ARM体系结构详解：从历史到编程模型

"该资源是李曦在2006年9月于计算机系计算机应用实验室创作的关于ARM体系结构的讲解资料。内容涵盖了ARM的历史、特性、片上总线AMBA、编程模型、微处理器的工作状态、存储器模式、操作模式、寄存器组织、异常状态以及虚存管理等核心知识点。" ARM体系结构概览： ARM（Advanced RISC Machines）是一种广泛应用于嵌入式领域的微处理器架构，以其高效能、低功耗的设计著称。ARM历史始于1980年代，由Acorn Computers Ltd开发，后来演变成一家独立公司，如今已经成为全球领先的半导体知识产权（IP）提供商。 ARM体系结构特征： ARM采用了精简指令集计算（RISC）理念，与复杂指令集计算机（CISC）相对。RISC设计注重指令集的简洁性和执行效率，每条指令通常执行单一操作，以提高执行速度。ARM的指令集通常是固定长度的，简化了处理器设计并减少了指令解码时间。 ARM片上总线AMBA： AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）是ARM公司提出的一种片上系统（SoC）总线标准，用于连接处理器核、内存、外设等组件。它包括AHB（Advanced High-performance Bus）和APB（Advanced Peripheral Bus）等子总线，以实现高效的通信和数据传输。 ARM编程模型： ARM编程模型涉及微处理器的工作状态，包括ARM和 Thumb 模式，分别支持32位和16位指令集。此外，还有多种操作模式，如用户模式、系统模式、中断模式和异常模式，用于处理不同类型的程序执行和异常处理。存储器模式包括Banked和Unbanked，影响寄存器映射和内存访问。 ARM微处理器的寄存器组织： ARM处理器具有一套通用寄存器，用于存储数据和指令指针。这些寄存器包括R0到R15，其中某些寄存器在不同操作模式下有特定用途，例如链接寄存器LR和程序计数器PC。 异常状态和虚存管理： 异常是处理器遇到的非正常情况，如中断、软件中断或数据访问错误。ARM处理器有专门的异常处理机制，允许在异常发生时切换到相应的异常模式。虚存管理则涉及通过页表和内存管理单元（MMU）来映射虚拟地址到物理地址，以实现内存保护和动态地址翻译。 ARM体系结构的深入理解和掌握对于嵌入式系统开发者和硬件工程师至关重要，因为它涉及到处理器的底层工作原理和程序执行效率，这些是设计高效嵌入式系统的基石。