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TD II - Microcontroladores ARM de 32 bits - 19/11/2007 - Ing. Susana Marta Canel

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Microcontroladores ARM
Advanced RISC Machine Arquitectura ARM
Antecedentes
La arquitectura ARM se diseñó para permitir implementaciones de tamaño muy reducido y de alto rendimiento. Estas arquitecturas tan simples permiten dispositivos con muy bajo consumo de energía. Se caracteriza fundamentalmentepor ser una computadora de set de instrucciones reducido (Reduced Instruction Set Computer, RISC), como lo indica su propio nombre. El concepto RISC se originó en los programas de investigación de procesadores de las universidades de Stanford y Berkeley, alrededor de 1980. El único ejemplo de arquitectura RISC fue el de Berkeley, RISC I y II, y Stanford, MIPS (Microprocessor without InterlockingPipeline Stages). El primer procesador ARM fue desarrollado, entre 1983 y 1985, por Acorn Computers Limited of Cambridge, England. Fue el primer microprocesador RISC para uso comercial. Las posteriores arquitecturas RISCs tuvieron diferencias significativas con este primer diseño. Acorn tuvo una posición fuerte en el mercado de las computadoras personales del Reino Unido debido al suceso de lamicrocomputadora BBC (British Broadcasting Corporation). El micro BBC fue una máquina potenciada por un microprocesador de 8 bits, el 6502. En 1990, ARM Limited se estableció como una compañía separada específicamente dedicada a la explotación de la tecnología ARM. El criterio de la empresa fue otorgar la licencia de esta tecnología a varios fabricantes de semiconductores en todo el mundo. Comenzó aestablecerse como líder del mercado para aplicaciones embebidas de bajo consumo y costo.

Figura extraida del libro “Co-Verification of Hardware And Software- for ARM SoC Design”, Jason Andrews.

El ARM soporta una herramienta que incluye un emulador del set de instrucciones para verificación del modelo de hardware y el de software y Assembler, compiladores C y C++, un linker y un debuggersimbólico.

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Características heredadas de RISC

La arquitectura ARM incorporó algunas características del diseño RISC de Berkeley, aunque no todas. Las que se mantuvieron son:

Arquitectura de carga y almacenamiento (load-store) Las instrucciones que acceden a memoria estánseparadas de las instrucciones que procesan los datos, ya que en este último caso los datos necesariamente están en registros Instrucciones de longitud fija de 32 bits Campos de instrucciones uniforme y de longitud fija, para simplificar la decodificación de las instrucciones. Formatos de instrucción de 3 direcciones Consta de “f” bits para el código de operación, “n” bits para especificar la direccióndel 1er. operando, “n” bits para especificar la dirección del 2do. operando y “n” bits para especificar la dirección del resultado (el destino). El formato de esta instrucción en Assembler, por ejemplo para la instrucción de sumar dos números para producir un resultado, es: ADD d, s1, s2 ;d := s1 + s2

Figura 1.Formato de instrucción de tres direcciones. En el formato de 3 direcciones de ARMlas direcciones se especifican por registros, que se han cargado previamente con el contenido de las direcciones de memoria correspondientes. En general, el término “arquitectura de 3 direcciones” se refiere a un conjunto de instrucciones donde los dos operandos fuente y el destino, se pueden identificar independientemente uno del otro, pero frecuentemente solo dentro de un restringido conjunto devalores posibles. Esta arquitectura no destructiva (el resultado de la operación no se escribe sobre alguno de los operandos) permite a los compiladores organizar las instrucciones de manera de optimizar el “pipeline” (técnica de procesamiento de varias instrucciones en “paralelo”)

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