【大白分享】处理器芯片架构或者指令集之ARM架构

感谢分享，有助于工作！！！

感谢分享，有助于工作！！！

感谢分享，作者的内容非常的翔实

大家好，我是大白，努力到无能为力，拼搏到感动自己。依旧感谢各位小伙伴的一路支持与陪伴。

本篇依旧借上篇文章国产化之路介绍以及信息汇总一篇通，从中介绍了国产化相关的背景信息，以及个人整合的一下信息材料与各位小伙伴进行分享学习，小伙伴们每天在说的X86、ARM等架构，真正的了解这些架构的原理与底层吗？

【大白分享】国产化之路介绍以及信息汇总一篇通（操作系统、服务器、数据库、中间件、CPU架构）：https://bbs.sangfor.com.cn/forum ... &extra=#/pid3461071

ARM架构，曾称进阶精简指令集机器（Advanced RISC Machine）更早称作Acorn RISC Machine，是一个32位精简指令集（RISC）处理器架构。还有基于ARM设计的派生产品，重要产品包括Marvell的XScale架构和德州仪器的OMAP系列。

ARM家族占比所有32位嵌入式处理器的75%，成为占全世界最多数的32位架构。

ARM处理器广泛使用在嵌入式系统设计，低耗电节能，非常适用移动通讯领域。

在说ARM之前先说一下ARM的小故事，ARM 成立于20世纪90年代末，从另一家位于剑桥的公司分拆而来，那家公司叫做 Acorn Computers，曾经是英国教育市场的著名个人台式计算机供应商，现已不复存在。

80年代中期时，Acorn 一个小团队接受了一个挑战，为他们的下一代计算机挑选合适的处理器，他们起草了一个技术需求说明书，经过相当长的摸索后得出一个结论：无法找到与之相符的产品，于是 Acorn 决定自己设计处理器，一个小团队只用了18个月就完成了设计并实现了这款处理器。

1985年4月26日，第一台原型机在 Acorn 的剑桥办公室中开始运行代码，那时它被称为”Acorn RISC Machine”，随着 Acorn 公司转向衰落，处理器设计部门被分了出来，组成了一家新公司，最初叫做 Advanced RSIC Machines Ltd。现在公司和处理器都简称为ARM。

ARM的内核原理图示：

ARM 数据类型约定:      

         Byte：8bits(1byte)

         Halfword：16bits(2byte)

         Word：32bits(4byte)

Char：八位（Java中为16位）

指令集：

         大部分ARM支持ARM指令集与Thumb指令集

         ARM指令集32bit，即每条指令占用32为的存储空间

         Thumb指令集16bit

注意：

        Thumb指令集不是完整的指令集，它是ARM指令集的子集。但是Thumb指令具有更高的代码密度，即占用存储空间小，仅为ARM代码规格的65%，但其性能却下降的很少。所以，Thumb指令集使ARM处理器能应用到有限的存储带宽，并且，代码密度要求很高的嵌入式系统中去。

运行ARM指令：

         所有指令必须word对齐

         pc值由其[31:2]决定，[1:0]位未定义，因为指令存储的起始地址必须为4的整数倍

ARM中指令本身是多少位在内存存储时就应该多少位对其

多字节数据的存储：

     1.小端对齐：低地址放低有效位，高地址放高有效位

     2.大端对齐：低地址放高有效位，高地址放低有效位

         ARM默认是小端对齐

许多架构通常支持两种模式，分别为“Supervisor”和“User”，其中一个模式拥有特权，另一个则没有。

在 Cortex-A 和 Cortex-R 处理器，无特权模式下代码可能无法直接执行某些特定的操作，比如，禁用中断，重新配置内存保护，或访问特定的内存区域，这是大多数操作系统的基本要求，允许系统从用户任务中保护自己。ARM内核通常支持七种基本运行模式，每种模式有权访问自己的堆栈空间，以及一组不同的寄存器子集，除一个外其余都是由特权的模式，如下：

