嵌入式系统及其实践教程课件05嵌入式处理器.pptVIP

5.2 ARM嵌入式处理器指令集 5.2.3 Thumb指令集 Thumb指令集是16位的指令集，它对C代码的密度进行了优化，平均达到约ARM代码大小的65%。为了尽量降低指令编码长度，Thumb指令集具体采用了如下约束： 1）不能使用条件执行，而对于标志则一直都是根据指令结果进行设置的。 2）源寄存器和目标寄存器是相同的。 3）只使用低端寄存器，即不使用寄存器R8-Rl2。 4）对指令中出现的常扯有大小的限制。 5）不能在指令中使用内嵌的桶型移位器 (inline barrel shifter)。 Thumb-2指令集主要是对Thumb指令集架构的扩展，其设计目标是以Thumb的指令密度达到ARM的性能。它具有如下特性： 1）增加了32位的指令，因而实现了几乎ARM指令集架构的所有功能。 2）完整保留了16位的Thumb指令集。 3）编译器可以自动地选择16位和 32位指令的混合。 4）具有ARM态的行为，包括可以直接处理异常、访问协处理器以及完成 v5TE 的高级数据处理功能。 5）通过If-Then(IT) 指令，1-4条紧邻的指令可以条件执行。 在ARM系列的微处理器核中，ARM115 6T2-S和Cortex系列支持Thumb-2，而Cortex-M3只支持Thumb- 2,实现的成本极低，因而也具备了非常的价格竞争优势。 5.2 ARM嵌入式处理器指令集 5.2.4 Jazelle指令集 Jazelle技术是ARM结构体系中的一种特殊的指令集。Jazelle技术使得ARM核可以直接执行8位的Java字节码，约95%的Java字节码可以由硬件执行，从而使执行效率显著提高，当然这是以增加处理器内核的复杂度为代价的。 支持Jazelle指令集的处理器比普通ARM处理器多了一种Jazelle状态，如图5.3所示。当处理器在Jazelle态执行时，由于所有的指令都是8位宽，因此处理器对内存进行字访问时一次可以读进4条指令。这极大的提高了系统执行速度。 首颗具备Jazelle技术的处理器是ARM926EJ-S：Jazelle以一个英文字母J标示于CPU名称中。它用来让手机制造商能够加速执行Java ME的游戏和应用程式，也因此促使了这项技术不断地发展。 5.3 嵌入式处理器的架构 嵌入式系统的架构有专有架构和标准架构之分，在MCU（微控制器）产品上，像瑞萨（Renesas）、飞思卡尔（Freescale）、NEC都拥有自己得专有IP核，而其他嵌入式处理器都是基于标准架构。 标准的嵌入式系统架构有两大体系，目前占主要地位的是RISC处理器。RISC体系的阵营非常广泛，从ARM、MIPS、PowerPC、ARC、Tensilica等等，这些都是属于RISC处理器的范畴。不过这些处理器虽然同样是属于RISC体系，但是在指令集设计与处理单元的结构上都各有不同，因此彼此完全不能兼容，在特定平台上所开发的软件无法直接为另一硬件平台所用，而必须经过重新编译。其次是CISC处理器体系，我们所熟知的Intel的X86处理器就属于CISC体系，CISC体系其实是非常低效率的体系，其指令集结构上背负了太多包袱，贪大求全，导致芯片结构的复杂度被极大的提升。过去被应用在嵌入式系统的X86处理器，多为旧世代的产品，比如说，工业计算机中仍可常见数年前早已退出个人计算机市场的Pentium3处理器。由于此世代的产品效能与功耗比可以说是过去X86体系的甜蜜点，加上已经被市场长久验证，稳定性高，故常被应用于效能需求不高，但稳定性要求高的应用中，如工控设备等产品。 5.2 ARM嵌入式处理器指令集 5.3.1 ARM处理器 早在21世纪初，ARM就已经成为嵌入式技术中应用最广泛的一种。在市场需求的推动下，ARM嵌入式技术更是得到了飞速的发展。ARM，英文全称为“AdvancedRISCMachine”，高级精简指令集机器，这既是这家公司的名称，也是此公司开发的系列芯片的名称。因此，在业界，ARM一词可以被认为是一家公司的名称，或是一类微处理器的通称，亦或是一种技术。 ARM公司于1991年成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。采用ARM技术（IP）核心的处理器，即我们通常所说的ARM处理器，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技术的处理器应用约占据了32位RISC微处理器75％以上的市场，ARM技术不止逐步渗入到我们生活的各个方面，我们甚至可以说，ARM于人类的生活环境中，已经是不可或缺的一环。 5.2 ARM嵌入式处理器指令集 5.3.2 MIPS处理器 MIPS的意思是“无内部互锁流水级的微处理器”(Microprocessor without Inter l