ARM 公司是微处理器行业的一家知名企业，它是知识产权供应商，设计基于ARM体系的处理器;公司并不生产芯片，也不出售芯片，它转让设计方案给半导体厂商，由半导体厂商生产soc，并销售，同时提供一些其他设计服务，比如物理IP，图形内核和开发工具的设计。ARM微处理器包括ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、SecurCore、以及Intel的StrongARM、XScale和其它厂商基于ARM体系结构的处理器，除了具有ARM体系结构的共同特点以外，每一个系列的ARM微处理器都有各自的特点和应用领域。

ARM的体系结构或处理器结构主要体现在：ARM微处理器的寄存器结构、异常处理、存储器结构、指令系统、接口等方面。

(资料图)

1、寄存器结构：

ARM处理器共有37个寄存器，被分为若干个组(BANK)，这些寄器包括：

● 31个通用寄存器，包括程序计数器(PC指针)，均为32位的寄存器。

● 6个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态及程序的运行状态，均为32位，目前只使用了其中的一部分。

(1)处理器运行模式：

ARM微处理器支持7种运行模式，分别为：

● usr(用户模式)：ARM处理器正常程序执行模式。

● fiq(快速中断模式)：用于高速数据传输或通道处理

● irq(外部中断模式)：用于通用的中断处理

● svc(管理模式)：操作系统使用的保护模式

● abt (数据访问终止模式)： 当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护。

● sys(系统模式)： 运行具有特权的操作系统任务。

● und(未定义指令中止模式)：当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。

ARM微处理器的运行模式可以通过软件改变，也可以通过外部中断或异常处理改变。

大多数的应用程序运行在用户模式下，当处理器运行在用户模式下时，某些被保护的系统资源是不能被访问的。

除用户模式以外，其余的所有6种模式称之为非用户模式，或特权模式;其中除去用户模式和系统模式以外的5种又称为异常模式，常用于处理中断或异常，以及需要访问受保护的系统资源等情况。

ARM的RISC体系结构的发展中已经提供了低功耗、小体积、高性能的方案。而为了解决代码长度的问题，ARM体系结构又增加了T变种，开发了一种新的指令体系，这就是Thumb指令集，它是ARM技术的一大特色。

Thumb是ARM体系结构的扩展。它有从标准32位ARM指令集抽出来的36条指令格式，可以重新编成16位的操作码。这能带来很高的代码密度。

支持Thumb的ARM体系结构的处理器状态可以方便的切换、运行到Thumb状态，在该状态下指令集是16位的Thumb指令集。

ARM指令集对比Thumb指令集：

· 完成相同的操作，Thumb指令通常需要更多的指令，因此在对系统运行时间要求苛刻的应用场合ARM指令集更为适合;

· Thumb指令集没有包含进行异常处理时需要的一些指令，因此在异常中断时，还是需要使用ARM指令，这种限制决定了Thumb指令需要和ARM指令配合使用。

ARM处理器的工作状态由程序状态寄存器CPSR的D5位的值控制，ARM指令集和Thumb指令集都设有处理器工作状态切换指令，以供程序在执行过程中对处理器进行状态切换。启动时，处理器默认状态为ARM状态。

Thumb指令与ARM指令的时间效率和空间效率对比：

· Thumb代码所需的存储空间为ARM代码的60%~70%;

· Thumb代码使用的指令数比ARM代码多30%~40%;

· 使用32位的存储器，ARM代码比Thumb代码快约40%;

· 若使用16位存储器，则Thumb代码比ARM代码快40%~50%;

· 与ARM代码相比较，使用Thumb代码，存储器的功耗会降低约30%。

若对系统的性能有较高要求，则应使用32位存储系统和ARM指令集;若对系统的成本及功耗有较高要求，则应使用16位存储系统和Thumb指令集。当然，若两者结合使用，充分发挥各自的优点，则会取得更好的效果。

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