arm内核全解析_arm内核体系结构分类介绍_技术

ARM处理器是英国Acorn有限公司设计的低功耗成本的第一款RISC微处理器。全称为Advanced RISC Machine。ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集，一般来讲比等价32位代码节省达35%，却能保留32位系统的所有优势。

ARM内核特点

ARM处理器为RISC芯片，其简单的结构使ARM内核非常小，这使得器件的功耗也非常低。它具有经典RISC的特点：

* 大的、统一的寄存器文件；

* 简单的寻址模式；

* 统一和固定长度的指令域，3地址指令格式，简化了指令的译码。编译开销大，尽可能优化，采用三地址指令格式、较多寄存器和对称的指令格式便于生成优化代码；

* 单周期 *** 作，ARM指令系统中的指令只需要执行简单的和基本的 *** 作，因此其执行过程在一个机器周期内完成；

* 固定的32位长度指令，指令格式固定为32位长度，这样使指令译码结构简单，效率提高；

* 采用指令流水线技术。

ARM内核体系结构

ARM架构自诞生至今，已经发生了很大的演变，至今已定义了7种不同的版本：

V1版架构：该架构只在原型机ARM1出现过，其基本性能包括基本的数据处理指令（无乘法）、字节、半字和字的Load/Store指令、转移指令，包括子程序调用及链接指令、软件中断指令、寻址空间64MB。

V2版架构：该版架构对V1版进行了扩展，如ARM2与ARM3（V2a版）架构，增加的功能包括乘法和乘加指令、支持协处理器 *** 作指令、快速中断模式、SWP/SWPB的最基本存储器与寄存器交换指令、寻址空间64MB。

V3版架构：该版对ARM体系结构作了较大的改动，把寻址空间增至32位（4GB），增加了当前程序状态寄存器CPSR和程序状态保存寄存器 SPSR以便于异常处理。增加了中止和未定义2种处理器模式。ARM6就采用该版结构。指令集变化包括增加了MRS/MSR指令，以访问新增的CPSR /SPSR寄存器、增加了从异常处理返回的指令功能。

V4版架构：V4版结构是目前最广泛应用的ARM体系结构，对V3版架构进行了进一步扩充，有的还引进了16位的Thumb指令集，使ARM使用更加灵活。ARM7、ARM9和StrongARM都采用了该版结构。其指令集中增加的功能包括符号化和非符号化半字及符号化字节的存/取指令、增加了16 位Thumb指令集、完善了软件中断SWI指令的功能、处理器系统模式引进特权方式时使用用户寄存器 *** 作、把一些未使用的指令空间捕捉为未定义指令。

V5版架构：在V4版基础上增加了一些新的指令。ARM10和XScale都采用该版架构。这些新增指令有带有链接和交换的转移BLX指令、计数前导零计数CLZ指令、BRK中断指令、增加了信号处理指令（V5TE版）、为协处理器增加更多可选择的指令。

V6版架构：ARM体系架构V6是2001年发布的。基本特点包括100%与以前的体系兼容、SIMD媒体扩展，使媒体处理速度快1.75倍、改进了的内存管理，使系统性能提高30%、改进了的混合端（Endian）与不对齐数据支持，使得小端系统支持大端数据（如TCP/IP），许多RTOS是小端的、为实时系统改进了中断响应时间，将最坏情况下的35周期改进到了11个周期。

V7版架构：ARM体系架构V7是2005年发布的。它使用了能够带来更高性能、功耗效率和代码密度的Thumb-2技术。它首次采用了强大的信号处理扩展集，对H.264和MP3等媒体编解码提供加速。Cortex-M3处理器采用的就是V7版的结构。

ARM处理器核使用的体系结构如下表所示。