毕业设计（论文）-ARM体系结构与编程技术研究.doc

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1、ARM 体系结构与编程技术研究 1 目录 摘要 3 第 1 章 绪 论 .4 1.1 课题背景.4 1.1.1 嵌入式系统的背景 .4 1.1.2 ARM 的背景 .5 1.2 研究方向 6 1.3 本文的工作 6 第 2 章 ARM 体系结构与编程分析.7 .1 ARM 概述及其基本编程模型 .34 2.1.1 ARM 芯片具有 RISC 体系的一般特点 .34 2.1.2 ARM 体系结构的版本 34 2.1.3 ARM 处理器系列 35 2.1.4 ARM 处理器模式 35 2.2 ARM 指令的寻址方式 7 2.2.1 立即寻址7 2.2.2 寄存器寻址7 2.2.3 寄存器间接寻址8

2、 2.2.4 基址变址寻址8 2.2.5 多寄存器寻址9 2.2.6 相对寻址9 2.2.7 堆栈寻址9 2.3 ARM 指令集概述 .10 2.3.1 跳转指令.10 2.3.2 数据处理指令.12 2.3.3 乘法指令与乘加指令.19 2.3.4 程序状态寄存器访问指令.22 2.3.5 加载/存储指令23 2.3.6 批量数据加载/存储指令26 2.3.7 数据交换指令.27 2.3.8 移位指令（操作）.28 2.3.9 协处理器指令.30 2.3.10 异常产生指令33 第第 3 3 章章 ARMARM 处理器的编程模型处理器的编程模型34 3.1 ARM 体系结构的存储器格式 .3

3、6 3.2 指令长度及数据类型. 3.3 处理器模式. 3.4 寄存器组织.37 ARM 体系结构与编程技术研究 2 3.4.1 ARM 状态下的寄存器组织 .37 3.4.2 程序状态寄存器.40 3.5 异常43 3.5.1 ARM 体系结构所支持的异常类型 .43 3.5.2 对异常的响应.44 3.5.3 异常进入/退出小节44 3.5.4 应用程序中的异常处理.45 第 4 章 设计思想与方案论证 .46 4.1 设计思想 .46 4.2 论证分析 .50 结 论 .52 参考文献 .54 致 谢 .55 ARM 体系结构与编程技术研究 3 摘要摘要 随着电子技术和计算机技术的发展，

4、微控制芯片功能越来越强大，而嵌入微控制 芯片的设备和系统越来越多，从而使得这种技术越来越引人注目。ARM 嵌入式处理器是 一种高性能、低功耗的 RISC 芯片。 本文将给予 ARM 做出一个全面的概述。要了解 ARM 技术及 ARM 芯片，要从两方面 下手：第一是 ARM 的指令寻址分析；第二是 ARM 的硬件组成及体系结构分析。 该课题就 ARM 的由来、发展、优势及 ARM 芯片的体系结构、指令系统、编程方法 以及开发工具进行研究。ARM 和单片机之间有很大的联系，这里可以运用学习 80C51 的 方法去了解 ARM，但是他们之间又有很多的不同之处，这个也是 ARM 存在的理由。此内 容将

5、在最后进行行探讨，找出 ARM 处理器与 80C51 芯片之间、ARM 处理器各版本之间的 联系与区别。以达到通过此次设计掌握开发基于 ARM 的应用系统的各方面的知识的目 的。 关键词：ARMARM、体系结构、编程、指令 ARM 体系结构与编程技术研究 4 Abstract Along with electronic technology and computer technology development,micro control chip function more and more formidable, but inserts themicro control chip the

6、equipment and the system more and more many,thus causes this kind of technology to be more and more noticeable.ARM inserts the type processor is one kind of high performance, thelow power loss RISC chip. This article will give ARM to make a comprehensive outline. Mustunderstand the ARM technology an

7、d the ARM chip, must start from twoaspects: First is the ARM instruction addressing analysis; Second isthe ARM hardware composition and the system structure analysis. This topic on the ARM origin, the development, the superiority and theARM chip system structure, the command system, the programming

8、methodas well as the development kit conducts the research. Between ARM andthe monolithic integrated circuit has the very big relation, here mayutilize studies 80C51 the method to understand ARM, but between themalso has very many similarity, this also is the ARM existence reason.This content finall

