单片机原理及应用辅导资料二主题：课件第二章第1-4节——ARM内核系列、ARMCortex-M3内核简介、开发工具、ARM7到Co
rtex-M3学习时间：2021年10月4日--10月10日课程内容：我们这周主要学习第二章单片机的基本结构和原理第1-4节的相关
内容。希望通过下面的内容能使同学们加深对相关知识的理解。一、学习要求了解ARM内核的分类及特点。二、主要内容ARM简介ARM（Ad
vancedRISCMachines）公司是一家知识产权（IP）供应商，它与一般的半导体公司最大的不同就是不制造芯片且不向终端
用户出售芯片。而是通过转让设计方案，由合作伙伴生产出各具特色的芯片。ARM公司利用这种双赢的伙伴关系迅速成为了全球性RISC微处理
器标准的缔造者。这种模式也给用户带来巨大的好处，因为用户只需掌握了一种ARM内核结构及其开发手段，就能够使用多家公司相同ARM内核
的芯片。?目前，总共有超过100家公司与ARM公司签订了技术使用许可协议，其中包括Intel、IBM、LG、NEC、SONY、NX
P（原PHILIPS）和NS这样的大公司。至于软件系统的合伙人，则包括微软、升阳和MRI等一系列知名公司。?ARM架构是ARM公司
面向市场设计的第一款低成本RISC微处理器，它具有极高的性价比和代码密度以及出色的实时中断响应和极低的功耗，并且占用硅片的面积极少
，从而使它成为嵌入式系统的理想选择，因此应用范围非常广泛，比如手机、PDA、MP3/MP4和种类繁多的便携式消费产品中。2004年
ARM公司的合作伙伴生产了12亿片ARM处理器。ARM即AdvancedRISCMachines的缩写，既可以认为是一个公司的
名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。ARM内核采用精简指令集计算机（RISC）体系结构，它是一个小
门数的计算机，其指令集和相关的译码机制比复杂指令集计算机（CISC）要简单得多，其目标就是设计出一套能在高时钟频率下单周期执行，简
单而有效地的指令集。RISC的设计重点在于降低处理器中指令执行部件的硬件复杂度，这是因为软件比硬件更容易提供更大的灵活性和更高的智
能化，因此ARM具备了非常典型的RISC结构特性：?（1）具有大量的通用寄存器；?（2）通过装载/保存（load-store）结构
使用独立的load和store指令完成数据在寄存器和外部存储器之间的传送，处理器只处理寄存器中的数据，从而可以避免多次访问存储器；
?（3）寻址方式非常简单，所有装载/保存的地址都只由寄存器内容和指令域决定；?（4）使用统一和固定长度的指令格式。?此外，ARM体
系结构还提供：?（1）每一条数据处理指令都可以同时包含算术逻辑单元（ALU）的运算和移位处理，以实现对ALU和移位器的最大利用；
?（2）使用地址自动增加和自动减少的寻址方式优化程序中的循环处理；?（3）load/store指令可以批量传输数据，从而实现了最大
数据吞吐量；?（4）大多数ARM指令是可“条件执行”的，也就是说只有当某个特定条件满足时指令才会被执行。通过使用条件执行，可以减少
指令的数目，从而改善程序的执行效率和提高代码密度。?这些在基本RISC结构上增强的特性使ARM处理器在高性能、低代码规模、低功耗和
小的硅片尺寸方面取得良好的平衡。?从1985年ARM1诞生至今，ARM指令集体系结构发生了巨大的改变，还在不断地完善和发展。为了清
楚地表达每个ARM应用实例所使用的指令集，ARM公司定义了7种主要的ARM指令集体系结构版本，以版本号V1~V7表示。1．ARM内
核系列ARM公司开发了很多系列的ARM处理器核，应用比较多的是ARM7系列、ARM9系列、ARM10系列、ARM11系列、Int
el的Xscale系列和MPCore系列，还有针对低端8位MCU市场最新推出的Cortex－M3系列，其具有32位CPU的性能、8
位MCU的价格。（1）ARM7系列内核为冯-诺依曼结构，三级流水线，ARMv4指令集ARM7TDMI第一款流行的ARM内核，提供
了较好的性能-功耗比ARM720T是ARM7内核中最具灵活性的成员ARM7EJ-S处理器，可综合（2）ARM9系列存储器系统根据哈
佛结构重新设计，具有5级流水线，区分了数据和指令总线ARM920T仍然执行ARMv4T指令架构ARM9E-S，执行v5TE架构指令
。—ARM946E-S针对有确定实时响应要求的嵌入式应用ARM926EJ-S采用Jazelle技术（可加速java字节码的执行）
（3）ARM10系列针对高性能应用，具有6条流水线，也可支持向量浮点单元（VFP）ARM1020E包括增强的E指令，双64位总线接
口（4）ARM11系列ARM1136J-S发布于2003年，是针对高性能和高能效应用而设计的。执行ARMv6架构指令的处理器。它集
成了一条具有独立的load-store和算术流水线的8级流水线。ARM1136JF-S就是为了进行快速浮点运算，而在ARM1136
J-S增加了向量浮点单元。（5）ARMCortex系列发布于2005年，根据应用和需求划分成整套系列的完整解决方案Cortex-
A：针对复杂OS和应用程序Cortex-R：针对实时系统的嵌入式处理器Cortex-M：针对价格敏感应用领域的嵌入式处理器2．AR
MCortex-M3内核简介Cortex-M3内核优势小处理器内核、系统和存储器，可降低器件成本完整的电源管理，很低的功耗突出的
处理器性能，可满足挑战性的应用需求快速的中断处理，满足高速、临界的控制应用可选的存储器保护单元（MPU），提供平台级的安全性增强的
系统调试功能，可加快开发进程没有汇编代码要求，简化系统开发宽广的适用范围：从超低成本微控制器到高性能SoC（1）ARMCorte
x-M3处理器结构框图（2）ARMCortex-M3处理器内存映射（3）Cortex-M3内核特点Cortex-M3内核采用AR
Mv7-M架构，Thumb2指令架构（ISA）子集哈佛结构，同时读取/存储数据三级流水线单周期32位乘法器硬件除法器Thumb和D
ebug状态Handler和Thread模式处理器状态自动保存，可以缩短ISR进入和退出的延迟可以打断和继续LDM/STM，PUS
H/POP支持ARMv6的BE/LE（大小端）ARMv6不对齐访问3.ARM7到Cortex-M3存储器映射中断/异常系统MPU
系统控制操作模式：arm7中的7中操作模式，在CM3中通过异常来取代对照表三、习题（单选题）1.ARM处理器是（）位微处理器
。A.4B.8C.16D.322.Cortex-M是（）的嵌入式处理器。A.针对复杂OS和应用程序B.针
对实时系统C.针对价格敏感应用领域的D.以上均不是3.以下关于Cortex-M3内核说法错误的是（）。A.采用ARMv7-M架构，Thumb2指令架构（ISA）子集B.哈佛结构，同时读取/存储数据C.5级流水线D.单周期32位乘法器【习题答案】（单选题）1、D2、C3、C大连理工大学网络教育学院第1页共5页 |
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