一篇快速入门-ARM体系结构

发布于:2025-06-12 ⋅ 阅读:(30) ⋅ 点赞:(0)


前言

本文章仅为个人学习记录


提示:以下是本篇文章正文内容,下面案例可供参考

1、指令集分类

在计算机的指令分类中,通常分为两个派系:CISC(复杂指令集)、RISC(精简指令集)

1.1 复杂指令集(CISC)

特点:
●CISC架构设计包含更复杂、功能更丰富的指令,使得单条指令可以执行更多的操作。
●指令通常比较复杂,执行时间可能较长。
●通常具有可变长度的指令格式,包含复杂的寻址模式和指令。

优势:
●一条指令可以执行多个操作,减少了程序员的工作量,提高了编程效率。
●适合处理复杂的数据处理和控制流程。

1.2 精简指令集(RISV)

特点:
●采用Load/Store 架构,CPU不能直接处理内存中的数据,要先将内存中的数据Load(加载)到寄存器中才能操作,然后将处理结果Store(存储)到内存中
●包含少量简单的指令,鼓励程序员通过组合这些基本指令来完成复杂的操作。
●通常具有固定长度的指令格式,简化了指令解码和执行的硬件设计。
●RISC指令集一般为单周期指令
●倾向于使用寄存器操作,减少了对内存的访问,提高了性能。

优势:
●简单的指令集设计使得硬件实现更容易,降低了成本。
●指令执行速度快,适合需要高性能的应用。
●更好地利用了流水线技术和超标量技术,提高了指令级并行性。

2、ARM简介

ARM架构属于RISC派系,但是与传统的RISC有一些区别,主要有以下几点:
1、ARM有桶型移位寄存器,单周期内可以完成数据的各种移位操作
2、并不是所有的ARM指令都是单周期的
3、ARM有16位的Thumb指令集,是32位ARM指令集的压缩形式
4、条件执行:通过指令组合,减少了分支指令数目,提高了代码密度
5、增加了DSP、SIMD/NEOMN等指令

3、ARM的八种工作模式

ARM处理器有八种工作模式,每种模式都有不同的特性和用途。

1.用户模式(User Mode):0B10000用户模式是普通应用程序运行的模式。在用户模式下,应用程序只能访问自己的内存空间,无法直接访问系统资源。

2.系统模式(System Mode):0B11111系统模式是特权模式,用于执行特权指令和访问系统资源。操作系统内核通常在系统模式下运行,可以执行特权操作,如切换任务、访问设备等。

3.FIQ快速中断模式(Fast Interrupt Mode):0B10001用于快速响应中断请求。在此模式下,处理器可以更快地响应中断,而不需要保存太多状态。

4.IRQ中断模式(Interrupt Mode):0B10010用于处理普通中断请求。在中断模式下,处理器可以响应外部中断请求,并执行中断服务程序。

5.监控模式(Monitor Mode):0B10110用于安全监控和处理异常事件。监控模式通常用于处理安全相关的事件,如访问控制、异常处理等。

6.数据访问终止模式(Data Abort Mode = ABT):0B10111用于处理数据终端异常。当发生数据访问异常时,处理器会进入数据终端模式来处理异常情况。

7.超级管理员模式(Supervisor mode = SVC):0B10011管理模式,保护模式,复位和软中断时一般都会进入该模式

8.未定义模式(Undefined Mode):0B11011当处理器执行未定义的指令时,会进入未定义模式。在此模式下,处理器通常会触发异常并执行相应的异常处理程序。

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