9、y will be entering all the various professionsdiscussion, will discover between between the ARM processor and the80C51 chip, the ARM processor various editions relation and thedifference. Achieved grasps the development through this design basedon the ARM application system various aspects knowledge

10、 goal. ARM 体系结构与编程技术研究 5 第第 1 1 章章 绪绪 论论 嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机为基础，软件硬件可裁剪，适应应用系 统对功能、可靠性、成本、体积和功耗要求的专用计算机系统。世界上几乎所有的主 要半倒替厂商都在生产基于 ARM 体系结构的通用芯片，或在其专用芯片中嵌入 ARM 相关技术。基于 ARM 内核的处理器年产量为 5 亿个，已经成为业界的龙头。本课题将 对 ARM 的体系结构和编程技术进行研究。 1.1 课题背景 1.1.11.1.1 嵌入式系统的背景嵌入式系统的背景 嵌入式系统被定义为:以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适 应应用系

11、统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式 系统的最大特点是其所具有的目的性或针对性，即每一套嵌入式系统的开发设计都有 其特殊的应用场合与特定功能。这也是嵌入式系统与通用的计算机系统最主要的区别。 嵌入式系统一般指非 PC 系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器 2 微处理器、 存储器及外设器件和 UO 端口、图形控制器、以太网控制器等。软件部分包括操作系统 和应用程序编程，有时设计人员把两种软件部分组合在一起。应用程序控制着系统的 运行和行为;而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。另外，嵌入式技术与 实时性有着天然的联系:由于嵌入式系统是为特定的目的而设

12、计的，且常常受到空间、 成本、存储、带宽等条件的限制，因此，它必须最大限度地在硬件上和软件上 “量身 定做”以提高效率，这样的结果最终导致了实时性的增强。嵌入式系统的应用场合非 常广泛，从家用电器，不业控制到医疗设备。相对于传统计算机系统，嵌入式系统具 有以下特征:功能单一，在需求分析或系统设计的时候能够对处理器性能、存储器容量、 UO 带宽等有明确的需求指标;对可靠性的要求与用户对被嵌入的应用系统的可靠性要求 ARM 体系结构与编程技术研究 6 是一致的，通常非常严格:输入输出设备特殊，往往没有键盘和显示器等与人交互的设 备，嵌入式系统与通用计算机系统相比更专门化，由于应用场合广泛，其软硬件

13、设计 直接从具体应用出发，所以各种嵌入式系统之间差异巨大。此外，嵌入式系统的资源 以是否满足应用需求为设计标准，并受到应用环境的限制，所以比传统计算机系统少 许多。嵌入式系统的软硬件结合非常紧密，每一个嵌入式系统都是一个与众不同的计 算机系统。随着 VLSI 技术的发展，软硬件之间的边界变得模糊起来，许多逻辑功能既 可以通过软件实现，也可以方便的通过硬件实现。软硬件功能的划分更多的取决于开 发效率，成本控制和技术本身的扩展余地。虽然嵌入式系统各不相同，但是它们也有 一些常见的共性。这就是嵌入式系统的三个主要特点二差异巨大;资源有限;软硬件协 同。 1.1.21.1.2 ARMARM 的背景的背

14、景 ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量 高性能、廉价、耗能低的 RISC 处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低 和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP 和移 动式应用等。 ARM 公司成立于 1990 年 11 月，全称是“Advanced RISC Machines Ltd.” ， 它是由英国 Acorn 公司提供技术和 12 名工程师、美国苹果电脑和 VLSI Technology（目前已被飞利浦收购）出资合手组建的美英混血公司。ARM 的第一个 客户就是苹果电脑公司，为其新开发的 Ne

15、wton 掌上电脑提供高速度、低功耗的 RISC（精简指令集算法）处理器。由于 ARM 只有技术，缺乏资金来购买昂贵的芯片 制造、封装和测试设备，因此 ARM 授权伙伴公司 VLSI Technology 生产，并提供必 要的技术支持，这种合作方式的初步成功也为今后 ARM 的发展模式奠定了基础。 在以后的几年中，ARM 凭借高超的技术和相对低廉的授权方式，赢得了不少客户的 青睐，这其中包括大名鼎鼎的夏普、GEC Plessey、德州仪器和 Cirrus Logic 等厂商。 由于 ARM 的授权方式灵活多变，价格相对便宜，在技术上也独树一帜，因此加入 ARM 联盟的厂商越来越多,目前全球有

