一、ARM處理器2種工作狀態(tài)  

ARM處理器讀取/儲存 架構(gòu)不支援地址不對齊內(nèi)存存取(ARMv6內(nèi)核現(xiàn)已支援)正交指令集(任意存取指令可以任意的尋址方式存取數(shù)據(jù)Orthogonal instruction set)大量的16 × 32-bit 寄存器陣列(register file)固定的32 bits 操作碼(opcode)長度，降低編碼數(shù)量所產(chǎn)生的耗費，減輕解碼和流水線化的負(fù)擔(dān)。大多均為一個CPU周期執(zhí)行。ARM微處理器的在較新的體系結(jié)構(gòu)中支持兩種指令集：ARM指令集和Thumb指令集。其中，ARM指令為32位的長度，Thumb指令為16位長度。Thumb指令集為ARM指令集的功能子集，但與等價的ARM代碼相比較，可節(jié)省30%～40%以上的存儲空間，同時具備32位代碼的所有優(yōu)點。  

CPU的模式可以簡單的理解為當(dāng)前CPU的工作狀態(tài)，比如：當(dāng)前操作系統(tǒng)正在執(zhí)行用戶程序，那么當(dāng)前CPU工作在用戶模式，這時網(wǎng)卡上有數(shù)據(jù)到達(dá)，產(chǎn)生中斷信號，CPU自動切換到一般中斷模式下處理網(wǎng)卡數(shù)據(jù)(普通應(yīng)用程序沒有權(quán)限直接訪問硬件)，處理完網(wǎng)卡數(shù)據(jù)，返回到用戶模式下繼續(xù)執(zhí)行用戶程序。  

1、特權(quán)模式  

除用戶模式外，其它模式均為特權(quán)模式(Privileged Modes)。ARM 內(nèi)部寄存器 和一些 片內(nèi)外設(shè) 在硬件設(shè)計上只允許(或者可選為只允許)特權(quán)模式下訪問。此外，特權(quán)模式可以自由的切換處理器模式，而用戶模式不能直接切換到別的模式。  

2、異常模式  

特權(quán)模式中除系統(tǒng)(system)模式之外的其他5種模式又統(tǒng)稱為異常模式。它們除了可以通過在特權(quán)下的程序切換進(jìn)入外，也可以由特定的異常進(jìn)入。比如硬件產(chǎn)生中斷信號進(jìn)入中斷異常模式，讀取沒有權(quán)限數(shù)據(jù)進(jìn)入中止異常模式，執(zhí)行未定義指令時進(jìn)入未定義指令中止異常模式。其中管理模式也稱為超級用戶模式，是為操作系統(tǒng)提供軟中斷的特有模式，正是由于有了軟中斷，用戶程序才可以通過系統(tǒng)調(diào)用切換到管理模式。

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(jìn)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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