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ARM

ARM Prozessoren

Architektur Revisionen

• Unterschiedliche Features
  • bspw. unterschiedliche Multiplikationsbefehle, Adressierungsarten, ...
• jeweils gleiches Befehssatzdesign für jede Revision
  • aktuell: v7 / v8

Profile: Konkrete Prozessor-Implementierungen

• Application Profil ['A']:

  • High Performance
    • bspw. Mobile, Enterprise

• Real Time Profil ['M']:

  • Embedded Anwendungen
    • bspw. Automotive, Industriesteuerungen

• Microcontroller Profil ['M']:

  • Mikrocontroller für große Bandbreite an Anforderungen
    • Anzahl Gatter, Kosten, Realtime, Performance

• Aktuell in 2017:

  • v7 (32Bit):
    • Cortex A7, Cortex M4, Cortex M0+
  • v8 (64Bit):
    • Cortex A53, Cortex A57

Bedeutung des Befehlssatzes (ISA)

• Befehlssatz = Instruction Set Architektur
• ISA Level
  • ist das Interface zwischen Soft- und Hardware
  • definiert die Sprache, die von Soft- & Hardware verstanden werden muss
• 

ARM Instruction Sets

• ARM unterstützt derzeit 3 IS
  • A64 instruction set
    • eingeführt mit ARMv8-A, um 64 Bit zu unterstützen
  • A32 instruction set ("ARM")
    • 32 Bit Befehlsatz in pre-ARMv8-Architekturen
  • T32 instruction set ("Thumb"/"Thumb2")
    • komprimierter 16/32 Bit Befehlssatz (gemischt)
      • in pre-ARMv8-Architekturen

Coding Standards UAL und APCS

Unified Assembler Language (UAL)

• Coding Standard, der von Compilern für ARM (32bit) und Thumb verstanden wird
• Macht Programme möglich, die mit verschiedenen Prozessoren kompatibel sind

ARM Program Calling Standard (APCS)

• Regelt Aufruf von
  • Unterprogrammen
  • Verwendung von Registern
  • ...
• Ermöglicht Verwendung von Objektbibliotheken, welche von anderen Compilern übersetzt wurden

Architektonisches Erbe der ARM-Prozessoren

Verwendete Merkmale

• RISC
• Grundlegendes Design-Prinzip: Einfachheit
• Load/Store Architektur (Register-Register), von Neumann
• 32Bit oder 64Bit (1 Wort)
  • 1Byte = 8Bit
• Byteweise Adressierung des Speichers
• Little-Endian und Big-Endian kompatibel
  • Vorteil für Einsatzzweck als Standard CPU in Kommunikationsgeräten
  • Standard: Little-Endian
• 3-Adressbefehle (32Bit) oder Thumb

Verworfene Merkmale

• Registerfenster
  • wird nur bei SPARC Prozessoren genutzt
• Delayed Branches
  • der dem Branch folgende Befehl wird ausgeführt bevor der Sprung durchgeführt wurde
  • Behandlung von Interrupts und Exceptions schwieriger
• Ausführung aller Befehle in einem Taktzyklus
  • setzt Harvard voraus
  • Kompensation durch verbesserte Adressierungsmodi

Ein erstes ARM-Programm (GNU)

Wie wird aus einem Programm Maschinencode?

• Codierungsvorgang immer gleich
  • kann von Programm (Assembler) übernommen werden
    • Kann weitere Erleichterungen ermöglichen
      • Bezeichner Konstanten, Daten, Adressen
      • Reservieren von Speicherbereichen für (Zwischen-)Ergebnisse
      • Anlegen und Initialisieren von Daten und Datenstrukturen beim Programmstart hinzufügen

ARM Toolchain