16、112 家厂商在使用 ARM 公司的技术授权，而以微软和 ARM 体系结构与编程技术研究 7 SUN 为首的一批知名公司也为 ARM 处理器开发软件。2000 年，全球 ARM 处理器的发货 量达到 4 亿；到 2001 年，ARM 处理器就拥有超过 76.8%的 RISC 处理器的市场份额； 2002 年则几乎垄断了全球嵌入式 RISC 处理器市场。据 Dataquest 的最新报告显示， 2002 年 ARM 公司再次成为排名第一的 IP 提供商，其市场份额高出排名第二 Rambus 公 司约一倍左右。在 ARM 的客户名单中，全是业界耳熟能详的名字：英特尔、三星、德 州仪器、摩托罗拉和美

17、国国家半导体等，几乎涵盖了所有芯片厂商。在半导体消费普 遍衰退的今天，ARM 能够逆市上扬，给人们留下太多的启示。 1.2 研究方向 研究 ARM 芯片的体系结构与编程技术主要包括如下几个方向： 1、了解 ARM 公司的情况以及 ARM 技术的嵌入式系统的应用情况，对比 ARM 体系 结构的版本 2、介绍 ARM 编程模型的基本知识 3、详细研究 ARM 体系的指令系统以及寻址方式 4、掌握 ARM 汇编语言程序设计的基本方法以及 ARM 汇编器 armasm 的使用方法 5、介绍 ARM 体系的存储系统 6、介绍 ARM/Thumb 过程调用的标准 7、介绍 ARM 汇编程序以及 C/C+程

18、序之间相互调用的技术 8、简要介绍 ARM 体系中异常中断技术 1.3 本文的工作 对 ARM 处理器的体系结构、指令系统、编程方法以及开发工具作个比较全面的研 究，并通过此次设计掌握开发基于 ARM 的应用系统的各方面的知识。 ARM 体系结构与编程技术研究 8 第第 2 2 章章 ARMARM 指令与编程分析指令与编程分析 在本章中，我们将重点介绍到 ARM 芯片的指令分析。ARM 指令的寻址方式、种 类、作用将做为重点研究。以此明白如何编程。 2.1 ARM 指令的寻址方式 所谓寻址方式就是处理器根据指令中给出的地址信息来寻找物理地址的方式。目 前 ARM 指令系统支持如下几种常见的寻址

19、方式。 2.1.12.1.1 立即寻址立即寻址 立即寻址也叫立即数寻址，这是一种特殊的寻址方式，操作数本身就在指令中给 出，只要取出指令也就取到了操作数。这个操作数被称为立即数，对应的寻址方式也 就叫做立即寻址。例如以下指令： ADDR0，R0，1；R0R01 ADD R0，R0，0x3f ；R0R00x3f 在以上两条指令中，第二个源操作数即为立即数，要求以“”为前缀，对于以十 六进制表示的立即数，还要求在“”后加上“0x”或“ F=1 禁止 FIQ 中断。 T 标志位：该位反映处理器的运行状态。 对于 ARM 体系结构 v5 及以上的版本的 T 系列处理器，当该位为 1 时，程序运 行于

20、Thumb 状态，否则运行于 ARM 状态。 对于 ARM 体系结构 v5 及以上的版本的非 T 系列处理器，当该位为 1 时，执行 下一条指令以引起为定义的指令异常；当该位为 0 时，表示运行于 ARM 状态。 运行模式位 M4：0：M0、M1、M2、M3、M4 是模式位。这些位决定了处理 器的运行模式。具体含义如下表所示： 运行模式位 M4：0的具体含义 M4：0处理器模式可访问的寄存器 0b10000 用户模式PC，CPSR,R0-R14 0b10001 FIQ 模式PC，CPSR, SPSR_fiq，R14_fiq-R8_fiq, R7R0 0b10010 IRQ 模式PC，CPSR,

21、 SPSR_irq，R14_irq,R13_irq,R12R0 0b10011 管理模式PC，CPSR, SPSR_svc，R14_svc,R13_svc,R12R0, 0b10111 中止模式PC，CPSR, SPSR_abt，R14_abt,R13_abt, R12R0, 0b11011 未定义模式PC，CPSR, SPSR_und，R14_und,R13_und, R12R0, 0b11111 系统模式PC，CPSR（ARM v4 及以上版本）, R14R0 由上表可知，并不是所有的运行模式位的组合都是有效地，其他的组合结果会导 致处理器进入一个不可恢复的状态。 保留位 PSR 中的其余

