Arm內(nèi)核由哪些結(jié)構(gòu)組成和特點介紹
ARM內(nèi)核采用精簡指令集結(jié)構(gòu)(RISC，Reduced Instruction Set Computer)體系結(jié)構(gòu)。RISC技術(shù)產(chǎn)生于上世紀70年代。其目標是設(shè)計出一套能在高時鐘頻率下單周期執(zhí)行、簡單而有效的指令集，RISC的設(shè)計重點在于降低硬件執(zhí)行指令的復(fù)雜度，這是因為軟件比硬件容易提供更大的靈活性和更高的智能。與其相對的傳統(tǒng)復(fù)雜指令級計算機(CISC)則更側(cè)重于硬件執(zhí)行指令的功能性，使CISC指令變得更復(fù)雜。
RISC的設(shè)計思想主要有以下特性。
· Load/Store體系結(jié)構(gòu)。
Load/Store體系結(jié)構(gòu)也稱為寄存器/寄存器體系結(jié)構(gòu)或者RR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在這類機器中，操作數(shù)和運算結(jié)果不是通過主存儲器直接取回而是借用大量標量和矢量寄存器來取回的。與RR體系結(jié)構(gòu)相反，還有一種存儲器/存儲器體系結(jié)構(gòu)，在這種體系結(jié)構(gòu)中，源操作數(shù)的中間值和最后的運算結(jié)果是直接從主存儲器中取回的。這類機器的縮寫符號是SS體系結(jié)構(gòu)。
· 固定長度指令。
固定長度指令使得機器譯碼變得比較容易。由于指令簡單，需要更多的指令來完成相同的工作，但是隨著存儲器存取速度的提高，處理器可以更快地執(zhí)行較大代碼段(即大量指令)。
· 硬聯(lián)控制。
RISC機以硬聯(lián)控制指令為特點，而CISC的微代碼指令則相反。使用CISC(常常是可變長度的)指令集時處理器的語義效率最大，而簡單指令往往容易被機器翻譯。像CISC那樣通過執(zhí)行較少指令來完成工作未必省時，因為還要包括微代碼譯碼所需要的時間。因此，由硬件實現(xiàn)指令在執(zhí)行時間方面提供了更好的平衡。除此之外，還節(jié)省了芯片上用于存儲微代碼的空間并且消除了翻譯微代碼所需的時間。
· 流水線。
指令的處理過程被拆分為幾個更小的、能夠被流水線并行執(zhí)行的單元。在理想情況下，流水線每周期前進一步，可獲得更高的吞吐率。
· 寄存器。
RICS處理器擁有更多的通用寄存器，每個寄存器都可存放數(shù)據(jù)或地址。寄存器可為所有的數(shù)據(jù)操作提供快速的局部存儲訪問。
采用RISC架構(gòu)的ARM微處理器一般具有如下特點：
支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件。Thumb指令集比通常的8位和16位CISC/RISC處理器具有更好的代碼密度;
● 指令執(zhí)行采用3級流水線/5級流水線技術(shù);
● 帶有指令Cache和數(shù)據(jù)Cache，大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快。大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成。尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高。指令長度固定(在ARM狀態(tài)下是32位，在Thumb狀態(tài)下是16位);
● 支持大端格式和小端格式兩種方法存儲字數(shù)據(jù);
● 支持Byte(字節(jié)，8位)、Halfword(半字，16位)和Word(字，32位)三種數(shù)據(jù)類型。
● 支持用戶、快中斷、中斷、管理、中止、系統(tǒng)和未定義等7種處理器模式，除了用戶模式外，其余的均為特權(quán)模式;
● 處理器芯片上都嵌入了在線仿真ICE-RT邏輯，便于通過JTAG來仿真調(diào)試ARM體系結(jié)構(gòu)芯片，可以避免使用昂貴的在線仿真器。另外，在處理器核中還可以嵌入跟蹤宏單元ETM，用于監(jiān)控內(nèi)部總線，實時跟蹤指令和數(shù)據(jù)的執(zhí)行;
● 具有片上總線AMBA(Advanced Micro-controller Bus Architecture)。 AMBA定義了3組總線：先進高性能總線AHB(Advanced High performance Bus);先進系統(tǒng)總線ASB(Advanced System Bus);先進外圍總線APB(Advanced Peripheral Bus)。通過AMBA可以方便地擴充各種處理器及I/O，可以把DSP、其他處理器和I/O(如UART、定時器和接口等)都集成在一塊芯片中;
● 采用存儲器映像I/O的方式，即把I/O端口地址作為特殊的存儲器地址;
● 具有協(xié)處理器接口。ARM允許接16個協(xié)處理器，如CP15用于系統(tǒng)控制，CP14用于調(diào)試控制器;
● 采用了降低電源電壓，可工作在3.0V以下;減少門的翻轉(zhuǎn)次數(shù)，當某個功能電路不需要時禁止門翻轉(zhuǎn);減少門的數(shù)目，即降低芯片的集成度;降低時鐘頻率等一些措施降低功耗;
● 體積小、低成本、高性能。
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