ARM体系结构的版本v1-v8

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-01-26 08:13 516阅读 0赞

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ARM指令集体系结构，从最初开发至今已有了重大改进，而且将会不断完善和发展。为了精确表达每个ARM实现中所使用的指令集，到目前ARM体系结构共定义了8个版本，以版本号v1～v8表示，各版本特点如下。

1. 版本1（v1）

该版本包括：

●基本数据处理指令（不包括乘法）。  
●字节、字以及半字加载/存储指令。  
●分支（branch）指令，包括用于子程序调用的分支与链接（branch-and-link）指令。  
●软件中断指令，用于进行操作系统调用。  
●26位地址总线。

2. 版本2（v2）

与版本1相比，版本2增加了下列指令：

●乘法和乘加指令（multiply & multiply-accumulate）。  
●支持协处理器。  
●原子性（atomic）加载/存储指令SWP和SWPB（稍后的版本称v2a）。  
●FIQ中的两个以上的分组寄存器。

3. 版本3（v3）

版本3较以前的版本发生了大的变化，具体改进如下：

●推出32位寻址能力。  
●分开的CPSR（current program status register，当前程序状态寄存器）和SPSR（saved program status register，备份的程序状态寄存器），当异常发生时，SPSR用于保存CPSR的当前值，从异常退出时则可由SPSR来恢复CPSR。  
●增加了两种异常模式，使操作系统代码可方便地使用数据访问中止异常、指令预取中止异常和未定义指令异常。  
●增加了MRS指令和MSR指令，用于完成对CPSR和SPSR寄存器的读/写；修改了原来的从异常中返回的指令。

4. 版本4（v4）

版本4在版本3的基础上增加了如下内容：

●有符号、无符号的半字和有符号字节的load和store指令。  
●增加了T变种，处理器可工作于Thumb状态，在该状态下，指令集是16位压缩指令集（Thumb指令集）。  
●增加了处理器的特权模式。在该模式下，使用的是用户模式下的寄存器。  
另外，在版本4中还清楚地指明了哪些指令会引起未定义指令异常。版本4不再强制要求与以前的26位地址空间兼容。

5. 版本5（v5）

与版本4相比，版本5增加或修改了下列指令：

●提高了T变种中ARM/Thumb指令混合使用的效率。  
●增加了前导零计数（CLZ）指令。  
●增加了BKPT（软件断点）指令。  
●为支持协处理器设计提供了更多的可选择的指令。  
●更加严格地定义了乘法指令对条件标志位的影响。

6. 版本6（v6）

ARM体系版本6是2001年发布的。该版本在降低耗电的同时，还强化了图形处理性能。通过追加有效多媒体处理的SIMD（single instruction multiple datastream，单指令流，多数据流）功能，将语音及图像的处理功能提高到了原机型的4倍。ARM体系版本6首先在2002年春季发布的ARM11处理器中使用。除此之外，v6还支持多微处理器内核。表2.1给出了ARM处理器核使用ARM体系结构版本的情况。

7.版本7 （v7）  
      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，Thumb-2技术是在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。此外，ARMv7还支持改良的运行环境，以迎合不断增加的JIT(Just In Time)和DAC(DynamicAdaptive Compilation)技术的使用。另外，ARMv7架构对于早期的ARM处理器软件也提供很好的兼容性。

ARMv7架构定义了三大分工明确的系列：“A”系列面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用；“R”系列针对实时系统；“M”系列对微控制器和低成本应用提供优化。

8.版本8（v8）   
ARMv8-A 将 64 位架构支持引入 ARM 架构中，其中包括：

64 位通用寄存器、SP（堆栈指针）和 PC（程序计数器）  
64 位数据处理和扩展的虚拟寻址  
两种主要执行状态：  
AArch64 - 64 位执行状态，包括该状态的异常模型、内存模型、程序员模型和指令集支持  
AArch32 — 32 位执行状态，包括该状态的异常模型、内存模型、程序员模型和指令集支持  
这些执行状态支持三个主要指令集：

A32（或 ARM）：32 位固定长度指令集，通过不同架构变体增强部分 32 位架构执行环境现在称为 AArch32。  
T32 (Thumb) 是以 16 位固定长度指令集的形式引入的，随后在引入 Thumb-2 技术时增强为 16 位和 32 位混合长度指令集。部分 32 位架构执行环境现在称为 AArch32。  
A64：提供与 ARM 和 Thumb 指令集类似功能的 32 位固定长度指令集。随 ARMv8-A 一起引入，它是一种 AArch64 指令集。   
ARM ISA 不断改进，以满足前沿应用程序开发人员日益增长的要求，同时保留了必要的向后兼容性，以保护软件开发投资。在 ARMv8-A 中，对 A32 和 T32 进行了一些增补，以保持与 A64 指令集一致。

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