARM7TDMI-SARM920TARM940TARM922TARM966E-SARM946E-SARM1020Ev5TEJ/Jazellev6/JazelleARM7EJ-SARM926EJ-SARM1026EJ-SARM11Micro-ArchitectureRoadmapofARMV4/V5/V6系列相應(yīng)產(chǎn)品性能特點ARM7系列ARM7TDMI，ARM7TDMI-S，ARM720T，ARM7EJ三級流水性能：0.9MIPS/MHz,可到達(dá)130MIPs(Dhrystone2.1)ARM9系列ARM920T，ARM922T五級流水，性能：1.1MIPS/MHz，可達(dá)300MIPS(Dhrystone2.1)，單32-bitAMBAbus接口，支持MMUARM9E系列ARM926EJ-S,RM946E-S,ARM966E-S,ARM968E-S,ARM996HS五級流水，支持DSP指令。性能：1.1MIPS/MHz，可達(dá)300MIPS(Dhrystone2.1)，高性能AHB,軟核〔softIP〕ARM10系列ARM1020E,ARM1022EARM1026EJ-S6級流水支持分支預(yù)測〔branchprediction〕，支持DSP指令。性能：1.35MIPS/MHz，可達(dá)430+Dhrystone2.1MIPS，，可選支持高性能浮點操作，雙64位總線接口，內(nèi)部64位數(shù)據(jù)通路系列相應(yīng)產(chǎn)品性能特點ARM11系列ARM11MPCore,ARM1J(F)-S,ARM1156T2(F)-S,ARM1176JZ(F)-S8級流水線(9級ARM1156T2(F)-S)，獨立的load-store和arithmetic流水線，支持分支預(yù)測和前往?！睷eturnStack〕。強大的ARMv6指令集，支持DSP，SIMD(SingleInstructionMultipleData)擴展，支持ARMTrustZone、Thumb-2中心技術(shù)。740Dhrystone2.1MIPS，低功耗0.6mW/MHz(0.13μm,1.2V)Cortex系列Cortex-A8,Cortex-M3,Cortex-R4Cortex-A系列:面向用于復(fù)雜OS和運用的運用途置器〔applicationsprocessors〕，支持ARM,ThumbandThumb-2指令集。Cortex-R系列：面向嵌入式實時領(lǐng)域的嵌入式處置器，支持ARM,Thumb,和Thumb-2指令集。Cortex-M系列：面向深嵌入式價錢敏感的嵌入式處置器，只支持Thumb-2指令集SecurCore系列SecurCoreSC100，SecurCoreSC200用于SmartCard和SecureIC的32-bit處理方案。支持ARM和Thumb

指令集，軟核。具有平安特征和低本錢平安存儲維護(hù)單元ARMV4ARMV4是目前支持的最老的架構(gòu),是基于32-bit地址空間的32-bit指令集。ARMv4除了支持ARMv3的指令外還擴展了：支持halfword的存取支持byte和halfword的符號擴展讀支持Thumb指令提供Thumb和Normal形狀的轉(zhuǎn)換指令進(jìn)一步的明確了會引起Undefined異常的指令對以前的26bits體系構(gòu)造的CPU不再兼容ARMv4TARMv4T添加了16-bitThumb

指令集，這樣使得編譯器能產(chǎn)生緊湊代碼〔相對于32-bit代碼，內(nèi)存能節(jié)省到35%以上)并堅持32-bit系統(tǒng)的益處。Thumb在處置器中依然要擴展為規(guī)范的32位ARM指令來運轉(zhuǎn)。用戶采用16位Thumb指令集最大的益處就是可以獲得更高的代碼密度和降低功耗。ARMV5TE1999年推出ARMv5TE其加強了Thumb體系,加強的Thumb體系添加了一個新的指令同時改良了Thumb/ARM相互作用、編譯才干和混合及匹配ARM與Thumb例程，以更好地平衡代碼空間和性能并在ARMISA上擴展了加強的DSP

指令集:

