ARM处理器体系结构扼要总结（转）

搞ARM两个月了，有点收成，就谈它了。本文主要先容ARM7系列处理器。呵呵，不是相关专业可能有良多人不知道arm是个什么东西吧，我现在扼要先容一下各种处理器分类，目前我们的处理器阵营中分为CISC和RISC两大系列，CISC是复杂指令集处理器，这种处理器每条指令可以执行比较多的复杂操纵，而且指令长度不定，我知道的有X86处理器是CISC处理器，目前intel和amd出的处理器主要都是x86处理器，intel的x86从8086开始到80186，283，386，486，Pemtium，pentium pro,pentium 2,pentium 3,pentium 4,扣肉2，四核志强等，还有赛扬，pentium M，pentium D等良多变种，有些提供高的性价比，有的专用于移动领域或低功耗领域。Amd的x86有毒龙，速龙，酷龙等。从8086到386是一次奔腾，实现了保护模式和虚86模式，以此为基础才有后来的Window3.1，386到Pentium是一次奔腾，硬件上从硬连逻辑转换到微指令实现，pentium 到扣肉又是一次较大的奔腾，从一个处理器核到两个，为多任务提供了充分的支持。RISC处理器种类比较多，指令长度固定，执行周期固定,从微控制器、mips、arm、alpha、powerpc、sun sparc等。微控制器子类又良多，目前良多较小的嵌入式控制场合都用得是微控制器，好比sim卡，一卡通，电子表等，有单片机、pic、lpc等。mips是mips公司研究出的一套体系结构，目前龙芯，聚芯都是基于mips，个人以为10年内会销声匿迹。alpha不了解，很少用到。powerpc是ibm，hp等公司协力出的一套，挺复杂，结构严谨，但推广不好，sparc只在sun得到鼎力支持。arm是目前应用最广泛的一套指令系统，支持多任务，只要是超出单片性能力、x86又太铺张的场合大部门都用arm。90%的智能手机都是arm处理器。
arm处理器有7个处理器模式(x86有3个)，用户模式、治理模式、不决义模式、中止模式、特权模式、irq模式，fiq模式。
用户模式和治理模式：共用r0-r14个通用寄存器，pc寄存器，共用一个cpsr。
不决义模式、中止模式、特权模式、irq模式：共享用户模式和治理模式的r0-r12，各自专用的r13-r14,留意和用户模式的r13-r14不同，pc寄存器，各自专用的cpsr和spsr。
fiq模式:共享用户模式和治理模式的r0-r7,专用的r8-r14，pc寄存器，各自专用的cpsr和spsr。
留意pc寄存器是所有模式共享一个。
编程时假如c和汇编共存要遵守atpcs尺度，简朴的说这个尺度要求函数调用时r0-r3传递参数，假如参数多于四个通过堆栈传递，从右往左压参。假如有返回值用r0表示。
用户模式相称于x86中的第三特权级,用于执行普通任务,不可以执行特权操纵,不能切换模式等,
不决义模式用于执行一条不决义指令时触发,可通过软件模拟执行,用于模拟浮点或dsp等.
中止模式用于取指犯错或访存犯错,内在原因可能是需要调页,或访问了非法区域.
特权模式在reset后自动进入,通过swi软指令间断也可进入.
irq用于普通间断处理,速度慢,进irq后默认关普通间断,但开fiq.fiq用于快速间断处理,有专用的r8-r14寄存器,一般不需要保留现场,进fiq后所有间断标记都关掉.
除用户模式外其他模式都有特权,可以随心所欲.
r13默认用来作为堆栈寄存器,r14用于保留返回地址.
用户模式和治理模式只有cpsr，没有spsr。cpsr是当前状态寄存器,内含算数运行标记位,irq和fiq标记,模式位,留存位。spsr是cpsr的备份。
arm处理器支持arm指令集和thumb指令集，arm指令集是32位，thumb指令集是16位，具有arm指令集的子集功能，实现同样的功能用thumb指令集所需空间较小，但执行时间有可能变长。arm代码向thumb代码跳转通过BX指令完成。BX指令通过判定数据项的最后一位来确定是否转入thumb或arm模式，跳转后会设置cpsr中的模式位。
这里我不打算描述arm或thumb指令集，由于那需要太大的篇幅，但arm和x86比拟有一些很大的特殊之处就是它的堆栈可以向上或向下增长，而且存数与累加谁在先都可，这样就有四种堆栈方式;另外每条arm指令都带有执行前提，像溢出，进位等，只有在知足特定前提下指令才会得到执行;当然arm指令集不存在像x86指令集那样的向下兼容性，386支持16位实模式，兼容8086，但32位arm却没法识别16位arm指令集。
这是我对arm处理器内部的一些了解。
下面谈谈philips公司出的一款lpc2214处理器，内含arm7tdmi-s处理器核，支持jtag调试和跟踪。lpc2214一共有三条内部总线，一条是内部局部总线，用来连接内部ram和rom，rom有256kb，ram16k。另一条是amba总线ahb，主要连接向量间断控制器和外部存储器接口，第三条是vpb，通过vpb桥桥接到ahb，用于低速外设，有点x86主板的味道，不外它把这三个总线都集成在一个处理器里面。vpb上连接了好多外设，像uart，i2c，spi，timer，pwm，a/d，rtc，hot dog，系统控制，外部间断。这些外设通常以主频的1/2，1/4，1倍速度运行，这里我不会讲这些外设如何控制，如何设定寄存器，那杨可以写一本数据手册了。我只讲我觉得这个处理器里我觉得比较有意思的东西。
这个处理器内含振荡器，可以外接晶振也可直接接时钟，还含有pll，我们使用时通常让它在振荡器模式下启动运行，然后切换到pll模式，可以进步运行速度。这个处理器有掉电模式和空闲模式，空闲模式只禁止cpu的时钟，但是外设时钟继承运行，在掉电模式pll休止运行，掉电模式通过reset可复位，空闲模式通过reset或外部间断可复位。lpc2214可以外接各类接口芯片，它一共有四个外接设备地址空间，每个空间有16M，可以按8，16，32位模式访问。lpc2214有一个存储器加速模块，可以设定是否预取，可以设定不预取，连续指令预取，所有指令数据都预取，开机默认是不预取。实在第三个情况就类似x86中的二级cache，由于目前的家用x86处理器cache设计都是两极结构，第一级是哈佛结构，第二级就是指令数据共享一个cache。实期近使在不预取的情况下由于lpc2214是三级流水线结构，也会预取两条指令，当前指令地址为pc+2，这只是层次和说法上的题目。最后就是处理器的地址空间布局，lpc2214不存在io空间，它是内存空间同一编址，0地址开始是rom，256k，1G以上是ram，16k，2G以上是外部地址空间，64M，2.5G以上是vpb和ahb地址空间;其中rom空间的顶端是boot block块，8k，这8k还映射到2G的顶端。最低64字节是间断向量表，可以映射到boot block，内部rom，内部ram，外部空间，详细映射可以设定memmap寄存器。