22、位为保留位，当改变 PSR 中的条件码标志位或者控制位时，保留位 ARM 体系结构与编程技术研究 44 不要被改变，在程序中也不要使用保留位来存储数据。保留位将用于 ARM 版本的扩展。 3.43.4 异常异常 当正常的程序执行流程发生暂时的停止时，称之为异常，例如处理一个外部的中 断请求。在处理异常之前，当前处理器的状态必须保留，这样当异常处理完成之后， 当前程序可以继续执行。处理器允许多个异常同时发生，它们将会按固定的优先级进 行处理。 ARM 体系结构中的异常，与 8 位/16 位体系结构的中断有很大的相似之处，但异常与中 断的概念并不完全等同。 3.4.13.4.1 ARMARM 体系

23、结构所支持的异常类型体系结构所支持的异常类型 ARM 体系结构所支持的异常及具体含义如下表所示： 异常类型具体含义 复位当处理器的复位电平有效时，产生复位异常，程序跳转到 复位异常处理程序处执行。 未定义指令当 ARM 处理器或协处理器遇到不能处理的指令时，产生未 定义指令异常。可使用该异常机制进行软件仿真。 软件中断该异常由执行 SWI 指令产生，可用于用户模式下的程序调 用特权操作指令。可使用该异常机制实现系统功能调用。 指令预取中止若处理器预取指令的地址不存在，或该地址不允许当前指 令访问，存储器会向处理器发出中止信号，但当预取的指 令被执行时，才会产生指令预取中止异常。 数据中止若处理

24、器数据访问指令的地址不存在，或该地址不允许当 前指令访问时，产生数据中止异常。 IRQ（外部中断 请求） 当处理器的外部中断请求引脚有效，且 CPSR 中的 I 位为 0 时，产生 IRQ 异常。系统的外设可通过该异常请求中断服 ARM 体系结构与编程技术研究 45 务。 FIQ（快速中断 请求） 当处理器的快速中断请求引脚有效，且 CPSR 中的 F 位为 0 时，产生 FIQ 异常。 3.4.23.4.2 对异常的响应对异常的响应 当一个异常出现以后，ARM 微处理器会执行以下几步操作： 1、将下一条指令的地址存入相应连接寄存器 LR，以便程序在处理异常返回时能从 正确的位置重新开始执行。

25、若异常是从 ARM 状态进入，LR 寄存器中保存的是下一条指 令的地址（当前 PC4 或 PC8，与异常的类型有关） ；若异常是从 Thumb 状态进入， 则在 LR 寄存器中保存当前 PC 的偏移量，这样，异常处理程序就不需要确定异常是从 何种状态进入的。例如：在软件中断异常 SWI，指令 MOV PC，R14_svc 总是返回到下 一条指令，不管 SWI 是在 ARM 状态执行，还是在 Thumb 状态执行。 2、将 CPSR 复制到相应的 SPSR 中。 3、根据异常类型，强制设置 CPSR 的运行模式位。 4、强制 PC 从相关的异常向量地址取下一条指令执行，从而跳转到相应的异常处理

26、程序处。 还可以设置中断禁止位，以禁止中断发生。 如果异常发生时，处理器处于 Thumb 状态，则当异常向量地址加载入 PC 时，处理器自 动切换到 ARM 状态。 3.4.33.4.3 异常进入异常进入/ /退出小节退出小节 下表总结了进入异常处理时保存在相应 R14 中的 PC 值，及在退出异常处理时推荐使用的指令。 以前的状态 返回指令 ARM R14_xThumb R14_x 注意 BL MOV PC，R14PC4PC2 1 SWI MOVS PC，R14_svcPC4PC2 1 ARM 体系结构与编程技术研究 46 UDEF MOVS PC，R14_undPC4PC2 1 FIQ S

