ARM 架構/特性（處理器）全解

ARM 架構是構建每個(gè) ARM 處理器的基礎。ARM 架構隨著(zhù)時(shí)間的推移不斷發(fā)展，其中包含的架構功能可滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的新功能、高性能需求以及新興市場(chǎng)的需要。有關(guān)最新公布版本的信息，請參閱 ARMv8 架構。

ARM 架構支持跨躍多個(gè)性能點(diǎn)的實(shí)現，并已在許多細分市場(chǎng)中成為主導的架構。ARM 架構支持非常廣泛的性能點(diǎn)，因而可以利用最新的微架構技術(shù)獲得極小的 ARM 處理器實(shí)現和極有效的高級設計實(shí)現。實(shí)現規模、性能和低功耗是 ARM 架構的關(guān)鍵特性。

ARM 已經(jīng)開(kāi)發(fā)了架構擴展，從而為 Java 加速 (Jazelle®)、安全性 (TrustZone®)、SIMD 和高級 SIMD (NEON™) 技術(shù)提供支持。ARMv8-A 架構增加了密碼擴展作為可選功能。

ARM 架構與精簡(jiǎn)指令集計算 (RISC) 架構類(lèi)似，因為它包含以下典型 RISC 架構特征：

統一寄存器文件加載/存儲架構，其中的數據處理操作只針對寄存器內容，并不直接針對內存內容。

簡(jiǎn)單尋址模式，所有加載/存儲地址只通過(guò)寄存器內容和指令字段確定。

對基本 RISC 架構的增強使 ARM 處理器可以實(shí)現較高性能、較小代碼大小、較低功耗和較小硅面積的良好平衡。

A32(ARM)架構/特性

ARM(通常稱(chēng)為 A32)是一種固定長(cháng)度(32 位)的指令集。它是 ARMv4T、ARMv5TEJ 和 ARMv6 架構中使用的基礎 32 位 ISA。在這些架構中，該指令集用于需要高性能的應用領(lǐng)域，或用于處理硬件異常，如中斷和處理器啟動(dòng)。

對于性能關(guān)鍵應用和舊代碼，Cortex 架構的 Cortex™-A 和 Cortex-R 配置文件也支持 ARM ISA。其多數功能都包括在與 Thumb-2 技術(shù)一起引入的 Thumb 指令集中。Thumb (T32) 從改進(jìn)的代碼密度中獲益。

ARM 指令的長(cháng)度為 32 位，需要 4 字節邊界對齊。

可以對大多數 ARM 指令進(jìn)行“條件化”，使其僅在以前的指令設置了特定條件代碼時(shí)執行。這意味著(zhù)，如果應用程序狀態(tài)寄存器中的 N、Z、C 和 V 標志滿(mǎn)足指令中指定的條件，則指令僅對程序員的模型操作、內存和協(xié)處理器發(fā)揮其正常作用。如果這些標記不滿(mǎn)足此條件，則指令會(huì )用作 NOP，即執行過(guò)程正常進(jìn)入下一指令(包括將對異常進(jìn)行任意相關(guān)檢查)，但不發(fā)揮任何其他作用。此條件化指令允許對 if 和 while 語(yǔ)句的一小部分進(jìn)行編碼，而無(wú)需使用跳轉指令。

條件代碼N：否定條件代碼，如果結果為否定的，則設置為 1

條件代碼Z：零條件代碼，如果指令的結果為 0，則設置為 1

條件代碼C：進(jìn)位條件代碼，如果指令生成進(jìn)位條件，則設置為 1

條件代碼V：溢出條件代碼，如果指令生成溢出條件，則設置為 1。

T32(Thumb)架構/特性

成本敏感型嵌入式控制應用領(lǐng)域(例如手機、磁盤(pán)驅動(dòng)器、調制解調器和尋呼機)一直在尋求通過(guò)某些方式在兼顧內存占用空間的前提下以最低成本實(shí)現 32 位性能和地址空間。

Thumb (T32) 指令集提供已壓縮至 16 位寬操作碼的、最常用的 32 位 ARM 指令的子集。在執行時(shí)，這些 16 位指令實(shí)時(shí)、透明地解壓縮為完整 32 位 ARM 指令，且無(wú)性能損失。

Thumb 可向設計人員提供：

卓越的代碼密度，可實(shí)現最小的系統內存大小和最低的成本。

在 8 位或 16 位總線(xiàn)上的 8 位或 16 位內存中實(shí)現 32 位性能，從而降低系統成本。

建立的 ARM 功能

行業(yè)領(lǐng)先的 MIPS/Watt，以盡可能延長(cháng)電池壽命和增加 RISC 性能

小的芯片面積，以進(jìn)行集成和盡可能降低芯片成本

全球多合作伙伴源，可提供安全保證。

設計人員可以同時(shí)使用 16 位 Thumb 和 32 位 ARM 指令集，這樣，他們就可以靈活地根據應用需求在子例程級別上增強性能或調整代碼大小。

Thumb ISA 受 ARM 生態(tài)體系的廣泛支持，包括完善的 Windows 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境以及開(kāi)發(fā)和評估卡。

改進(jìn)了代碼密度，具有性能效率和功效

Thumb-2 技術(shù)使 Thumb 成為混合(32 位和 16 位)長(cháng)度指令集，是所有 ARMv7 兼容的 ARM Cortex 實(shí)現所通用的指令集。Thumb-2 提升了眾多嵌入式應用程序的性能、能效和代碼密度。

該技術(shù)與現有 ARM 和 Thumb 解決方案向后兼容，同時(shí)顯著(zhù)擴展了 Thumb 指令集的可用功能，從而使更多應用程序從 Thumb 的同類(lèi)最佳代碼密度中獲益。為獲得性能優(yōu)化的代碼，Thumb-2 技術(shù)使用少于 31% 的內存以降低系統成本，同時(shí)，提供比現有高密度代碼高出 38% 的性能，因此可用于延長(cháng)電池壽命，或豐富產(chǎn)品功能集。