架构arm架构 arm的架构是什么意思
文章目录一、什么是架构二、ARM架构分类Arm-A架构Armv7-A（1）指令集（2）处理器模式（3）通用寄存器（4）特殊寄存器Armv8-A寄存器指令集异常模型及处理器模式一、什么是架构“架构”（Architecture）指的是功能规范，ARM架构即是ARM处理器的功能规范，包括以下主要内容：
指令集：每条指令的功能，指令在存储器中的表示方法（编码）;寄存器集：寄存器的数量、大小、功能，以及寄存器的初始状态；异常模型：不同特权级、异常类型，以及采纳异常和从异常返回时的处理动作；存储器模型：存储器的访问顺序，当软件必须执行准确维护时，缓存的行为；调试、跟踪和统计：如何设置和触发断点，跟踪工具可以捕获的信息和采用的方式。“架构”没有直接说明如何构建处理器并工作，它只是提供了一种软件和硬件之间行为规范，具体的处理器的构建和设计称为“微架构”Micro-Architecture，微架构包括：
流水线的长度和布局缓存的数量和大小单个指令的周期数（一条指令周期对应几个时钟周期）其它可选特性二、ARM架构分类ARM提供了三种架构概要：
A-Profile（应用）：用于复杂得计算应用领域，如服务器、移动电话、汽车主机；R-Profile（实时）：用于需要实时响应的地方，如安全关键应用或需要确定性响应的应用，如医疗设备、车辆转向、制动和信号等；M-Profile（微控制器）：用于能效、功耗、尺寸有较强需求的地方，如深度嵌入式芯片、小型传感器、通信模块、智能家居产品等。处理器的构建和设计称为“微架构”，微架构定义处理器的工作原理，包括：流水线的长度和布局，缓存的数量和大小，单个指令的周期数以及其它可选特性。
Arm-A架构Armv7-A（1）指令集ARMv7-A架构是32位处理器架构,也是load/store架构，即数据处理指令操作在通用寄存器完成，只有load/store指令可以访问内存。此外ARM指令集还有一大特点，就是ARM指令集几乎所有的指令都可以增加条件码。ARM指令集可以归为一下四类：
数据处理操作（ALU操作例如ADD）；内存操作（load/store）；控制流（循环，跳转，条件码等）；系统（协处理器，debug，模式切换等等）。Armv7-A支持Arm（A32）和Thumb（T32）数据集。ARMcore只能在寄存器上执行数据处理，而不能直接在内存上执行。数据操作指令一般由一个目标寄存器和两个源操作数组成，所有ARM数据处理指令都可以加后缀（Suffix），并影响状态标志（CPSR）。其基本格式如下：Operation{cond}{S}Rd,Rn,Operand2Operation:指令助记符；cond：执行条件；S：后缀，是否影响CPSR寄存器状态位；Rd：目标寄存器；Rn：第一个操作数寄存器；Operand2：第二个操作数；{}：可选。（2）处理器模式ARMv7架构支持安全扩展，如果使能了安全扩展，ARMv7-A架构分为安全模式（SecureState）和非安全模式（Non-secureState）两个世界。
在非安全模式下，存在三种运行特权PL0,PL1和PL2（privilegelevel）。
特权等级
描述
PL0
PL0运行在用户模式（User），用于运行应用程序。该模式程序受限访问系统资源。对应Linux用户态。
PL1
PL1运行非用户模式和Hyp模式外的所有模式。Linux内核运行在PL1。包含了ARMv6架构中的System,SVC,FIQ,IRQ,UNDEF及Abort模式。此外，安全模式中的Montior也运行在PL1等级，管理安全模式和非安全模式的切换。
PL2
PL2用于虚拟化。虚拟化超级管理程序(Hypervisor)运行在PL2。
处理器模式：
User：用户模式，运行再PL0这个特权等级上，也就是没有特权等级，他是OS上运行应用程序时候的等级，他不可以访问系统资源（MMU等），在这个模式下，无法主动切换模式，除非遇到中断或者异常（诸如SWI触发系统调用）；FIQ：快中断模式，发生FIQ快中断的时候处理器模式；IRQ：中断模式，发生IRQ快中断的时候处理器模式；Supervisor：管理员模式，复位后的默认模式，运行再PL1特权等级，可以通过SWI(SVC)系统调用呼叫产生SupervisorCall异常，进入Supervisor模式，操作系统常用的模式；Monitor：监视模式，针对Security扩展，不详细讨论；Abort：停止模式，当发生DataAbortexception或者PrefetchAbortexception异常时候进入这个模式；Hyp：当支持虚拟化扩展的时候模式，不详细讨论；Undefined：这是执行和指令相关的模式，当企图执行UNDEFINED指令的时候进入这个模式；System：系统模式，也是PL1特权等级，和Supervisor的区别是，System模式具有和User模式一样的寄存器，目前大多数系统未使用；（3）通用寄存器ARMv7-A处理器有16个通用寄存器：R0~R15，其中：
