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ARM7TDMI-S处理器山东大学工程训练中心李泉8839932313225313228•ARM不是单片机，只是一个单片机的内核。•ARM仅仅是单片机的中央处理器，一般称其为ARM处理器结构。该结构拥有自己的指令代码集，可以通过执行代码控制外部设备。给这个微处理器设计出不同的外部设备，并把它们用总线连接在一起，就组成了不同结构和性能的单片机。•以ARM为核，就是把ARM作为中央处理器，根据需要设计出外围功能模块，组成一个单片机。这个单片机由ARM核控制，ARM核执行指令，并根据指令对外围设备发出各种控制命令。51系列和ARM处理器的比较以ARM为核的单片机结构•在这种单片机中，可以设计出各种功能模块，如串口通信模块，定时器/计数器模块等，由于设计相对简单，又很灵活，移植比较容易，因此以ARM为核的单片机在同一家族中兼容性好，同时由于模块是连接在总线上的，模块的多少对ARM本身没有影响。以ARM为核容易设计出功能强大的单片机。模块可以是相同或不同的。•学会ARM以后，就大致掌握了所有以ARM为核的单片机。无论这个单片机结构多么复杂，功能多么强大，也无论它来自哪个厂家。•ARM7TDMI-S是通用的32位微处理器，它具有高性能和低功耗的特性。ARM结构是基于精简指令集计算机(RISC)原理而设计的，指令集和相关的译码机制比微程序的复杂指令集计算机要简单得多。这样使用一个小的、廉价的处理器核，就可实现很高的指令吞吐量和实时的中断响应。•由于使用了流水线技术，处理和存储系统的所有部分都可连续工作。通常，在执行一条指令的同时对下一条指令进行译码，并将第三条指令从存储器中取出。•ARM7TDMI-S处理器也使用了一个被称为THUMB的独特结构化策略，它非常适用于那些对存储器有限制或者需要较高代码密度的大批量产品的应用。•在THUMB后面一个关键的概念是“超精简指令集”。基本上，ARM7TDMI-S处理器具有两个指令集：•标准32位ARM指令集•16位THUMB指令集•THUMB指令集的16位指令长度使其可以达到标准ARM代码两倍的密度，却仍然保持ARM的大多数性能上的优势，这些优势是使用16位寄存器的传统16位处理器所不具备的。因为THUMB代码和ARM代码一样，在相同的32位寄存器集上进行操作。•THUMB代码仅为ARM代码规模的65%，但其性能却相当于连接到16位存储器系统的相同ARM处理器性能的160%。•在上图的右侧，是控制器输入/输出控制逻辑，输入控制逻辑影响处理器的运行和性能，如中断控制逻辑会引起处理器异常中断。输出控制逻辑是对外部的控制，如总线的传输方向和访问的模式等。在图的左侧是寄存器阵列和总线逻辑，图的下部是两个模块，左侧是写数据存储器控制模块，右侧是读数据存储器模块。图的右侧是指令译码和控制逻辑。常用的几个控制逻辑A[31:0]:地址总线，连接所有的外围模块，但不一定连接外部引脚。ABORT,存储器中止逻辑，连接到外围存储器。当ARM从存储器读取数据或指令时，如果存储器发出ABORT信号，科引起异常中断。MAS[1:0]:决定数据格式的控制逻辑。控制数据的格式字、半字和字节，连接到外围存储器。BIGEND：数据格式大端、小端控制逻辑，连接到外围有大端、小端控制功能的存储器。D[31:0]:数据总线，连接到外围所有模块。nFIQ：快速中断请求逻辑，连接到中断控制模块。nIRQ:通用中断请求逻辑，连接到中断控制模块。DM[4:0]:处理器工作模式控制逻辑，处理器共有7种工作模式。TBIT:ARM状态和Thumb状态控制逻辑。ARM7三级流水线指令执行示意图•三级流水线是ARM7TDMI的主要特征之一。ARM9是五级流水线，ARM10是六级流水线。流水线级数越多，说明单位时间内执行指令的条数就越多。•流水线的工作方式就象工业生产上的装配流水线。在CPU中由5—6个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条X86指令分成5—6步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令，因此提高CPU的时钟频率，并通过不同单元的同时运行来提高整体运算速度。•流水线越长分的步骤越细，主频就可以做的越高，例如Pentium4的流水线就长达20级。•5级流水线能够将每一个指令处理分配到5个时钟周期内，在每一个时钟周期内同时有5个指令在执行。在同样的加工工艺下，ARM9TDMI处理器的时钟频率是ARM7TDMI的1．8～2．2倍。