(五)指令集、微架构与编译器

本专栏总结王利涛《C语言嵌入式Linux高级编程》第二期课程

（一）指令集的基本概念

• 什么是指令集ISA

  • 一般称为架构Architecture，其实是 Instruction Set Archiecture；
  • 是计算机体系结构一部分；
  • 从软件意义上，可以看作是一个设计标准，用来规范编程语言模型；
  • 从系统角度上看，规范了CPU能支持的指令范围和种类；
  • 实现形式：由CPU内部结构及指令解码电路实现。

• 指令集规范规范了什么？

  • 指令的分发、预取、解码、执行、回写；
  • 操作数的类型、存储、存取、旁路转移；
  • 运行结果的存储：寄存器
  • 地址的格式

（二）ARM指令集的发展

• ARM V1 最初版本，26为寻址控制，无乘法指令，没有商业化；
• ARM V2 26为寻址控制，增加乘法指令，支持协处理器；
• ARM V3 寻址范围扩展到32位；
• ARM V4 增加了半字符存储操作，对调试的支持以及支持嵌入的ICE；
• ARM V5 增加了DSP指令和Java指令；
• ARM V6 增加了媒体指令，ARM V6指令集合中加入了超过60条SIMD单指令和多数据指令；
• ARM V7 定义了三种独立的内核模型——A（应用领域），R（实时领域），M（控制领域）；
• ARM V8 定义了 64位指令集，兼容32位指令集，增加了VFO、NENO指令，增加64位的通用寄存器、堆栈指令SP、程序计算器PC

（三）微架构

• 什么是微架构

  • 也就是处理器架构，Microarchitecture；
  • 指令集的实现，实现指令集规定的各种操作、运行；
  • 具体表现位CPU硬件电路。

• 微架构仅仅是一个CPU内核

  • 是指令集的一个具体实现，表现为CPU的内部硬件电路；
  • 它不是SOC！

（四）ARM授权方式

• 指令集/架构授权

  • 可以开放对指令集进行扩展或缩减权限；
  • 厂商可以基于该指令集实现自己的微架构；
  • 主要用户：苹果的swift架构；高通的Krait处理器；华为的ARM V8 64位指令集授权。

• 内核授权

  • 微架构授权，用户不用对ARM核进行修改；
  • 主要用户：三星、飞思卡尔、ST、德州仪器。

• 使用授权

  • 可以使用封装好的ARM处理器、工艺、生产厂家；
  • 主要授权给CPU设计实力不是很雄厚的公司。

（五）编译器

• 编译器的产生

  • 二进制机器码——> 汇编语言——>高级语言

• 指令集是编译器设计者的重要参考手册

  • 解决如何将高级语言（比如C语言）翻译成汇编语言的问题；
  • 解决不同类型的数据如何存储的问题；
  • 解决寄存器如何使用的问题。