ARM單片機（Advance Risk Machine），它是世界上使用最廣泛的許可最多的處理器內核之一。第一個ARM處理器由劍橋大學于1978年開發(fā)，第一個ARM RISC處理器由Acorn Group of Computers在1985年生產。這些處理器專門用于便攜式設備，如數碼相機，手機，家庭網絡。 由于具有諸如低功耗，合理的性能等優(yōu)點，這些模塊和無線通信技術以及其他嵌入式系統(tǒng)也可以使用。本文概述了ARM體系結構以及每個模塊的工作原理。

ARM架構

ARM體系結構處理器是先進的精簡指令集計算（RISC）機器，并且是32位精簡指令集計算機（RISC）單片機。它是由Acron計算機組織于1987年推出的。該ARM是由ST Microelectronics，Motorola等制造商開發(fā)的單片機系列。ARM體系結構具有完全不同的版本，例如ARMv1，ARMv2等，并且每個版本都有其自身的優(yōu)點和缺點。

ARM皮質是ARM系列中具有ARMv7設計的復雜單片機。ARM cortex系列中有3個子系列：

ARM-Cortex Ax系列；
ARM-Cortex Rx系列；
ARM-Cortex Mx系列。

ARM體系結構

1.算術邏輯單元；
2.展位乘數；
3.桶式移位器；
4.控制單元。

本文中，英銳恩單片機開發(fā)工程師介紹了ARM的各個組件。

ARM處理器還具有其他組件，例如程序狀態(tài)寄存器，其中包含處理器標志（Z，S，V和C）。除中斷和快速中斷禁止位外，模式位還聯合存在于程序常規(guī)寄存器中。一些特殊的寄存器：一些寄存器用于指令，存儲器數據讀寫寄存器和存儲器地址寄存器。

優(yōu)先級編碼器：編碼器用于多重加載和存儲指令中，以指出要加載或保留的寄存器文件中的哪個寄存器。

多路復用器：幾個多路復用器習慣于處理器總線的管理操作。由于項目時間有限，我們傾向于在行為模型中實施這些組件。每個組件都有一個實體描述。每個實體都有其自己的體系結構，可以根據其應用針對某些必要性對其進行優(yōu)化。這使設計更易于構建和維護。

算術邏輯單元（ALU）

ALU有兩個32位輸入。主要變量來自寄存器文件，而另一個變量來自移位器。狀態(tài)寄存器標志由ALU輸出修改。V位輸出轉到V標志，而Count轉到C標志。盡管最高有效位實際上表示S標志，但ALU輸出操作由NORed完成以獲取Z標志。ALU具有4位功能總線，最多可實現16個操作碼。

乘數因子

乘數因子有3個32位輸入，輸入從寄存器文件返回。乘數輸出僅是商品的32個最低有效位。上圖顯示了乘數因子的實體表示。每當開始的04輸入激活時，乘法就開始。完成后，輸出的Fin變高。

Booth算法

Booth算法是2補碼的值得注意的乘法算法規(guī)則。這樣可以統(tǒng)一對待正數和負數。此外，在不執(zhí)行任何加法或減法的情況下，跳過乘數因子內的0或1的行程，從而可能實現更快的乘法。該圖顯示了乘法器測試臺的仿真結果。顯然，乘法僅在16個時鐘周期內完成。

桶式移位器

桶形移位器具有要移位的32位輸入。該輸入是從寄存器文件返回的，或者它可能是立即數據。移位器具有從指令寄存器返回的不同控制輸入。指令中的Shift字段控制桶形移位器的操作。該字段指示要執(zhí)行的移位類型（邏輯左或右，算術右或右旋轉）。寄存器應該移位的數量包含在指令的立即數字段中，或者可能是寄存器文件中寄存器的低6位。

shift_val輸入總線為6位，最多允許32位移位。移位類型指示所需的移位種類00、01、10、11分別對應于左移位，右移位，算術右移位和右旋轉。桶形移位器特別是由多路復用器創(chuàng)建的。

控制單元

對于任何微處理器，控制單元都是整個過程的核心，它負責系統(tǒng)的運行，因此控制單元的設計是整個設計中最重要的部分?？刂茊卧袝r是純組合電路設計。在此，控制單元由簡易狀態(tài)機實現。處理器時序另外包含在控制單元內。來自控制單元的信號連接到處理器內的每個組件，以監(jiān)督其操作。

ARM功能圖

必須解釋的最后一件事是ARM的使用方式以及芯片的顯示方式。與處理器接口的各種信號是輸入，輸出或監(jiān)控信號，將用于控制ARM操作。

Cortex處理器的其他用途

1.它是精簡指令集的計算控制器

32位高性能中央處理器；
三級管道，緊湊型。

2.它具有THUMB-2技術

與16/32位指令合并；
高性能。

3.它支持工具和RTOS及其核心Sight調試和跟蹤

JTAG或2針串行線調試連接；
支持多個處理器。

4.低功耗模式

它支持睡眠模式；
控制軟件包；
多個電源域。

5.嵌套向量中斷控制器（NVIC）

低延遲，低噪聲中斷響應；
無需匯編編程。

以上就是英銳恩單片機開發(fā)工程師分享的ARM單片機的架構與工作原理。