加強的DSP指令包括支持飽和算術(shù)〔saturatedarithmetic〕,并且針對AudioDSP運用提高了70%性能?！瓻’擴展表示在通用的CPU上提供DSP才干。ARMv5TEJ2000年推出ARMv5TEJ，添加了Jazelle擴展以支持Java加速技術(shù)。Jazelle技術(shù)比僅僅基于軟件的JVM性能提高近8倍的性能減少了80％的功耗。ARMv62001年推出ARMv6，它在許多方面做了改良如內(nèi)存系統(tǒng)、異常處置和較好地支持多處置器。SIMD擴展使得寬廣的軟件運用如Video和Audiocodec的性能提高了4倍。Thumb-2和TrustZone技術(shù)也用于ARMv6中。ARMv6第一個實現(xiàn)是2002年春推出的ARM1J(F)-STM處置器，2003年又推出了

ARM1156T2(F)-S

和ARM1176JZ(F)-S處置器。ARMv7ARMv7定義了3種不同的處置器配置〔processorprofiles〕:ProfileA是面向復(fù)雜、基于虛擬內(nèi)存的OS和運用的ProfileR是針對實時系統(tǒng)的ProfileM是針對低本錢運用的優(yōu)化的微控制器的。一切ARMv7profiles實現(xiàn)Thumb-2技術(shù)，同時還包括了NEON?技術(shù)的擴展提高DSP和多媒體處置吞吐量400％

，并提供浮點支持以滿足下一代3D圖形和游戲以及傳統(tǒng)嵌入式控制運用的需求。ARM7TDMIThumb架構(gòu)擴展,提供兩個獨立的指令集：ARM指令，均為32位Thumb指令，均為16位兩種運轉(zhuǎn)形狀，用來選擇哪個指令集被執(zhí)行內(nèi)核具有Debug擴展構(gòu)造加強乘法器(32x8)支持64位結(jié)果EmbeddedICE邏輯3級流水線馮·諾依曼架構(gòu)CPI(CyclePerInstruction)約為1.9圖2.2.3ARM720T內(nèi)核構(gòu)造圖2.2.1ARM7TDMI內(nèi)核構(gòu)造ARM7TDMI指令流水線為添加處置器指令流的速度，ARM7系列運用3級流水線。允許多個操作同時處置，而非順序執(zhí)行。PC指向正被取指的指令，而非正在執(zhí)行的指令。FetchDecodeExecute從存儲器中讀取指令解碼指令中用到的存放器存放器讀〔從存放器Bank〕移位及ALU操作存放器寫〔到存放器Bank〕PC PCPC-4 PC-2PC-8 PC-4ARM ThumbARM7TDMI指令流水線操作周期 1 2 3 4 56ADDSUBMOVANDORREORCMPRSBFetchDecode。FetchExecuteDecodeFetchExecuteDecodeFetchExecuteDecodeFetchFetchExecuteDecodeExecuteDecodeFetchExecuteDecodeFetch最正確流水線該例中用6個時鐘周期執(zhí)行了6條指令

一切的操作都在存放器中〔單周期執(zhí)行〕

指令周期數(shù)(CPI)=1ARM9TDMIHarvard架構(gòu)添加了可用的存儲器寬度指令存儲器接口數(shù)據(jù)存儲器接口可以實現(xiàn)對指令和數(shù)據(jù)存儲器的同時訪問5級流水線實現(xiàn)了以下改良：改良CPI到~1.5提高了最大時鐘頻率ARM9TDMIInstructionFetchShift+ALUMemoryAccessRegWriteRegReadRegDecodeFETCHDECODEEXECUTEMEMORYWRITEARM9TDMIARMorThumb