R13：通常用做堆栈指针SP；R14：通常用作链接寄存器LR；R15：通常用作程序计数器PC；对于每种特权等级访问系统资源的权限不一样，而处理器又有几种模式，每种模式对应的特权等级有一定区别；每一种处理器模式对应的寄存器也有一定区别：
R0~R7，PC是所有模式下共享的；FIQ模式下，R8-R12、SP、LR都是有专门的寄存器，有的材料上，称之为“影子寄存器”，什么意思呢？这个模式下，有他专用的R8~R12、SP、LR；同样道理，Supervisor、Abort、Undefined、IRQ等，都有他们自己模式下专用的SP和LR，也就是说，从其他模式进来的时候，不需要针对这两个寄存器进行恢复现场；FIQ之所以称之为FIQ，从软件上也看得出来，他专用的寄存器要多于IRQ的，所以也的确是要Fast一些；（4）特殊寄存器ARMv7-A还有一个特殊寄存器叫：程序状态寄存器CPSR(CurrentProgramStatusRegister)，再进入异常之前，当前的CPSR被保存到SPSR(SavedProgramStatusRegister)中；
CPRS在用户层叫做APSR，APSR只是CPSR寄存器中被截取的一部分，因为在用户层，并不是所有的CPSR的位都可以访问；
Field
作用
N
ALU返回运算结果是否为负数
Z
ALU返回运算结果是否为0
C
ALU运算是否发生进位
V
ALU运算是否发生溢出
Q
cumulativesaturation
J
ARM是否处于Jazelle状态
E
控制load/store字节序，E=1表示大端模式，E=0表示小端模式
A
disablesasynchronousaborts，User模式不能操作
I
使能/禁能IRQ，User模式不能操作，I=1表示禁止IRQ，I=0表示使能IRQ
F
使能/禁能FIQ，User模式不能操作，F=1表示禁止FIQ，I=0表示使能FIQ
T
ARM和Thumb状态标志位
GE
用于某些SIMD（SingleInstruction,MultipleData）指令
M[4:0]
处理器模式：FIQ,IRQ,ABT,SVC,UND,MON,HYP。User模式不能操作
IT[7:0]
IT7:2：和IT1:0一起组成IT[7:0]，表示IF-THEN指令的执行状态
[28-31]：条件码M[4:0]：处理器模式的Encoding
Armv8-AArmv8-A架构是针对应用框架的最新一代Arm架构。ARMv8架构继承了ARMv7与之前处理器技术的基础，除了对现有的16/32bit的Thumb2指令支持外，也向前兼容了现有的A32(ARM32bit)指令集，基于64bit的AArch64架构，除了新增A64(ARM64bit)指令集外，也扩充了现有的A32(ARM32bit)和T32(Thumb232bit）指令集，另外还新增加了CRYPTO(加密)模块支持。
寄存器为了向前兼容Armv7，Armv8-A支持两种ExecutionState，分别是AArch32和AArch64，两种ExecutionState有如下区别：
AArch32
AArch64
提供13个32bit通用寄存器R0-R12，一个32bitPC指针(R15)、堆栈指针SP(R13)、链接寄存器LR(R14)
提供31个64bit通用寄存器X0-X30(W0-W30)，其中X30是程序链接寄存器LR
提供一个32bit异常链接寄存器ELR，用于Hypmode下的异常返回
提供一个64bitPC指针、堆栈指针SPx、异常链接寄存器ELRx
提供32个64bitSIMD向量和标量floating-point支持
提供32个128bitSIMD向量和标量floating-point支持
提供两个指令集A32(32bit)、T32(16/32bit)
定义ARMv8异常等级ELx(x