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1、ARM硬件结构 制作人：制作者PPT时间：2024年X月目录第第1 1章章ARMARM硬件结构简介硬件结构简介第第2 2章章ARMARM处理器模式处理器模式第第3 3章章ARMARM指令集详解指令集详解第第4 4章章ARMARM缓存与内存管理缓存与内存管理第第5 5章章ARMARM编程实践编程实践第第6 6章章 总结总结 0101第1章 ARM硬件结构简介 ARMARM的发展历的发展历程程ARMARM自自19901990年代初问世以来，其架构已演进至年代初问世以来，其架构已演进至ARMv8-AARMv8-A，被广泛应用于各种设备中，为移动计算和，被广泛应用于各种设备中，为移动计算和嵌入式系统带
2、来了革命性的变化。嵌入式系统带来了革命性的变化。ARM核心架构的关键组成部分负责执行指令和处理数据处理器核心提高数据访问速度，减少访问延迟缓存有效管理内存访问，提高系统效率内存管理单元（MMU）用于软件调试和性能分析调试单元ARM指令集的重要性ARM指令集是ARM处理器的基石，它定义了处理器可以理解和执行的指令。指令集的优化直接关系到处理器的性能和功耗。ARM寄存器的作用用于存储数据和地址，如R0-R15通用寄存器包含程序状态寄存器（PSR）和浮点状态寄存器（FPSR）状态寄存器指向下一条指令的地址程序计数器 0202第2章 ARM处理器模式 ARM处理器的工作模式适合普通应用程序运行用户模式
3、操作系统内核运行的模式系统模式处理器能够执行所有指令和访问所有内存特权模式异常处理的重要性异常处理是ARM处理器的关键特性之一，它允许处理器在执行指令时响应中断和异常，从而保证系统的稳定运行。ARM处理器的异常类型响应外部设备请求中断处理高优先级的中断快速中断处理器在取指令时检测到错误预取指令异常 0303第3章 ARM指令集详解 数据处理指令ARM的数据处理指令包括加法指令如ADD、ADDS、SUB、SUBS等，逻辑运算指令如AND、ORR、EOR等，以及移位指令如LSL、LSR、ASR、ROR等。这些指令为ARM处理数据提供了强大的支持。加法与逻辑运算指令加法指令，用于执行两个寄存器或寄存
4、器与立即数之间的加法运算。ADD/ADDS减法指令，用于执行两个寄存器或寄存器与立即数之间的减法运算。SUB/SUBS逻辑与指令，用于执行两个寄存器或寄存器与立即数之间的逻辑与运算。AND逻辑或指令，用于执行两个寄存器或寄存器与立即数之间的逻辑或运算。ORR移位指令逻辑左移指令，将寄存器的值左移指定的位数。LSL逻辑右移指令，将寄存器的值右移指定的位数，并丢弃最高或最低的位。LSR算术右移指令，将寄存器的值右移指定的位数，并保留最高位。ASR循环右移指令，将寄存器的值循环右移指定的位数。ROR加载/存储指令ARM的加载/存储指令负责在寄存器和内存之间传输数据。加载指令如LD、LDR、LDM等，
5、存储指令如ST、STR、STM等，条件加载/存储指令如LDRSB、LDRH等，用于在特定条件满足时执行加载或存储操作。加载指令加载指令，用于将指定地址的内存数据加载到寄存器中。LD间接加载指令，用于加载寄存器地址所指向的内存数据。LDR多寄存器加载指令，用于同时加载多个寄存器。LDM存储指令存储指令，用于将寄存器的数据存储到指定地址的内存中。ST间接存储指令，用于将寄存器的数据存储到寄存器地址所指向的内存中。STR多寄存器存储指令，用于同时将多个寄存器的数据存储到内存中。STM条件加载/存储指令带符号位加载指令，用于加载寄存器地址所指向的内存数据，并保留符号位。LDRSB半字加载指令，用于加载
