【正文】 義 中斷 快中斷 通用寄存器和程序計數(shù)器 R0(a1) R0 R1(a2) R1 R2(a3) R2 R3(a4) R3 R4(v1) R4 R5(v2) R5 R6(v3) R6 R7(v4) R7 R8(v5) R8 R8_fiq R9(SB,v6) R9 R9_fiq R10(SL,v7) R10 R10_fiq R11(FP,v8) R11 R11_fiq R12(IP) R12 R12_fiq R13(SP) R13 R13_svc R13_abt R13_und R13_irq R13_fiq R14(LR) R14 R14_svc R14_abt R14_und R14_irq R14_fiq R15(PC) R15 狀態(tài)寄存器 CPSR CPSR SPSR 無 SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq ARM狀態(tài)各模式下的寄存器 page 西安郵電學(xué)院 計算機(jī)系 24 2021/11/10 寄存器類別 寄存器在匯編中的名稱 各模式下實(shí)際訪問的寄存器 用戶 系統(tǒng) 管理 中止 未定義 中斷 快中斷 通用寄存器和程序計數(shù)器 R0(a1) R0 R1(a2) R1 R2(a3) R2 R3(a4) R3 R4(v1) R4 R5(v2) R5 R6(v3) R6 R7(v4) R7 R8(v5) R8 R8_fiq R9(SB,v6) R9 R9_fiq R10(SL,v7) R10 R10_fiq R11(FP,v8) R11 R11_fiq R12(IP) R12 R12_fiq R13(SP) R13 R13_svc R13_abt R13_und R13_irq R13_fiq R14(LR) R14 R14_svc R14_abt R14_und R14_irq R14_fiq R15(PC) R15 狀態(tài)寄存器 CPSR CPSR SPSR 無 SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq ARM狀態(tài)各模式下的寄存器 fi ir t t fi ir t fi ir t fi fi ii所有的 37個寄存器，分成兩大類： ?31個通用 32位寄存器； ?6個狀態(tài)寄存器。 ⑤ 快中斷模式（ fiq）：處理器響應(yīng) fiq中斷時，進(jìn)入該模式。 系統(tǒng)用戶page 西安郵電學(xué)院 計算機(jī)系 20 2021/11/10 ? ARM7處理器約定了進(jìn)入到 5種異常模式的對應(yīng)事件： ① 管理模式（ svc）：復(fù)位或執(zhí)行 SWI軟中斷指令時，進(jìn)入該模式。每種異常模式都有一些獨(dú)立的寄存器，以避免異常退出時用戶模式的狀態(tài)不可靠。此外，特權(quán)模式可以自由的切換處理器模式，而用戶模式不能直接切換到別的模式。這樣的好處是可以更好的支持操作系統(tǒng)并提高工作效率。 正在被取指的指令 ； PC ＝ 0x4008 0x400C cmd4 。 3 在第 4個周期，指令 1執(zhí)行完成，指令 2和指令 3流水線推進(jìn)一級，同時開始指令 4的取指處理。 為了使 ARM能夠更好地滿足嵌入式應(yīng)用的需要， ARM體系結(jié)構(gòu)還有以下特點(diǎn)： ARM7TDMIS 支持高密度 16位的 Thumb指令集； 支持片上調(diào)試； 支持 64位乘法； 支持 EmbededICE觀察硬件； ARM7TDMI 的可綜合（ synthesizable）版本（軟核），對應(yīng)用工程師來說其編程模型與 ARM7TDMI 一致； page 西安郵電學(xué)院 計算機(jī)系 10 2021/11/10 3. ARM7處理器的三級流水線 ARM處理器使用流水線來增加處理器指令流的速度，這樣可使幾個操作同時進(jìn)行，并使處理和存儲器系統(tǒng)連續(xù)操作，能提供 指令執(zhí)行速度。 page 西安郵電學(xué)院 計算機(jī)系 8 2021/11/10 2. ARM7 體系結(jié)構(gòu) ARM7采用 ARM v4T結(jié)構(gòu)，分為三級流水，具有如下特點(diǎn)： ① RISC處理器結(jié)構(gòu)； ② 能夠提供 ； ③ 支持 32位的 ARM指令集和 16位的 Thumb指令集； ④ ARM7所有的指令都可以條件執(zhí)行，使得程序設(shè)計更適合流水線的工作特點(diǎn)； ⑤ 專用的存儲器訪存指令（ Load/Store）。 RISC處理器具有以下特點(diǎn)： ① 采用 LOAD/STORE結(jié)構(gòu)。 ARM公司簡介 page 西安郵電學(xué)院 計算機(jī)系 5 2021/11/10 將技術(shù)授權(quán)給其它芯片廠商 形成各具特色的 ARM芯片 . . . 