27、UBS PC，R14_fiq，4PC4PC4 2 IRQ SUBS PC，R14_irq，4PC4PC4 2 PABT SUBS PC，R14_abt，4PC4PC4 1 DABT SUBS PC，R14_abt，8PC8PC8 3 RESETNA 4 注意： 1、在此 PC 应是具有预取中止的 BL/SWI/未定义指令所取的地址。 2、在此 PC 是从 FIQ 或 IRQ 取得不能执行的指令的地址。 3、在此 PC 是产生数据中止的加载或存储指令的地址。 4、系统复位时，保存在 R14_svc 中的值是不可预知的。 3.4.43.4.4 应用程序中的异常处理应用程序中的异常处理 当系统运行时

28、，异常可能会随时发生，为保证在 ARM 处理器发生异常时不至于处 于未知状态，在应用程序的设计中，首先要进行异常处理，采用的方式是在异常向量 表中的特定位置放置一条跳转指令，跳转到异常处理程序，当 ARM 处理器发生异常时， 程序计数器 PC 会被强制设置为对应的异常向量，从而跳转到异常处理程序，当异常处 理完成以后，返回到主程序继续执行。 ARM 体系结构与编程技术研究 47 第第 4 4 章章 设计思想与方案论证设计思想与方案论证 ARM 就是单片机，严格来说是 ARM 公司设计的一个 32 位 IP core，授权给其它公 司加上不同的功能，形成各种不同的 IC。很多带有 ARM IP

29、的芯片都是一个 SOC（片上 系统） ，功能很强，直接使用，难度比较大，但一般都会使用一种操作系统，编程一般 用 C 来写，与通用的微机软件比较相似。通常指的单片机都是指 8 位或 4 位的芯片， 一般不使用操作系统，大部分是用汇编来编程。下面并分别画出 80C51、ARM7 和 ARM9 三者的原理方框图，对三种芯片的优缺点进行了对比，分析它们的体系结构。 4.1 设计思想 1. 方案 1 (1) 硬件组成：芯片 80C51 (2) 性能综述：MCS51 系列单片机是 intel 公司才采用 HMOS 技术制造的 8 位高 档微机系列产品。 (3) 系统原理框图 ARM 体系结构与编程技术研

30、究 48 内部总线 时钟电路 CPU INT0 T1T0 并行接口串行接口 P0 P1 P2 P3TXD RXD 中断系统 ROMRAM定时/计数器 INT1 (4)结构特点 A、一个 8 位 CPU，用来运算、控制。 B、片内数据存储器 RAM，对于 51 系列单片机而言，容量是 128 字节。 C、片内程序存储器 ROM，对于 89C51 单片机而言，容量是 4K（4096 个单元） 。 D、4 个 8 位的并行 I/O 口，分别是 P0、P1、P2、P3。 E、2 个 16 位定时/计数器。 F、中断结构。 G、一个可编程全双工通用异步接收发送器 UART。 H、一个片内振荡器用于时钟的

31、产生。 I、可寻址 64KB 外部程序存储器和外部数据存储器的总线扩展结构。 2. 方案 2 (1)硬件组成：ARM7 (2) 背景介绍：ARM7 是广泛使用的 32 位 RISC 微处理器，付运数目已超过千 万。 Actel 的 CoreMP7 是广受欢迎的 ARM7TDMI-S 的软 IP 版本，并经过优 化来提升速度及减少处理器尺寸，以便与 Actel 以 Flash 为基础的 FPGA 器 件配合。通过 CoreMP7 , Actel 将 ARM7 推向广大的市场，并毋须收取授权费 ARM 体系结构与编程技术研究 49 用。今后， FPGA 用户不必再限于使用专有的 32 位处理器内核

32、。相反地，他 们可以使用行业标准的 ARM7，建基于知名的架构和通用指令集。 CoreMP7 可 执行 ARMv4T 指令集架构及所有 32 位 ARM7 指令和所有 16 位 Thumb 指令。 该处理器具有 3 级流水线、32 位 ALU、 32 位数据寄存器、32 位外部地址和 数据总线接口，以及 JTAG 调试接口。 (3) 系统原理框图 注：ARM7 与 ARM9 在内部电路结构上大致相同，在以下讲解 ARM9 时将详细阐述。 （4）体系结构及特点 A、体积小、功耗低、低成本、高性能。 B、支持 Thumb(16 位)/ARM（32 位）双指令集，能很好的兼容 8/16 位期间。 C

