ARM處理器有哪些工作模式?ARM處理器RISC設(shè)計特點介紹

ARM提供兩個前沿特性輔助帶深嵌入處理器的高集成SoC器件的調(diào)試，它們是嵌入式ICE-RT邏輯和嵌入式跟蹤宏核系列。為增進大家對ARM處理器的認(rèn)識，本文將對ARM處理器的工作模式以及ARM處理器中RISC設(shè)計主要特點予以介紹。如果你對ARM處理器具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、ARM處理器工作模式

1、用戶模式(usr，User Mode)：ARM處理器正常的程序執(zhí)行狀態(tài)。

2、快速中斷模式(fiq，F(xiàn)ast Interrupt Request Mode)：用于高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理。當(dāng)觸發(fā)快速中斷時進入此模式。

3、外部中斷模式(irq，Interrupt Request Mode)：用于通用的中斷處理。當(dāng)觸發(fā)外部中斷時進入此模式。

4、管理模式(svc，Supervisor Mode)：操作系統(tǒng)使用的保護模式。在系統(tǒng)復(fù)位或執(zhí)行軟件中斷指令SWI時進入。

5、數(shù)據(jù)訪問中止模式(abt，Abort Mode)：當(dāng)數(shù)據(jù)或指令預(yù)取中止時進入該模式，可用于虛擬存儲及存儲保護。

6、系統(tǒng)模式(sys，System Mode)：運行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù)。

7、未定義指令中止模式(und，Undefined Mode)：當(dāng)未定義的指令執(zhí)行時進入該模式，可用于支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真。

除了用戶模式之外，其余六種模式都是特權(quán)模式。除了用戶模式和系統(tǒng)模式之外，其余五種模式都是異常模式。

在特權(quán)模式下程序可以訪問所有的系統(tǒng)資源。非特權(quán)模式和特權(quán)模式之間的區(qū)別在于有些操作只能在特權(quán)模式下才被允許，例如直接改變模式和中斷使能等。而且為了保證數(shù)據(jù)安全，一般MMU會對地址空間進行劃分，只有特權(quán)模式才能訪問所有的地址空間。而用戶模式如果需要訪問硬件，必須切換到特權(quán)模式下，才允許訪問硬件。

二、ARM處理器RISC設(shè)計主要特點

1、指令集——RISC減少了指令集的種類，通常一個周期一條指令，采用固定長度的指令格式，編譯器或程序員通過幾條指令完成一個復(fù)雜的操作。而CISC指令集的指令長度通常不固定。

2、流水線——RISC采用單周期指令，且指令長度固定，便于流水線操作執(zhí)行。

3、寄存器——RISC的處理器擁有更多的通用寄存器，寄存器操作較多。例如ARM處理器具有37個寄存器。

4、Load/Store結(jié)構(gòu)——使用加載/存儲指令批量從內(nèi)存中讀寫數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。

5、尋址方式簡化，指令長度固定，指令格式和尋址方式種類減少。

ARM處理器是基于RISC的，但不是純粹的RISC體系結(jié)構(gòu)。為了使ARM處理器能夠更好的滿足嵌入式系統(tǒng)的需要，ARM指令集和單純的RISC指令集有以下幾點不同：

1、一些特定的指令周期數(shù)可變。例如多寄存器裝載或存儲的Load/Store指令執(zhí)行周期就是不確定的，這個會根據(jù)相關(guān)的寄存器個數(shù)而定。如果是訪問連續(xù)的內(nèi)存地址，就可以改善性能，因為連續(xù)的內(nèi)存訪問比隨機訪問要快。根據(jù)這個特點，由于在函數(shù)的起始和結(jié)尾通常會有多個寄存器與內(nèi)存進行數(shù)據(jù)交換的操作，因此相應(yīng)操作的指令條數(shù)會減少，提高了代碼的密度。

2、內(nèi)嵌的桶形移位寄存器產(chǎn)生了更復(fù)雜的指令。桶形移位寄存器是一個硬件部件，在一個寄存器被一條指令使用之前，桶形移位寄存器可以處理這個寄存器中的數(shù)據(jù)。桶形移位寄存器擴展了許多指令的功能，以此改善內(nèi)核的性能，提高代碼密度。

3、Thumb16位指令集。ARM處理器有兩種工作狀態(tài)，一種是ARM狀態(tài)，一種是Thumb狀態(tài)。ARM狀態(tài)下指令長度為32位，Thumb狀態(tài)下指令長度為16位。這種特點使得ARM既能執(zhí)行16位指令，又能執(zhí)行32位指令，從而增強了ARM內(nèi)核的功能。

4、條件執(zhí)行。只有當(dāng)某個特定條件滿足時指令才會被執(zhí)行。這個特性可以減少分支指令的數(shù)目，從而改善性能，提高代碼密度。

5、增強指令。一些功能強大的數(shù)字信號處理器(DSP)指令被加入到標(biāo)準(zhǔn)的ARM指令中，以支持快速的16*16乘法操作及飽和運算。ARM的這些增強指令，使得ARM處理器不需要加上DSP即可實現(xiàn)。

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