      User：   非特权模式，一般在执行上层的应用程序时处理器处于该模式

      FIQ：    当一个高优先级的中断产生时处理器将自动进入这种模式

      IRQ：    当一个低优先级（normal) 中断产生时将会进入这种模式

      SVC：    当复位或软中断指令执行时将会进入这种模式

      Abort：  当存取异常时将会进入这种模式

      Undef：  当执行未定义指令时会进入这种模式

      System： 使用和User模式相同寄存器集的特权模式

Cortex-A处理器特有模式：

Monitor：为了安全而扩展出的用于执行安全监控代码的模式

模式的分类：

                   1）除User模式外其他七种模式都是特权模式 – 权限比较高

                   2）FIQ、IRQ、SVC、Abort、Undef异常模式 – 产生异常时进入这几种模式

         特定的模式下执行特定的代码，完成特定的功能，拥有特定的权限

并且ARM依据的是哈佛结构而不是冯·诺依曼结构。

冯·诺依曼结构：

1、数据与指令都存储在同一存储区中，取指令与取数据利用同一数据总线。

2、被早期大多数计算机所采用。

3、ARM7——冯诺依曼体系结构简单,但速度较慢。取指不能同时取数据

哈佛体系结构：

1、程序存储器与数据存储器分开.

2、提供了较大的存储器带宽，各自有自己的总线。

3、适合于数字信号处理.

4、大多数DSP都是哈佛结构.

5、ARM9是哈佛结构，取指和取数在同一周期进行，提高速度，改进哈佛体系结构分成三个存储区：程序、数据、程序和数据共用。

RISC和CISC：

         RISC：精简指令集处理器，Reduced Instruction Set Computer

                   RISC结构简单，选取了使用频率高的简单指令，指令长度固定，多为单周期指令

                   在功耗、体积、价格等方面有很大优势，多用于嵌入式领域

         CISC：复杂指令集处理器

                   侧重于硬件执行指令的功能性，CISC指令及处理器的硬件结构复杂

                   CISC指令复杂，指令长度与周期不固定，在处理能力上有优势

寄存器结构：

ARM处理器共有37个寄存器，被分为若干个组（BANK），这些寄存器包括：

1、31个通用寄存器，包括程序计数器（PC指针），均为32位的寄存器。

2、6个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态及程序的运行状态，均为32位，只使用了其中的一部分。

指令结构：

ARM微处理器的在较新的体系结构中支持两种指令集：ARM指令集和Thumb指令集。其中，ARM指令为32位的长度，Thumb指令为16位长度。Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与等价的ARM代码相比较，可节省30%～40%以上的存储空间，同时具备32位代码的所有优点。

提高代码密度，保证了性能、维持了硅片的体积、减少了功耗，但完成相同的操作Thumb指令集需要更多的指令，若系统运行时间要求严苛，应使用ARM指令。

不同版本的ARM的区别：

1、架构不同

              ARM7：ARMv4架构

              ARM9：ARMv5架构，

              ARM11：ARMv6架构，

              ARM-Cortex 系列：ARMv7架构。

2、具体特点

            ARM7：没有MMU(内存管理单元)，只能叫做MCU（微控制器），不能运行诸如Linux、WinCE等这些现代的多用户多进程操作系统，因为运行这些系统需要MMU，才能给每个用户进程分配进程自己独立的地址空间。ucOS、ucLinux这些精简实时的RTOS不需要MMU，当然可以在ARM7上运行。

            ARM9、ARM11，是嵌入式CPU（处理器），带有MMU，可以运行诸如Linux等多用户多进程的操作系统，应用场合也不同于ARM7。

            Cortex来命名，并分成Cortex-A、Cortex-R、Cortex-M三个系列。三大系列分工明确：

                        “A”系列面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用；

                         “R”系列针对实时系统；

                         “M”系列对微控制器。

       简单的说Cortex-A系列是用于移动领域的CPU，Cortex-R和Cortex-M系列是用于实时控制领域的MCU。所以看上去ARM7跟Cortex-M很像，因为他们都是MCU，但确是不同代不同架构的MCU（Cortex-M比ARM7高了三代！），所以性能也有很大的差距。此外，Cortex-M系列还细分为M0、M3、M4和超低功耗的M0+，用户依据成本、性能、功耗等因素来选择芯片。

ARM架构与ARM内核：

本篇主要是详解处理器芯片ARM架构下的底层架构以及相关的结构信息，以及各个组成模块下的交互方式。

以上就是本次的处理器芯片架构或者指令集之ARM架构的帖子，感谢大家的参阅支持，一同学习，向大家提供更加优质的技术信息！


励志分享超清壁纸语句~~：

立志用功如种树然，方其根芽，犹未有干;及其有干，尚未有枝;枝而后叶，叶而后花。------王守仁

好的今天就到这里，老样子，感谢各位大神的参阅，孩子为了挣豆子不容易，孩子家里穷没豆子吃饭了！！！