第2章 ARM Cortex-A8体系结构
1.ARM微处理器
采用RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点：
1)体积小、低功耗、低成本、高性能；
2)支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；
3)大量使用寄存器，指令执行速度更快；
4)大多数数据操作都在寄存器中完成；
5)寻址方式灵活简单，执行效率高；
6)指令长度固定。
2. ARM内核基本版本
3. 各ARM体系结构版本
1)V1
该版本的ARM体系结构，只有26位的寻址空间，无商业化，其特点为：
a)基本的数据处理指令（不包括乘法）；
b)字节、字和半字加载/存储指令；
c)具有分支指令，包括在子程序调用中使用的分支和链接指令；
d)在操作系统调用中使用的软件中断指令；
e)寻址空间：64MB。
2)V2
该版架构对V1版进行了扩展，例如ARM2和ARM3（V2a）架构。包含了对32位乘法指令和协处理器指令的支持。同样为26位寻址空间，现在已经废弃不再使用，它相对V1版本有以下改进：
a)具有乘法和乘加指令；
b)支持协处理器；
c)快速中断模式中的两个以上的分组寄存器；
d)具有原子性加载/存储指令SWP和SWPB；
e)寻址空间：64MB。
3) V3
ARM作为独立的公司，在1990年设计的第一个微处理器采用的是版本3的ARM6，其主要特点有：
a)寻址范围扩展到32位（4GB）；
b)具有MMU、写缓冲；
c)分开的当前程序状态寄存器（CPSR）和备份的程序状态寄存器（SPSR）；
d)增加了两种异常模式，可方便地使用数据访问中止异常、指令预取中止异常、未定义指令异常；
e)增加了MRS指令和MSR指令，用于完成对CPSR和SPSR寄存器的读/写；
f)修改了原来从异常中返回的指令。
4)V4—目前ARM7、ARM9核应用最广泛
第一个具有全部正式定义的结构版本，版本4T，引入了Thumb压缩形式指令集，不再为了与以前的版本兼容而支持26位体系结构，并明确了哪些指令会引起未定义指令异常发生，它相对V3版本做可以下的改进：
a)符号化和非符号化半字及符号化字节的存/取指令；
b)处理器可工作在Thumb状态，增加了16位Thumb指令集；
c)完善了软件中断SWI指令的功能；
d) 处理器系统模式引进特权方式时使用用户寄存器操作；
e)把一些未使用的指令空间捕获为未定义指令。
5)V5—ARM10 、Xscale核使用
在V4版本的基础上，对现在指令的定义进行了必要的修正，对V4版本的体系结构进行了扩展并增加了指令，具体如下：
a)改进了ARM/Thumb状态之间的切换效率；
b)允许非T变量和T变量一样，使用相同的代码生成技术；
c)增加计数前导零指令和软件断点指令；
d)对乘法指令如何设置标志作了严格的定义；
e)增加了数字信号处理指令（V5TE版）；
f)降低耗电量、强化图形处理性能，支持多微处理器内核。
6)V6—ARM11支持
V6是2001年发布的。新架构V6在降低耗电量的同时，还强化了图形处理性能。通过追加有效进行多媒体处理的SIMD功能，将语音及图象的处理功能提高到了原机型的4倍。
此架构在V5版基础上增加了以下功能：
a)Thumb ：35%代码压缩；
b)DSP扩充：高性能定点DSP功能；
c)JazelleTM：Java性能优化，可提高8倍；
d)Media扩充：音/视频性能优化，可提高4倍。
7)V7—Cortex内核使用
ARMv7架构是在ARMv6架构的基础上诞生的。该架构采用了Thumb-2技术，它是在ARM的Thumb代码压缩技术的基础上发展起来的，并且保持了对现存ARM解决方案的完整的代码兼容性。Thumb-2技术比纯32位代码少使用31％的内存，减小了系统开销。同时能够提供比已有的基于Thumb技术的解决方案高出38％的性能。ARMv7架构还采用了NEON技术，将DSP和媒体处理能力提高了近4倍，并支持改良的浮点运算，满足下一代3D图形、游戏物理应用以及传统嵌入式控制应用的需求。
Cortex-M、Cortex-R、Cortex-A
4.ARM微处理器系列
• ARM7系列
• ARM9系列
• ARM9E系列
• ARM10E系列
• SecurCore系列
• Inter的Xscale
• Inter的StrongARM
• Cortex系列处理器
1) ARM7
该系列包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、带有高速缓存处理器宏单元的ARM720T和扩充了Jazelle的ARM7EJ-S。该系列处理器提供Thumb 16位压缩指令集和EmbededICE软件调试方式，适用于更大规模的SoC设计中。
