32位ARM内核微处理器W90N740及其应用
摘要：在对ARM体系结构进行分析的基础上，介绍了32位ARM核处理器W90N740的结构特点和优异性能，讨论了它的应用方法。给出了用W90N740芯片降低系统成本的实现方案。Ｗ９０Ｎ７４０是台湾Ｗｉｎｂｏｎｄ公司开发的基于３２位ＡＲＭ核的高性能、低功耗微处理器。Ｗ９０Ｎ７４０采用ＡＲＭ７ＴＤＭＩ内核，内建两个１０／１００Ｍｂ ＭＡＣｓ以太网络控制器，并采用Ｗｉｎｂｏｎｄ独家专利的网络地址转换加速器ＮＡＴ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ。该器件用硬件方式加速网络封包的转换，不仅减少了中央处理器的负担，同时也大幅提高了宽频的整体系统效能。而芯片方式集成的ＵＳＢ控制器则可透过ＵＳＢ界面连结各种电脑周边设备，以增添产品附加值。此外，Ｗ９０Ｎ７４０内部还集成了ＥＢＩ（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｂｕｓ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）控制器、系统管理器、ＧＤＭＡ控制器等。因而在许多应用领域，用该器件设计的系统成本比目前同类产品要低。加上ＡＲＭ公司开发环境支持汇编语言、Ｃ和Ｃ＋＋，其软件开发也十分方便。因此，Ｗ９０Ｎ７４０虽不是主流产品，但也是许多网络电子产品的选择方案之一。
１ ＡＲＭ体系结构
１．１ ＡＲＭ体系的指令集
ＡＲＭ体系具有ＡＲＭ和Ｔｈｕｍｂ两种指令集。当处理器工作在ＡＲＭ状态时，执行ＡＲＭ指令集；而当其工作在Ｔｈｕｍｂ状态时，则执行Ｔｈｕｍｂ指令集。
所有ＡＲＭ指令都是３２位长度。指令以字对准方式保存，这样，ＡＲＭ状态指令地址的最低２位总是零。实际上，一些指令通常使用最低有效位来判定代码是转向Ｔｈｕｍｂ代码还是ＡＲＭ代码。
ＡＲＭ指令集主要包括存储器访问指令、数据移动指令、数据处理指令、分支指令、协处理器指令、状态寄存器转移指令和异常处理指令等。
所有Ｔｈｕｍｂ指令都是１６位长度，这些指令可在存储器中以半字对准方式保存。因而，指令的最低有效位在Ｔｈｕｍｂ状态下总为零。实际上，Ｔｈｕｍｂ指令集是３２位ＡＲＭ指令集的功能子集。
１．２ ＡＲＭ体系的编程模型
（１）ＡＲＭ支持的数据类型
ＡＲＭ处理器支持下列数据类型：Ｂｙｔｅ(字节)，８位；Ｈａｌｆｗｏｒｄ(半字)，１６位；Ｗｏｒｄ(字，必须与４字节边界对齐)，３２位。
（２）ＡＲＭ处理器模式
ＡＲＭ体系结构支持７种处理器模式：用户模式(Ｕｓｅｒ)、 快速中断请求(ＦＩＱ，Ｆａｓｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ ｒｅｑｕｅｓｔ)、中断请求(ＩＲＱ，Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ ＲｅＱｕｅｓｔ)、管理（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ）、中止（Ａｂｏｒｔ）、系统（Ｓｙｓｔｅｍ）和未定义（Ｕｎｄｅｆｉｎｅｄ）。除用户模式外，其它模式统称为特权模式。大多数应用程序可在用户模式下执行。当处理器工作在用户模式时，正在执行的程序不能访问被保护的系统资源，也不能改变模式，除非发生异常。因此，开发中应适当编写操作系统来控制系统资源的使用。
（３）ＡＲＭ寄存器组织
ＡＲＭ处理器总共有３７个寄存器?其中有３１个３２位的通用寄存器（包括程序计数器?ＰＣ?）和６个３２位的状态寄存器（但是只使用了其中的１２位）。该处理器将寄存器安排成部分重叠的组，每种处理器模式使用不同的寄存器组。同时?在所有处理器模式下都可以访问当前程序状态寄存器ＣＰＳＲ。而ＣＰＳＲ则包含条件码标志、中断标志位、当前处理器模式以及其它状态和控制信息。每种异常模式都有一个程序状态保存寄存器ＳＰＳＲ。当异常出现时?ＳＰＳＲ可用于保留ＣＰＳＲ的状态。