InstDecodeRegSelectRegReadShiftALURegWriteThumb?ARM

decompressARMdecodeInstructionFetchFETCHDECODEEXECUTEARM7TDMI流水線ARM9TDMIARM9TDMIDCacheICacheMMUGLUE外部存儲器ARM940T2x4KcachesMPU寫緩沖ARM9xxTARM920T2x16KcachesMMU支持虛擬地址和內(nèi)存維護(hù)寫緩沖帶Cache的ARM9TDMI圖2.2.4ARM920T內(nèi)核構(gòu)造ARM9E-S系列概述ARM9E基于ARM9TDMI內(nèi)核，有以下擴展和加強單周期32x16乘法器EmbeddedICE邏輯RT改良的ARM/Thumb交互操作新的32x16和16x16乘法指令新的計數(shù)到零指令新的飽和算術(shù)指令A(yù)RM946E-SARM9E-S內(nèi)核指令和數(shù)據(jù)cache,大小可選擇指令和數(shù)據(jù)RAM,大小可選擇維護(hù)單元AHB總線接口ARM966E-S與ARM946E-S類似,但無cacheARM926EJ-S系列概述Jazelle形狀允許直接執(zhí)行Java8位碼ARM926EJ-SARM9E-S內(nèi)核可配置的cache和TCM內(nèi)存管理單元雙重32位AHB總線接口(多層)ARM10E系列概述v5TE架構(gòu)CPI1.36級流水線靜態(tài)分支預(yù)測32kB指令cache和32kB數(shù)據(jù)cache支持“Hitundermiss〞非阻塞的執(zhí)行單元每周期64位的LDM/STM操作EmbeddedICE邏輯-RT-II支持新的VFPv1構(gòu)造同ARM1020E，除了cache大小為16kB對SUDL(singleuserdesignlicense)有效ARM1020EARM1022EARM9vsARM10流水線的對比Intel?StrongARM概述ARMV4架構(gòu)(無Thumb支持)5級流水線，降低跳轉(zhuǎn)損耗-stagepipeline，reducedbranchpenalty改良的乘法器〔典型地比ARM9TDMI快2個周期〕不支持Multi-ICE調(diào)試(JTAG限制在連通性測試)無外部協(xié)處置器接口SA-110:16K指令和數(shù)據(jù)caches,8x16字節(jié)寫緩沖.SA-1100/1110:片上外設(shè)，存儲器控制器更小的cache容量PID存放器(作控制用)指令斷點，經(jīng)過CP15Intel?XScale?概述V5TE兼容架構(gòu)7-8級流水線帶統(tǒng)計分支預(yù)測32k的數(shù)據(jù)和指令Cache,外加2k的數(shù)據(jù)Minicache8口寫緩沖，4口填充和追加緩沖完好的32位協(xié)處置器接口調(diào)試和性能監(jiān)控邏輯〔經(jīng)過CP14〕乘-加模塊〔作為CP0〕可配置的內(nèi)核時鐘速度100-733MHz，來自33-66MHz輸入時鐘異步輸入總線時鐘可到100MHz〔最大總線內(nèi)核時鐘的1/3〕Outline2、ARM體系構(gòu)造3、ARM編程模型任務(wù)形狀CPU任務(wù)方式存放器組織異常內(nèi)存與IO1、嵌入式微處置器ARM微處置器：編程模型處置器任務(wù)形狀CPU任務(wù)方式存放器組織異常內(nèi)存與IOARM微處置器：處置器任務(wù)形狀〔PROCESSOROPERATINGSTATES〕處置器有兩種任務(wù)形狀：ARM：32位，執(zhí)行字對準(zhǔn)的ARM指令Thumb：16位，執(zhí)行半字對準(zhǔn)的Thumb指令A(yù)RM和Thumb之間形狀的切換不影響處置器的方式或存放器的內(nèi)容ARM微處置器：處置器任務(wù)形狀進(jìn)入Thumb形狀：執(zhí)行BX指令，并設(shè)置操作數(shù)存放器的形狀〔位[0]〕為1。在Thumb形狀進(jìn)入異常(IRQ,FIQ,UNDEF,ABORT,SWIetc.)，當(dāng)異常處置前往時自動轉(zhuǎn)換到Thumb形狀進(jìn)入ARM形狀：執(zhí)行BX指令，并設(shè)置操作數(shù)存放器的形狀〔位[0]〕為0。進(jìn)入異常時，將PC放入異常方式鏈接存放器中，從異常向量地址開場執(zhí)行也可進(jìn)入ARM形狀A(yù)RM微處置器：處置器任務(wù)形狀Thumb-2