ARM7系列广泛应用于多媒体和嵌入式设备，包括Internet设备、网络和调制解调器设备、以及移动电话、数字相机、打印机、PDA等设备。
2) ARM9
该系列包括ARM9TDMI、ARM920T和带有高速缓存处理器宏单元的ARM940T。除了兼容ARM7系列，而且能够更加灵活的设计。
ARM9系列主要应用于引擎管理、仪器仪表、安全系统、机顶盒、汽车、通信和信息系统等领域。
3) ARM10
该系列包括ARM1020和ARM1020E处理器核，其核心在于使用向量浮点（VFP）单元VFP10提供高性能的浮点解决方案，从而极大提高了处理器的整型和浮点运算性能。
可以用于视频游戏机和高性能打印机等场合。
4) SecurCore
该系列涵盖了SC100、SC110、SC200和SC210处理器核。该系列处理器主要针对新兴的安全市场，以一种全新的安全处理器设计为智能卡和其它安全IC开发提供独特的32位系统设计，并具有特定的反伪造方法，从而有助于防止对硬件和软件的盗版。
5) Xscale
IntelXscale微控制器Intel Pentium技术实现，与ARM V5兼容的嵌入式微处理器构架。它提供全性能、高性价比、低功耗的解决方案，支持16位Thumb指令并集成数字信号处理(DSP)指令。
Xscale 体系结构微控制器主频可高达1GHz，其设计目标是“面向特定应用的标准产品”，目前已经广泛用于移动电话、PDA 及网络设备中。
6) ARM11
ARM11系列微处理器是ARM公司2002年推出的新一代RISC处理器，它是ARMv6指令架构的第一代设计实现。该系列主要有ARM1136J，ARM1156T2和ARM1176JZ三个内核型号，分别针对不同应用领域。ARM11内核适合新一代消费类电子、无线设备、网络应用和汽车电子产品等需求。
7) Cortex
Cortex系列处理器发布于2004年，是基于ARMv7架构的，分为Cortex-M、Cortex-R和Cortex-A三类。最早的型号是Cortex-M3；Cortex-A8内核于2005年10月4日发布，随后ARM在2006年5月15日发布了Cortex-R4内核。这三款内核分别面向不同的领域，移动智能终端上使用的绝大多数为Cortex-A8内核。Cortex-A8不支持多核架构，多核超标量内核为Cortex-A9； 2011年初，ARM Cortex-A15内核发布，主要是针对多核进行了优化。
5.ARM微处理器结构
1) RISC型处理器结构
结构简单、处理速度快、处理功能强。
70%的工作由30%的指令完成;
ARM Load/Store结构。
2) Thumb指令集
16位指令集具有更好的代码密度，而芯片面积仅仅增加6%，可是程序存储器更小。
3) 多处理器状态模式
ARM可以支持用户、快中断、中断、管理、中止、系统和未定义等七种处理器模式，可以使用多种高端应用领域。
4)寄存器结构
独有的分组寄存器结构。
5)嵌入式在线仿真调试
ARM架构的处理器芯片都嵌入了在线仿真逻辑，便于通过了JTAG来仿真调试ARM架构芯片。
6)灵活和方便的接口
ARM架构具有协处理器接口，这样，既可以使基本的ARM处理器内核尽可能小，又可能方便地扩充各种功能。
7)低电压低功耗的设计
8)降低电源电压，时钟频率等
6.Cortex-A8内核结构
7.Samsung S5PV210微处理器简介
8.Samsung S5PV210开发环境
1)RVDS
常用的ARM 的开发环境有ADS1.2 、RVDS（RealView Developer Suite）、MDK、IAR、DS-5 和一些开源的开发环境。其中RVDS是ARM公司继SDT与ADS1.2之后主推的新一代开发工具。RVDS集成的RVCT是业内公认的能够支持所有ARM处理器，并提供最好的执行性能的编译器。
RVDS向硬件设备的设计者提供多核调试、应用与所有的ARM处理器的代码产生和Cortex CPU的配置等功能，并提供了到达第三方元件的接口（如ARM ESL tools）。RVDS包含有四个模块：IDE、RVCT、RVD和RVISS。
2)Eclipse for ARM开发环境
Eclipse集成开发环境是一个开源的IDE平台，其以强大的可扩展性而著称，传统的IDE公司很多已转向Eclipse平台，在此平台上开发自己的插件，然后包装销售。Eclipse是基于Java的可扩展开发平台，在Eclipse上不仅可以开发Java项目，也可以开发C项目。Eclipse能够管理和编辑项目源代码和文档，并不提供编译和连接工具，但是却为编译和连接工具留有接口。
Eclipse forARM 是借用开源软件的Eclipse的工程管理工具，嵌入GNU工具集，使之能够开发ARM 公司Cortex-A系列的CPU。YAGARTO(Yet another GNU ARM toolchain)是一个跨平台的GNU ARM开发工具链，可以作为 Eclipse 的插件使用。