33、、大量使用积存器，使运算速度加快。 D、大量数据操作都在积存器中执行。 E、寻址方式简单灵活，执行率高。 F、指令长度固定。 3. 方案 3 (1) 硬件组成：ARM9 (2) 背景介绍：ARM9 系列处理器是英国 ARM 公司设计的主流嵌入式处理器，主要 包括 ARM9TDMI 和 ARM9E-S 等系列。ARM 微处理器是一种高性能、低功耗的 32 位微处器， 它被广泛应用于嵌入式系统中。ARM9 代表了 ARM 公司主流的处理器，已经在手持电话、 机顶盒、数码像机、GPS、个人数字助理以及因特网设备等方面有了广泛的应用。目前 嵌入式系统教学平台市场上的主导产品都是基于 ARM7 或 AR

34、M9 架构的，一般都认为 ARM7 属于低端产品、ARM9 属于高端产品。 (3) 系统原理框图： ARM 体系结构与编程技术研究 50 (4)体系结构与特点（ARM9E-S） A、32bit 定点 RISC 处理器，改进型 ARMThumb 代码交织，增强性乘法器设计。 支持实时(real-time)调试； B、片内指令和数据 SRAM，而且指令和数据的存储器容量可调； ARM 体系结构与编程技术研究 51 C、片内指令和数据高速缓冲器(cache)容量从 4K 字节到 1M 字节； D、设置保护单元(protcction unit)，非常适合嵌入式应用中对存储器进行分段和保 护； E、采用

35、 AMBA AHB 总线接口，为外设提供统一的地址和数据总线； F、支持外部协处理器，指令和数据总线有简单的握手信令支持； G、支持标准基本逻辑单元扫描测试方法学，而且支持 BIST(built-in-self-test)； H、支持嵌入式跟踪宏单元，支持实时跟踪指令和数据。 4.2 论证分析 (1) 每个方案都谈到了不同的处理器，ARM 和单片机应用的领域的侧重点不同， 单片机主要用于工业控制，测试测量等较为简单的控制, 使用比较简单，价格低廉。 ARM 主要用于消费类电子等方面, ARM 可以运行操作系统,实行较为复杂的控制.通常 ARM 带有丰富的外设接口,比如串口,USB,网口,LCD

36、 控制器,等等。单片机和 ARM 各有 优缺点。 (2) ARM7 是一种小型、快速、低能耗、集成式 RISC 内核，用于移动通信。 ARM7TDMI(Thumb):这是公司授权用户最多的一项产品，将 A 蜂窝电话和硬盘驱动器。 ARM7 内核是 0.9MIPS/MHz 的三级流水线和冯诺伊曼结构。RM7 指令集同 Thumb 扩 展组合在一起，以减少内存容量和系统成本。同时，它还利用嵌入式 ICE 调试技术来 简化系统设计，并用一个 DSP 增强扩展来改进性能。该产品的典型用途是数字。 (3) ARM9TDMI:采用 5 阶段管道化 ARM9 内核，同时配备 Thumb 扩展、调试和 Har

37、vard 总线。在生产工艺相同的情况下，性能可达 ARM7TDMI 的两倍之多。常用于 连网和顶置盒。ARM9 内核是 5 级流水线,提供 1.1MIPS/MHz 的哈佛结构。 (4) arm7 没有 mmu,arm720T 是 MMU 的;arm9 是有 mmu 的,arm940T 只有 Memory protection unit.不是一个完整的 MMU。ARM7TDMI 提供了非常好的性能功耗比。它 包含了 THUMB 指令集快速乘法指令和 ICE 调试技术的内核。ARM9 的时钟频率比 ARM7 更 高,采用哈佛结构区分了数据总线和指令总线。 ARM 体系结构与编程技术研究 52 (5

38、) ARM9E 相比于 ARM7 性能上的提高，这不仅表现在 ARM9E 有更快的主频、更 多的硬件特性上面，还体现在某些指令的执行效率上面。执行效率我们可以用 CPU 的时 钟周期数(Cycle)来衡量；运行同一段程序，ARM9E 的处理器可以比 ARM7 节省大约 30%左 右的时钟周期。 结结 论论 采用 ARM 技术知识产权（IP）核的微处理器，即我们通常所说的 ARM 微处理器， ARM 体系结构与编程技术研究 53 已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场， 基于 ARM 技术的微处理器应用约占据了 32 位 RISC 微处理器 75以上的市场份额