:添加了混合方式才干定義了一個新的32-bit指令集能在傳統(tǒng)的16-bit指令運轉(zhuǎn)的Thumb形狀下同時運轉(zhuǎn)。這樣能在一個系統(tǒng)中更好地平衡ARM和Thumb代碼的才干，使系統(tǒng)能更好地利用ARM級別的性能和Thumb代碼的密度的優(yōu)勢ARM微處置器：存儲器格式ARM的尋址空間是線性的地址空間，為232=4GBytes0to3存儲第一個word,bytes4to7存儲第二個wordARM支持大端〔Big-endian〕和小端〔Little-endian〕的內(nèi)存數(shù)據(jù)方式，可以經(jīng)過硬件的方式設(shè)置〔沒有提供軟件的方式〕端方式ARM微處置器：存儲器格式大端的數(shù)據(jù)存放格式低地址高地址地址A地址A+1地址A+2地址A+3最高有效字節(jié)的地址就是該word的地址最高有效字節(jié)位于最低地址worda=0xf6734bcdf6734bcdARM微處置器：存儲器格式小端的數(shù)據(jù)格式低地址高地址地址A地址A+1地址A+2地址A+3最低有效字節(jié)的地址就是該word的地址最低有效字節(jié)位于最低地址worda=0xf6734bcdf6734bcdARM微處置器：存儲器格式大端:小端:0xb32045000xddddddd00xb32045000xddddddd0f6f673734b4bcdcd0000dada實例變量A：wordA=0xf6734bcd，在內(nèi)存中的起始地址為0xb3204500變量B：halfwordB=218，在內(nèi)存中的起始地址為0xddddddd0問題：halfwordB=218與wordC=218在內(nèi)存中的存放方式有何不同？請分大端和小端兩種情況闡明。ARM微處置器：編程模型數(shù)據(jù)類型的商定字節(jié)型數(shù)據(jù)〔Byte〕：數(shù)據(jù)寬度為8bits半字?jǐn)?shù)據(jù)類型〔HalfWord〕：數(shù)據(jù)寬度為16bits，存取式必需以2字節(jié)對齊的方式字?jǐn)?shù)據(jù)類型〔Word〕：數(shù)據(jù)寬度為32bits，存取式必需以4字節(jié)對齊的方式ARM微處置器：CPU方式〔processormode〕7種CPU方式CPU方式的轉(zhuǎn)變：軟件控制異常外部中斷ARM微處置器：CPU方式User方式程序不能訪問有些受維護(hù)的資源只能經(jīng)過異常的方式來改動CPU的當(dāng)前運轉(zhuǎn)方式特權(quán)方式可以存取系統(tǒng)中的任何資源System方式與User方式的運轉(zhuǎn)環(huán)境一樣但是它可以不受任何限制的訪問任何資源該方式主要用于運轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的一些特權(quán)義務(wù)FIQ方式IRQ方式Supervisor方式Abort方式Undefined方式異常方式：主要是在外部中斷或者程序執(zhí)行非法操作時會觸發(fā)ARM微處置器：存放器組織ARM處置器有37個存放器31個通用存放器：程序計數(shù)器、堆棧及其他通用存放器6個形狀存放器這些存放器不能同時看到，同時只需17個不同的處置器形狀和任務(wù)方式確定哪些存放器是對編程者是可見的ARM微處置器：ARMState存放器ARM微處置器:ThumbState存放器R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

R9

R10

R11

R12

R0

堆棧指針(R13)

銜接存放器(R14)

程序計數(shù)器(R15)