第2章 ARM Cortex-A8体系结构
1.ARM微处理器
采用RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点：
1)体积小、低功耗、低成本、高性能；
2)支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；
3)大量使用寄存器，指令执行速度更快；
4)大多数数据操作都在寄存器中完成；
5)寻址方式灵活简单，执行效率高；
6)指令长度固定。
2. ARM内核基本版本
3. 各ARM体系结构版本
1)V1
该版本的ARM体系结构，只有26位的寻址空间，无商业化，其特点为：
a)基本的数据处理指令（不包括乘法）；
b)字节、字和半字加载/存储指令；
c)具有分支指令，包括在子程序调用中使用的分支和链接指令；
d)在操作系统调用中使用的软件中断指令；
e)寻址空间：64MB。
2)V2
该版架构对V1版进行了扩展，例如ARM2和ARM3（V2a）架构。包含了对32位乘法指令和协处理器指令的支持。同样为26位寻址空间，现在已经废弃不再使用，它相对V1版本有以下改进：
a)具有乘法和乘加指令；
b)支持协处理器；
c)快速中断模式中的两个以上的分组寄存器；
d)具有原子性加载/存储指令SWP和SWPB；
e)寻址空间：64MB。
3) V3
ARM作为独立的公司，在1990年设计的第一个微处理器采用的是版本3的ARM6，其主要特点有：
a)寻址范围扩展到32位（4GB）；
b)具有MMU、写缓冲；
c)分开的当前程序状态寄存器（CPSR）和备份的程序状态寄存器（SPSR）；
d)增加了两种异常模式，可方便地使用数据访问中止异常、指令预取中止异常、未定义指令异常；
e)增加了MRS指令和MSR指令，用于完成对CPSR和SPSR寄存器的读/写；
f)修改了原来从异常中返回的指令。
4)V4—目前ARM7、ARM9核应用最广泛
第一个具有全部正式定义的结构版本，版本4T，引入了Thumb压缩形式指令集，不再为了与以前的版本兼容而支持26位体系结构，并明确了哪些指令会引起未定义指令异常发生，它相对V3版本做可以下的改进：
a)符号化和非符号化半字及符号化字节的存/取指令；
b)处理器可工作在Thumb状态，增加了16位Thumb指令集；
c)完善了软件中断SWI指令的功能；
d) 处理器系统模式引进特权方式时使用用户寄存器操作；
e)把一些未使用的指令空间捕获为未定义指令。
5)V5—ARM10 、Xscale核使用
在V4版本的基础上，对现在指令的定义进行了必要的修正，对V4版本的体系结构进行了扩展并增加了指令，具体如下：
a)改进了ARM/Thumb状态之间的切换效率；
b)允许非T变量和T变量一样，使用相同的代码生成技术；
c)增加计数前导零指令和软件断点指令；
d)对乘法指令如何设置标志作了严格的定义；
e)增加了数字信号处理指令（V5TE版）；
f)降低耗电量、强化图形处理性能，支持多微处理器内核。
6)V6—ARM11支持
V6是2001年发布的。新架构V6在降低耗电量的同时，还强化了图形处理性能。通过追加有效进行多媒体处理的SIMD功能，将语音及图象的处理功能提高到了原机型的4倍。
此架构在V5版基础上增加了以下功能：
a)Thumb ：35%代码压缩；
b)DSP扩充：高性能定点DSP功能；
c)JazelleTM：Java性能优化，可提高8倍；
d)Media扩充：音/视频性能优化，可提高4倍。
7)V7—Cortex内核使用
ARMv7架构是在ARMv6架构的基础上诞生的。该架构采用了Thumb-2技术，它是在ARM的Thumb代码压缩技术的基础上发展起来的，并且保持了对现存ARM解决方案的完整的代码兼容性。Thumb-2技术比纯32位代码少使用31％的内存，减小了系统开销。同时能够提供比已有的基于Thumb技术的解决方案高出38％的性能。ARMv7架构还采用了NEON技术，将DSP和媒体处理能力提高了近4倍，并支持改良的浮点运算，满足下一代3D图形、游戏物理应用以及传统嵌入式控制应用的需求。
Cortex-M、Cortex-R、Cortex-A
4.ARM微处理器系列
• ARM7系列
• ARM9系列
• ARM9E系列
• ARM10E系列
• SecurCore系列
• Inter的Xscale
• Inter的StrongARM
• Cortex系列处理器
1) ARM7
该系列包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、带有高速缓存处理器宏单元的ARM720T和扩充了Jazelle的ARM7EJ-S。该系列处理器提供Thumb 16位压缩指令集和EmbededICE软件调试方式，适用于更大规模的SoC设计中。