在目前的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中 , 你選用的是基于以下哪種架構(gòu)的芯片 ?AR M63%MI P S6%SH 3 /SH 41%P o w e r /P o w e r P C9%X8 621%page 西安郵電學(xué)院 計算機(jī)系 6 2021/11/10 ARM7體系結(jié)構(gòu) ? “體系結(jié)構(gòu) ” （或稱為 “ 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ” ），是處理器的邏輯抽象，是指程序員在使用某處理器編制程序時，所 “ 看到 ” 從而可以在程序中使用的處理器資源構(gòu)成、使用方式、工作原理及其相互間的關(guān)系。page 2021/11/10 西安郵電學(xué)院 計算機(jī)系 1 第 2章 ARM7體系結(jié)構(gòu) page 西安郵電學(xué)院 計算機(jī)系 2 2021/11/10 第 2章 目錄 ?1. ARM7體系結(jié)構(gòu) ?2. ARM7的狀態(tài)與模式 ?3. ARM7的寄存器 ?4. ARM7當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器（ CPSR） ?5. ARM7的異常與異常處理 ?6. ARM7的存儲系統(tǒng) page 西安郵電學(xué)院 計算機(jī)系 3 2021/11/10 第 2章 目錄 ?1. ARM7體系結(jié)構(gòu) ?2. ARM7的狀態(tài)與模式 ?3. ARM7的寄存器 ?4. ARM7當(dāng)前程序狀態(tài) 寄存器（ CPSR） ?5. ARM7的異常與異常處理 ?6. ARM7的存儲系統(tǒng) page 西安郵電學(xué)院 計算機(jī)系 4 2021/11/10 ARM簡介 ? ARM是 Advanced RISC Machines的縮寫，它是一家微處理器行業(yè)的知名企業(yè)，該企業(yè)設(shè)計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC （精簡指令集）處理器。其中最為重要的就是處理器所提供的 指令系統(tǒng) 和寄存器組模型 。因?yàn)樵L問存儲器指令所需要的時間比較長，在指令系統(tǒng)中要盡量減少這類指令，所以 RISC指令中只保留不可再少的LOAD/STORE兩種存儲器訪問指令； ② 硬布線控制邏輯。其它所有指令都是寄存器操作指令。 ARM7TDMI的 流水線分 3級 ，分別為： 取指 譯碼 執(zhí)行 取指 譯碼 執(zhí)行完成該指令對應(yīng)的操作 對已取入到處理器的指令進(jìn)行譯碼分析 從存儲器取指令到處理器 page 西安郵電學(xué)院 計算機(jī)系 11 2021/11/10 三級流水線結(jié)構(gòu)的指令執(zhí)行順序 PC 指令 1 指令 2 指令 3 指令 4 …… …… 程序存儲器 PC4 PC8 PC+4 周期 1 周期 2 周期 3 周期 4 周期 5 周期 6 取指 譯碼 執(zhí)行 取指 譯碼 執(zhí)行 取指 譯碼 執(zhí)行 取指 譯碼 執(zhí)行 在第 1個周期， PC指向指令 1，此時指令 1進(jìn)入三級流水線的取指階段。 4處理器執(zhí)行一條指令的三個階段 page 西安郵電學(xué)院 計算機(jī)系 12 2021/11/10 程序清單 21 0x4000 ADD PC , PC , 4 。 PC＋ 4＝ 0x400C … page 西安郵電學(xué)院 計算機(jī)系 13 2021/11/10 第 2章 目錄 ?1. ARM7體系結(jié)構(gòu) ?2. ARM7的狀態(tài)與模式 ?3. ARM7的寄存器 ?4. ARM7當(dāng)前程序狀態(tài) 寄存器（ CPSR） ?5. ARM7的異常與異常處理 ?6. ARM7的存儲系統(tǒng) page 西安郵電學(xué)院 計算機(jī)系 14 2021/11/10 處理器狀態(tài) ? ARM7TDMI處理器內(nèi)核包含 2套指令系統(tǒng) ，分別為 ARM指令集 和 Thumb指令集 ，并且各自對應(yīng) 1種處理器的狀態(tài)： ?ARM狀態(tài) ： 32位，處理器執(zhí)行字方式的 ARM指令，處理器默認(rèn)為此狀態(tài)； ?Thumb狀態(tài) ： 16位，處理器執(zhí)行半字方式的Thumb指令。 ARM7TDMI完全支持這七種模式。 未定義 (und) 中止 (abt) 管理 (svc) 中斷 (irq) 快中斷 (fiq) 系統(tǒng) (sys) page 西安郵電學(xué)院 計算機(jī)系 18 2021/11/10 ? 異常模式 處理器模式 說明 備注 用戶 (usr) 正常程序工作模式 不能直接切換到其它模式 系統(tǒng) (sys) 用于支持操作系統(tǒng)的特權(quán)任務(wù)等 與用戶模式類似，但具有可以直接切換到其它模式等特權(quán) 快中斷 (fiq) 支持