低存放器高存放器ARMState與ThumbState存放器關(guān)系寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiq*R9(SB,v6)R9R9_fiq*R10(SL,v7)R10R10_fiq*R11(FP,v8)R11R11_fiq*R12(IP)R12R12_fiq*R13(SP)R13R13_svc*R13_abt*R13_und*R13_irq*R13_fiq*R14(LR)R14R14_svc*R14_abt*R14_und*R14_irq*R14_fiq*R15(PC)R15狀態(tài)寄存器R16(CPSR)CPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiqARM形狀各方式下的存放器寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiqARM形狀各方式下的存放器SPSR_fiqSPSR_irqSPSR_undSPSR_abtSPSR_svcCPSRR15R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8R7R6R5R4R3R2R1R0一切的37個存放器，分成兩大類：31個通用32位存放器；6個形狀存放器。寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq無CPSRR15R14R13R12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0用戶無CPSRR15R14R13R12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0系統(tǒng)SPSR_svcCPSRR15R14_svcR13_svcR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0管理SPSR_abtCPSRR15R14_abtR13_abtR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0中止SPSR_undCPSRR15R14_undR13_undR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0未定義SPSR_irqCPSRR15R14_irqR13_irqR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0中斷SPSR_fiqCPSRR15R14_fiqR13_fiqR12_fiqR11_fiqR10_fiqR9_fiqR8_fiqR7R6R5R4R3R2R1R0快中斷ARM形狀各方式下可以訪問的存放器寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq普通的通用存放器R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8R7R6R5R4R3R2R1R0在匯編言語中存放器R0～R13為保管數(shù)據(jù)或地址值的通用存放器。它們是完全通用的存放器，不會被體系構(gòu)造作為特殊用途，并且可用于任何運用通用存放器的指令。寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq普通的通用存放器R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8R7R6R5R4R3R2R1R0R7R6R5R4R3R2R1R0其中R0～R7為未分組的存放器，也就是說對于任何處置器方式，這些存放器都對應(yīng)于一樣的32位物理存放器。寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq普通的通用存放器R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8存放器R8～R14為分組存放器。它們所對應(yīng)的物理存放器取決于當(dāng)前的處置器方式，幾乎一切允許運用通用存放器的指令都允許運用分組存放器寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq普通的通用存放器R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8存放器R8～R12有兩個分組的物理存放器。一個用于除FIQ方式之外的一切存放器方式，另一個用于FIQ方式。這樣在發(fā)生FIQ中斷后，可以加速FIQ的處置速度。寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq普通的通用存放器存放器R13、R14分別有6個分組的物理存放器。一個用于用戶和系統(tǒng)方式，其他5個分別用于5種異常方式。R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq堆棧指針存放器R13〔SP〕存放器R13常作為堆棧指針〔SP〕。在ARM指令集當(dāng)中，沒有以特殊方式運用R13的指令或其它功能，只是習(xí)慣上都這樣運用。但是在Thumb指令集中存在運用R13的指令。寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq鏈接存放器R14〔LR〕R14為鏈接存放器〔LR〕，在構(gòu)造上有兩個特殊功能：在每種方式下，方式本身的R14版本用于保管子程序前往地址；當(dāng)發(fā)生異常時，將R14對應(yīng)的異常方式版本設(shè)置為異常前往地址〔有些異常有一個小的固定偏移量〕。寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq程序計數(shù)器R15〔PC〕存放器R15為程序計數(shù)器〔PC〕，它指向正在取指的地址。可以以為它是一個通用存放器，但是對于它的運用有許多與指令相關(guān)的限制或特殊情況。假設(shè)R15運用的方式超出了這些限制，那么結(jié)果將是不可預(yù)測的。ARM微處置器：通用存放器R15用作程序計數(shù)器(PC)，可以被讀寫ARMstate:bits[1:0]為0，bits[31:2]即為PC.THUMBstate：bit[0]為0，bits[31:1]即為PCARM微處置器：程序形狀存放器CPSR〔當(dāng)前程序形狀存放器〕在一切的方式下都是可以讀寫的，它主要包含：條件標(biāo)志中斷使能標(biāo)志當(dāng)前處置器的方式其它的一些形狀和控制標(biāo)志ARM微處置器：程序形狀存放器置0表示執(zhí)行32bit的ARM指令置1表示執(zhí)行16bit的Thumb指令NegativeZeroCarryOverflowIRQ中斷的呼應(yīng):置1：制止呼應(yīng)置0：允許呼應(yīng)FIQ中斷的呼應(yīng):置1：制止呼應(yīng)置0：允許呼應(yīng)條件標(biāo)志方式控制位ARM/Thumb控制標(biāo)志中斷標(biāo)志ARM微處置器：程序形狀存放器方式控制位M0-M4ARM微處置器：異常異常是由內(nèi)部或者外部緣由引起的，當(dāng)異常發(fā)生時CPU將暫停執(zhí)行當(dāng)前指令自動到指定的向量地址讀取指令并且執(zhí)行。在X86上，當(dāng)有異常發(fā)生時CPU是到指定的向量地址讀取要執(zhí)行的程序的地址而ARM是到向量地址的地方讀取指令，也就是ARM的向量地址處存放的是一條指令〔普通是一條跳轉(zhuǎn)指令〕ARM微處置器：異常ARMCPU將引起異常的類型分為7種ARM微處置器：異常當(dāng)異常出現(xiàn)時，異常方式分組的R14和SPSR用于保管形狀，即：R14_<exception_mode>=returnlinkSPSR_<exception_mode>=CPSRCPSR[4:0]=exceptionmodenumberCPSR[5]=0/*在ARM形狀執(zhí)行*/if<exception_mode>==ResetorFIQthenCPSR[6]=1/*制止快速中斷*/CPSR[7]=1/*制止正常中斷*/PC=exceptionvectoraddress當(dāng)處置異常前往時，將SPSR傳送到CPSR，R14傳送到PC異常的優(yōu)先級異常向量VectorTable異常處置當(dāng)異常產(chǎn)生時,ARMcore:拷貝CPSR到SPSR_<mode>設(shè)置適當(dāng)?shù)腃PSR位：改動處置器形狀進(jìn)入ARM態(tài)改動處置器方式進(jìn)入相應(yīng)的異常方式設(shè)置中斷制止位制止相應(yīng)中斷(如需求)保管前往地址到LR_<mode>設(shè)置PC為相應(yīng)的異常向量前往時,異常處置需求:從SPSR_<mode>恢復(fù)CPSR從LR_<mode>恢復(fù)PCNote:這些操作只能在ARM態(tài)執(zhí)行.Vectortablecanbeat