39、， ARM 技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。 ARM 公司是专门从事基于 ISC 技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商， 本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各 大半导体生产商从 ARM 公司购买其设计的 ARM 微处理器核，根据各自不同的应用领 域，加入适当的外围电路，从而形成自己的 ARM 微处理器芯片进入市场。目前，全世 界有几十家大的半导体公司都使用 ARM 公司的授权，因此既使得 ARM 技术获得更多 的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场 被消费者所接受，更具有竞争力。 到目前为止，ARM 微处理器

40、及技术的应用几乎已经深入到各个领域： 1、工业控制领域：作为 32 的 RISC 架构，基于 ARM 核的微控制器芯片不但占 据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展， ARM 微控制器的低功耗、高性价比，向传统的 8 位/16 位微控制器提出了挑战。 2、无线通讯领域：目前已有超过 85%的无线通讯设备采用了 ARM 技术， ARM 以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。 3、网络应用：随着宽带技术的推广，采用 ARM 技术的 ADSL 芯片正逐步获得竞 争优势。此外，ARM 在语音及视频处理上行了优化，并获得广泛支持，也对 DSP 的 应用领域提出了

41、挑战。 4、消费类电子产品：ARM 技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游 戏机中得到广泛采用。 5、成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用 ARM 技术。 手机中的 32 位 SIM 智能卡也采用了 ARM 技术。 除此以外，ARM 微处理器及技术还应用到许多不同的领域，并会在将来取得更加 广泛的应用。 ARM 体系结构与编程技术研究 54 参考文献参考文献 1 吴炳胜,王桂梅.80C51 单片机原理与应用M.北京：冶金工业出版社 2001：3-4 2 徐 东,刘志军,王立华. 32位RISC结构体系的性能优势J. 山东大学信息科学与工程 学院，2006 3 张仑.

42、 32位嵌入式系统硬件设计与调试J. 北京:机械工业出版社, 2005. 4 王田苗. 嵌入式系统设计与实例开发J. 北京:清华大学出版社, 2003. 5 Advanced RISC Machines Ltd (ARM) M.ARM7TDMI Data sheet. 6 杜春雷.ARM体系结构与编程-北京M清华大学出版社，2003. 7 郁有文,程继红.传感器原理及工程应用M.西安：西安电子科技大学出版社， 2003.7:20-30 8 费哲平-基于ARM的嵌入式系统程序开发要点(六)J-单片机与嵌入式系统应用, 2004 9 张俊谟.单片机中级教程M.北京：北京航空航天大学出版社，2000

43、.6:132-137 10 嵌入式系统开发-基于SEP3203的应用的培训材料南京M/OL东南大学. 11 最新 74 系列 IC 特性代换手册M.福建：福建科学技术出版社:1989:75 12 刘侃ARM程序设计优化策略与技术J. 单片机与嵌入式系统应用,2004,4:71-73 13 陈伟强.MSC-51 实用子程序集M.北京:北京北京航空航天大学出版社，1998.4:78- 80,82-85 14 赵晶.PROTEL 高级应用M:人发邮电出版社,2002.12:224-226 15 孙昊,曹玉强,杜秀芳.ARM处理器启动代码的分析与编程. J.济南：山东大学控制科 学与工程学院，2002

44、:178-179 ARM 体系结构与编程技术研究 55 致致 谢谢 感谢我的导师 XXX 老师，她严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的 榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。这片论文的每个实 验细节和每个数据，都离不开你的细心指导。而你开朗的个性和宽容的态度，帮助我 能够很快的融入我们这个新的实验室。 感谢我的室友们，从遥远的家来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼 此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。顾四年学习期间的一千余个日日夜 夜，自己为有机会摆脱工作的烦恼与浮躁，静心钻研，潜心研究，并取得初步研究成 果而感到欣慰。四年了，仿佛就在昨天。只是今后大家就难得再聚在一起吃每年元旦 那顿饭了吧，没关系，各奔前程，大家珍重。也愿离开我们寝室的兄弟们开开心心。 我们在一起的日子，我会记一辈子的。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成， 有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！论 文终于脱稿付印了，此刻的我思绪万千，心情久久不能平静。回忆我在湖南文理学院 学习的四年中，最令我难忘的恩师是导师 XXX 老师。 感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康 快乐是我最大的心愿。