ARM7TDMI中文资料参考手册.pdf

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ARM7TDMI-S(Rev4)技术参考手册

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第1章介绍

这一章介绍ARMTDMI-S处理器包含以下小节
z关于ARM7TDMI-S处理器
zARM7TDMI-S结构
zARM7TDMI-S模块内核和功能框图
zARM7TDMI-S指令集汇总
zRev3a和Rev4之间的差异

1.1关于ARM7TDMI-S处理器

ARM7TDMI-S处理器是ARM通用32位微处理器家族的成员之一ARM处理器具有优异的性能但
功耗却很低使用门的数量也很少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
关的译码机制比复杂指令集计算机要简单得多这样的简化实现了
z高的指令吞吐量
z出色的实时中断响应
z小的高性价比的处理器宏单元

1.1.1指令流水线
ARM7TDMI-S处理器使用流水线来增加处理器指令流的速度这样可使几个操作同时进行并使处理
和存储器系统连续操作
流水线使用3个阶段因此指令分3个阶段执行
z取指
z译码
z执行
3阶段流水线如图1-1所示
ARMThumb

PCPC取指指令从存储器中取出

PC-4PC-2译码对指令使用的寄存器进行译码

PC-8PC-4执行从寄存器组中读出寄存器
执行移位和ALU操作
寄存器写回到寄存器组
图1-1指令流水线
注程序计数器(PC)指向被取指的指令而不是指向正在执行的指令
在正常操作过程中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

1.1.2存储器访问
ARM7TDMI-S处理器使用了冯诺依曼VonNeumann结构指令和数据共用一条32位总线只
有装载存储和交换指令可以对存储器中的数据进行访问
数据可以是8位字节16位半字或者32位字字必须分配为占用4字节而半字必须分配为占用2

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字节

1.1.3存储器接口
ARM7TDMI-S处理器的存储器接口可以使潜在的性能得到实现这样减少了存储器的使用对速度有
严格要求的控制信号使用流水线这样使系统控制功能以标准的低功耗逻辑实现这些控制信号使许多片
内和片外存储器技术所支持的快速突发访问模式得到充分利用
ARM7TDMI-S处理器的存储器周期有4种基本类型
z内部周期
z非连续的周期
z连续的周期
z协处理器寄存器传输周期

1.2ARM7TDMI-S的结构

ARM7TDMI-S处理器有两个指令集
z32位ARM指令集
z16位Thumb指令集
ARM7TDMI-S处理器使用了ARM结构v4T关于ARM和Thumb指令集的详细信息请参阅ARM
体系结构参考手册

1.2.1指令压缩
传统的微处理器结构对于指令和数据有相同的带宽因此和16位结构相比32位结构处理32位数
据具有更高的性能并且在寻址更大的地址空间时要有效得多
16位结构比32位结构具有更高的代码密度并且超过32位结构50%的性能Thumb在32位结构上
实现了16位的指令集这样可提供
z比16位结构更高的性能
z比32位结构更高的代码密度

1.2.2Thumb指令集
Thumb指令集是最通用的ARM指令的子集Thumb指令长度为16位每条指令都对应一条32位ARM
指令它对处理器模型有相同的效果
Thumb指令使用标准的ARM寄存器配置进行操作这样ARM和Thumb状态之间具有极好的互用性
在执行方面Thumb具有32位内核所有的优点
z32位地址空间
z32位寄存器
z32位移位器和算术逻辑单元(ALU)
z32位存储器传输
Thumb因此提供了长的分支范围强大的算术操作和巨大的地址空间
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ARM处理器性
能的160%因此Thumb使ARM7TDMI-S处理器非常适用于那些只有有限的存储器带宽并且代码密度很
高的嵌入式应用
16位Thumb和32位ARM指令集使设计者极大的灵活性使他们可以根据各自应用的需求在子程
序一级上实现对性能或者代码规模的优化例如应用中的快速中断和DSP算法可使用完全的ARM指令
集编写并使用Thumb代码连接

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