ARM7系列广泛应用于多媒体和嵌入式设备，包括Internet设备、网络和调制解调器设备、以及移动电话、数字相机、打印机、PDA等设备。
2) ARM9
该系列包括ARM9TDMI、ARM920T和带有高速缓存处理器宏单元的ARM940T。除了兼容ARM7系列，而且能够更加灵活的设计。
ARM9系列主要应用于引擎管理、仪器仪表、安全系统、机顶盒、汽车、通信和信息系统等领域。
3) ARM10
该系列包括ARM1020和ARM1020E处理器核，其核心在于使用向量浮点（VFP）单元VFP10提供高性能的浮点解决方案，从而极大提高了处理器的整型和浮点运算性能。
可以用于视频游戏机和高性能打印机等场合。
4) SecurCore
该系列涵盖了SC100、SC110、SC200和SC210处理器核。该系列处理器主要针对新兴的安全市场，以一种全新的安全处理器设计为智能卡和其它安全IC开发提供独特的32位系统设计，并具有特定的反伪造方法，从而有助于防止对硬件和软件的盗版。
5) Xscale
IntelXscale微控制器Intel Pentium技术实现，与ARM V5兼容的嵌入式微处理器构架。它提供全性能、高性价比、低功耗的解决方案，支持16位Thumb指令并集成数字信号处理(DSP)指令。
Xscale 体系结构微控制器主频可高达1GHz，其设计目标是“面向特定应用的标准产品”，目前已经广泛用于移动电话、PDA 及网络设备中。
6) ARM11
ARM11系列微处理器是ARM公司2002年推出的新一代RISC处理器，它是ARMv6指令架构的第一代设计实现。该系列主要有ARM1136J，ARM1156T2和ARM1176JZ三个内核型号，分别针对不同应用领域。ARM11内核适合新一代消费类电子、无线设备、网络应用和汽车电子产品等需求。
7) Cortex
Cortex系列处理器发布于2004年，是基于ARMv7架构的，分为Cortex-M、Cortex-R和Cortex-A三类。最早的型号是Cortex-M3；Cortex-A8内核于2005年10月4日发布，随后ARM在2006年5月15日发布了Cortex-R4内核。这三款内核分别面向不同的领域，移动智能终端上使用的绝大多数为Cortex-A8内核。Cortex-A8不支持多核架构，多核超标量内核为Cortex-A9； 2011年初，ARM Cortex-A15内核发布，主要是针对多核进行了优化。
5.ARM微处理器结构
1) RISC型处理器结构
结构简单、处理速度快、处理功能强。
70%的工作由30%的指令完成;
ARM Load/Store结构。
2) Thumb指令集
16位指令集具有更好的代码密度，而芯片面积仅仅增加6%，可是程序存储器更小。
3) 多处理器状态模式
ARM可以支持用户、快中断、中断、管理、中止、系统和未定义等七种处理器模式，可以使用多种高端应用领域。
4)寄存器结构
独有的分组寄存器结构。
5)嵌入式在线仿真调试
ARM架构的处理器芯片都嵌入了在线仿真逻辑，便于通过了JTAG来仿真调试ARM架构芯片。
6)灵活和方便的接口
ARM架构具有协处理器接口，这样，既可以使基本的ARM处理器内核尽可能小，又可能方便地扩充各种功能。
7)低电压低功耗的设计
8)降低电源电压，时钟频率等
6.Cortex-A8内核结构
7.Samsung S5PV210微处理器简介
8.Samsung S5PV210开发环境
1)RVDS
常用的ARM 的开发环境有ADS1.2 、RVDS（RealView Developer Suite）、MDK、IAR、DS-5 和一些开源的开发环境。其中RVDS是ARM公司继SDT与ADS1.2之后主推的新一代开发工具。RVDS集成的RVCT是业内公认的能够支持所有ARM处理器，并提供最好的执行性能的编译器。
RVDS向硬件设备的设计者提供多核调试、应用与所有的ARM处理器的代码产生和Cortex CPU的配置等功能，并提供了到达第三方元件的接口（如ARM ESL tools）。RVDS包含有四个模块：IDE、RVCT、RVD和RVISS。
2)Eclipse for ARM开发环境
Eclipse集成开发环境是一个开源的IDE平台，其以强大的可扩展性而著称，传统的IDE公司很多已转向Eclipse平台，在此平台上开发自己的插件，然后包装销售。Eclipse是基于Java的可扩展开发平台，在Eclipse上不仅可以开发Java项目，也可以开发C项目。Eclipse能够管理和编辑项目源代码和文档，并不提供编译和连接工具，但是却为编译和连接工具留有接口。
Eclipse forARM 是借用开源软件的Eclipse的工程管理工具，嵌入GNU工具集，使之能够开发ARM 公司Cortex-A系列的CPU。YAGARTO(Yet another GNU ARM toolchain)是一个跨平台的GNU ARM开发工具链，可以作为 Eclipse 的插件使用。