ARM处理器32位指令集学习指导

本章对ARM处理器的体系结构、编程和开发工具作了较全面的介绍。其中包括ARM体系结构、ARM内核、ARM编程模型、ARM汇编指令、ARM汇编程序设计、ARM集成开发工具。

1.ARM内核体系结构

ARM是一类微处理器，同时也是一个公司的名字。ARM公司于1990年11月在英国剑桥成立（原名Advanced RISC Machine），专门从事基于RISC技术的芯片设计、开发和授权。目前，ARM处理器（即采用ARM IP核的处理器）已遍及工业控制、通信系统、无线通信、网络系统、消费类电子产品、成像和安全产品等各类产品市场。

（1）ARM体系结构版本

ARM体系结构共定义了8个版本，版本号分别为v1～v8。

（2）ARM内核

ARM处理器内核不但包括CPU，还包括高速缓存、MMU控制器、嵌入式跟踪宏单元、TCM接口、总线控制逻辑、AHB接口、协处理器、中断控制器等电路模块。整个ARM处理器内核的核心是CPU。

2.ARM编程模型

（1）处理器状态

1）ARM状态。32位，处理器执行的是字方式的ARM指令。

2）Thumb状态。16位，处理器执行的是半字方式的Thumb指令。

（2）处理器模式ARM体系结构支持7种处理器模式：用户模式、快中断模式、中断模式、管理模式、中止模式、未定义模式和系统模式。

（3）寄存器集ARM处理器共有37个32位寄存器，包括31个通用寄存器：R0～R15、R13_svc、R14_svc、R13_abt、R14_abt、R13_unt、R14_unt、R13_irq、R14_irt和R8_frq～R14_frq；以及6个状态寄存器：CPSR、SPSR_svc、SPSR_abt、SPSR_unt、SPSR_irq和SPSR_fiq

（4）体系结构直接支持的数据类型ARM处理器支持的数据类型有字节（8位）、半字（16位）和字（32位）。

1）字节（Byte）。字节的长度为8位（bit）。

2）半字（Half-Word）。半字的长度为16位（bit）。半字必须以2B为边界对齐。(www.xing528.com)

3）字（Word）。字的长度为32位（bit）。字必须以4B为边界对齐。

（5）存储器及存储器映射I/O ARM处理器采用冯·诺依曼结构，指令和数据共用一条32位数据总线，只有加载、存储和交换指令可访问存储器中的数据。

（6）异常 只要正常的程序流被暂时中止，处理器就进入异常模式。当发生异常时，处理器在处理异常之前，必须先保存当前的状态。当异常处理完成后，需要将处理器的状态恢复到处理异常之前，之后当前程序方可继续执行。ARM处理器允许多个异常同时发生，它们将会按固定的优先级进行处理。

3.ARM汇编指令

ARM体系结构具有32位ARM指令集和16位Thumb指令集，ARM指令集效率高，但是代码密度低；而Thumb指令集具有较高的代码密度，却仍然保持ARM的大多数性能上的优势，它是ARM指令集的子集。

（1）ARM处理器寻址方式 ①寄存器寻址；②立即寻址；③寄存器移位寻址；④寄存器间接寻址；⑤基址寻址；⑥多寄存器直接寻址；⑦堆栈寻址；⑧相对寻址。

（2）指令集 ①32位ARM指令集；②16位Thumb指令集。

（3）伪指令 ARM汇编程序由机器指令、伪指令和宏指令组成。伪指令不像机器指令那样在处理器运行期间由机器执行，而是在汇编程序对源程序汇编期间由汇编程序处理。

4.ARM汇编程序设计

（1）ARM汇编语句格式 语句格式如下：

{symbol}{instruction|directive|pseudo-instruction}{；comment}

（2）ARM汇编语言符号 在ARM汇编语言中，符号（Symbols）可以代表地址（Ad-dresses）、变量（Variables）和数字常量（Numeric Constants）。

（3）ARM汇编语言表达式 表达式是由符号、数值、单目或多目操作符以及括号组成的。

（4）ARM汇编程序结构ARM汇编程序除了使用ARM汇编指令外，还将大量使用各种伪指令。ARM汇编程序采用分段式设计，以程序段为单位组织代码。