6、寄存器地址所指向的内存数据的低16位。LDRH协处理器指令ARM的协处理器指令用于处理浮点运算、SIMD运算以及加密等特定任务。这些指令包括浮点指令如FP、FPU等，SIMD指令如NEON等，以及加密指令如AES、SHA等。浮点指令浮点指令集，用于执行浮点运算。FP浮点单元，用于执行浮点运算。FPUSIMD指令ARM的SIMD指令集，用于执行多媒体运算。NEON加密指令高级加密标准指令，用于执行AES加密算法。AES安全哈希算法指令，用于执行SHA哈希运算。SHA 0404第4章 ARM缓存与内存管理 缓存概述ARM的缓存用于提高数据访问速度和减少访问延迟。常见的缓存结构包括L1Cache和L
7、2Cache等。缓存结构第一级缓存，速度最快，容量最小，通常位于处理器内部。L1Cache第二级缓存，速度较慢，容量较大，通常位于处理器外部。L2Cache内存管理单元（MMU）ARM的MMU用于实现虚拟内存管理，提高程序的可移植性。页表用于记录虚拟地址与物理地址的映射关系。MMU作用通过虚拟内存管理，程序可以在不同的硬件平台上运行。实现虚拟内存管理程序的可移植性是指程序能够在不同的操作系统和硬件平台上运行的能力。提高程序的可移植性页表用于记录虚拟地址与物理地址的映射关系。作用内存访问控制ARM的内存访问控制包括访问权限设置和访问控制寄存器的使用。访问权限用户模式下，进程只能访问受限的资源。用
8、户模式系统模式下，进程可以访问所有的资源。系统模式访问控制寄存器用于控制第一个内存映射区域的访问权限。MP0用于控制第二个内存映射区域的访问权限。MP1 0505第5章 ARM编程实践 寄存器使用在ARM编程中，寄存器的使用是一个重要的环节。寄存器用于存储变量、函数参数等数据。寄存器分配在函数内部，为局部变量分配寄存器。为变量分配寄存器在函数调用时，为函数参数分配寄存器。为函数参数分配寄存器寄存器保存在函数调用时，将寄存器的值保存到栈或其他寄存器中。函数调用时保存寄存器指令编写ARM的指令编写是一个关键的环节。指令包括单指令、双指令和多指令等格式。指令格式单个操作码的指令，如ADD、SUB等。
9、单指令两个操作码的指令，如ADDS、SUBS等。双指令多个操作码的指令，如ADD+SUB、AND+ORR等。多指令指令优化通过优化指令，减少指令的执行时间。提高代码执行效率通过优化指令，减少代码的体积。减少指令数量异常处理实例异常处理是ARM编程中的一个重要环节。编写异常处理函数，实现异常处理。异常入口实现异常处理功能的函数。编写异常处理函数在异常发生时，执行异常处理函数。实现异常处理异常返回在异常处理完成后，恢复异常发生前的上下文。恢复异常发生前的上下文在异常处理完成后，返回原程序的执行。返回原程序执行 0606第6章 总结 ARM硬件结构特点ARM的硬件结构特点包括低功耗、高性能、体积小、成本低等。ARM架构的发展趋势ARM架构的发展趋势包括从ARMv6到ARMv8-A架构的演进，支持64位计算，提高性能和兼容性等。ARM在实际应用中的优势ARM在实际应用中的优势包括优秀的能耗控制，适用于移动设备，以及强大的性能，满足高性能应用需求等。ARM生态系统的繁荣ARM生态系统包括众多厂商支持ARM架构，如高通、三星等，以及丰富的软件资源，包括操作系统、开发工具等。学习建议学习ARM的建议包括深入学习ARM指令集、编程模型、异常处理等基础知识，实践编程，编写ARM程序，了解实际应用，关注ARM技术发展动态，紧跟行业潮流等。谢谢观看！下次再见