ARM微处理器的存储器格式

ARM微处理器的存储器格式

最大寻址空间

ARM体系结构所支持的最大寻址空间为4GB(\(2^{32}\)字节)

字长、指令长度

ARM处理器的字长是32位，则一条汇编指令的长度也是32位，也就是四个字节(8位一个字节)，而内存中一个地址单元是一个字节，也就是说一条指令要占据4个地址单元。 假设程序顺序执行（一条接一条，没有跳转），假设当前正在CPU中执行的指令A的首地址是0，也就是说指令A的存放位置是内存中的0—3这4个地址单元。

ARM是一种32位处理器，即ARM处理器处理的数据通常是以32位二进制位基本单位的。ARM中的一个32位数叫做一个字。在存储器中，ARM的一个基本数据需要占用4个连续存储单元，为了判断哪四个单元为一个字，ARM规定一个字所占用的4个连续存储单元的第一个单元地址的低2位必须是00(能被被四整除)。

大端格式、小端格式

根据字的4字节在4个存储单元中的存储顺序，ARM提供了两种存储方式：小端方式和大端方式。系统默认的是小端方式，即字的低位字节在地址的底端（小端）。

理解：

所谓的大端模式，是指数据的低位保存在内存的高地址中，而数据的高位，保存在内存的低地址中；

所谓的小端模式，是指数据的低位保存在内存的低地址中，而数据的高位保存在内存的高地址中。

例如，16bit宽的数0x1234在Little-endian（小端）模式CPU内存中的存放方式（假设从地址0x4000开始存放）为：

内存地址	0x4000	0x4001
存放内容	0x34	0x12

而在Big-endian（大端）模式CPU内存中的存放方式则为：

内存地址	0x4000	0x4001
存放内容	0x12	0x34

32bit宽的数0x12345678在Little-endian（小端）模式CPU内存中的存放方式（假设从地址0x4000开始存放）为：

内存地址	0x4000	0x4001	0x4002	0x4003
存放内容	0x78	0x56	0x34	0x12

　　而在Big-endian（大端）模式CPU内存中的存放方式则为：

内存地址	0x4000	0x4001	0x4002	0x4003
存放内容	0x12	0x34	0x56	0x78

为什么会有大小端模式之分呢？这是因为在计算机系统中，我们是以字节为单位的，每个地址单元都对应着一个字节，一个字节为8bit。但是在C语言中除了8bit的char之外，还有16bit的short型，32bit的long型（要看具体的编译器），另外，对于位数大于8位的处理器，例如16位或者32位的处理器，由于寄存器宽度大于一个字节，那么必然存在着一个如果将多个字节安排的问题。因此就导致了大端存储模式和小端存储模式。例如一个16bit的short型x，在内存中的地址为0x0010，x的值为0x1122，那么0x11为高字节，0x22为低字节。对于大端模式，就将0x11放在低地址中，即0x0010中，0x22放在高地址中，即0x0011中。小端模式，刚好相反。我们常用的X86结构是小端模式，而KEIL C51则为大端模式。很多的ARM，DSP都为小端模式。有些ARM处理器还可以由硬件来选择是大端模式还是小端模式。

指令长度及数据类型

ARM微处理器的指令长度可以是32位（在ARM状态下），也可以为16位（在Thumb状态下）。

ARM微处理器中支持字节（8位）、半字（16位）、字（32位）三种数据类型，其中，字需要4字节对齐（地址的低两位为0）、半字需要2字节对齐（地址的最低位为0）

ARM微处理器中的字为32位（4字节）、半字为16位（2字节）、字节为8位（1字节）。

大多数计算机使用字节（8位的数据块）作为最小可寻址的存储器单位，而不是访问存储器中单独的位。存储器的每一个字节都由唯一的数字标识，称为该字节的地址，所有可能地址的集合称为存储器空间。

举例来说，ARM处理器工作状态有如下两种：

ARM状态：执行字对齐的32位ARM指令。

Thumb状态：执行半字对齐的16位Thumb指令。

对于字对齐：

假如，第一次取ARM指令1的地址为 0x0000 0000，由于ARM指令占32位（4个字节），因此地址0x0000 0001、0x0000 0002、0x0000 0003（分别指向一个字中的4个字节的地址）都是指令1的地盘。那么第二次取ARM指令2的地址为 0x0000 0004，同样的道理，0x0000 0005、0x0000 0006、0x0000 0007也都是指令2的地盘，以此类推：

指令1：0x0000 0000——0x0000 0003

指令2：0x0000 0004——0x0000 0007

指令3：0x0000 0008——0x0000 000B

指令4：0x0000 000C——0x0000 000F

…

观察各个指令的起始地址：

若按十进制来看分别是：0、4、8、12、…都可以被4整除。

若按二进制来看bit1和bit0都是0：也就是说它们的起始地址都是0bxxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxx00（32位地址）

同理，对于Thumb指令，他们的起始地址都是0bxxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxx0（32位地址）