0xFFFF0000onARM720T

andonARM9/10familydevicesFIQIRQ(Reserved)DataAbortPrefetchAbortSoftwareInterruptUndefinedInstructionReset0x1C0x180x140x100x0C0x080x040x0084進(jìn)入異常的操作R14_<Exception_Mode>=ReturnLinkSPSR_<Exception_Mode>=CPSRCPSR[4:0]=ExceptionModeNumberCPSR[5]=0;當(dāng)運轉(zhuǎn)于ARM形狀時IF<Exception_Mode>==ResetorFIQthen;當(dāng)呼應(yīng)FIQ異常時，制止新的FIQ異常CPSR[6]=1；CPSR[7]=1；PC=ExceptionVectorAddress當(dāng)異常終了時，異常處置程序必需：1.將LR〔R14〕中的值減去偏移量后存入PC，偏移量根據(jù)異常的類型而有所不同；2.將SPSR的值復(fù)制回CPSR；3.清零在入口置位的中斷制止標(biāo)志。注：恢復(fù)CPSR的動作會將T、F和I位自動恢復(fù)為異常發(fā)生前的值。退出異常例子:用戶方式到FIQ方式*spsr_fiqcpsrr7r4r5r2r1r0r3r6r15(pc)r14_fiqr13_fiqr12_fiqr10_fiqr11_fiqr9_fiqr8_fiqr14(lr)r13(sp)r12r10r11r9r8用戶方式CPSR復(fù)制到FIQ方式SPSRcpsrr15(pc)r14(lr)r13(sp)r12r10r11r9r8r7r4r5r2r1r0r3r6r14_fiqr13_fiqr12_fiqr10_fiqr11_fiqr