【正文】 操作） 執(zhí)行這些操作 取指 譯碼 執(zhí)行 取指 譯碼 執(zhí)行 取指 譯碼 執(zhí)行 t 指令 指令 1 指令 2 指令 3 3級(jí)流 水線功能段劃分 PC為某個(gè)正在取址指令所在的地址，確切地說是該指令最低字節(jié)的地址。 ARM簡介 ? ARM處理器核簡介 ——Xscale Intel Xscale微控制器 (ARMv5TE)核 ,操作系統(tǒng)包括 linux, Windows CE, Symbian OS, 和其他一些RTOS. 提供全性能、高性價(jià)比、低功耗的解決方案，支持 16位 Thumb指令并集成數(shù)字信號(hào)處理（ DSP）指令。 ? 內(nèi)嵌 并行讀 /寫 操作部件。 ? 支持 64位的高速 AMBA總線接口。 可以用于視頻游戲機(jī)和高性能打印機(jī)等場(chǎng)合。 ARM9系列主要應(yīng)用于 無線通信 、儀器儀表、安全系統(tǒng)和機(jī)頂盒等領(lǐng)域。 ARM7TDMI ? 簡介 ARM7TDMI支持 32位尋址范圍， 使用了馮 ARM7系列廣泛應(yīng)用于多媒體和嵌入式設(shè)備，包括Inter設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備，以及移動(dòng)電話、PDA等無線設(shè)備。 V7M通過寄存器硬件堆棧以及對(duì)使用高級(jí)語言寫入中斷處理程序的支持，微控制器架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了專為快速中斷處理而設(shè)計(jì)的程序員模型。它 適合使用電池供電 的高性能的便攜式設(shè)備，便攜式設(shè)備一方面需要處理器提供高性能，另一方面又需要低功耗。 ARM簡介 ? 各 ARM體系結(jié)構(gòu)版本 ——V5 在 V4版本的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)在指令的定義進(jìn)行了必要的修正，對(duì) V4版本的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了擴(kuò)展并增加了指令，對(duì)數(shù)字信號(hào)處理 (DSP) 算法提供增強(qiáng)算法支持 ,具體如下： ? 改進(jìn)了 ARM/Thumb狀態(tài)之間的切換效率； ? 允許 T變種（支持 Thumb指令集）和非 T變種一樣，使用相同的代碼生成技術(shù)； ? 增加前導(dǎo)零計(jì)數(shù) (最高有效位前 0的個(gè)數(shù)）指令 CLZ和軟件斷點(diǎn)指令 BKPT； ? 對(duì)乘法指令如何設(shè)置標(biāo)志作了嚴(yán)格的定義。 擁有相同指令集版本的 ARM芯片，雖然出自不同的生產(chǎn)廠商，但它們使用的 指令 和 應(yīng)用軟件 是相互 兼容 的。 如： STMFD R13,{R4R6} 。R0=R1+R1*8 使用地址自動(dòng)增加（減少）來優(yōu)化程序中的循環(huán)。 ? 簡單的尋址模式 。無論這個(gè)單片機(jī)結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜，功能多么強(qiáng)大，也無論它來自哪個(gè)廠家。 ? 學(xué)習(xí) ARM核時(shí)，同樣也是對(duì)寄存器的設(shè)置（匯編指令、 c語言）來控制 ARM核、 I/O管腳、功能模塊，實(shí)現(xiàn)功能。 ? ARM不是完整的單片機(jī)，它只是一個(gè) 內(nèi)核 。 RISC特點(diǎn) ： 精簡指令集執(zhí)行周期更短；硬件結(jié)構(gòu)簡單，配備大量寄存器，配合運(yùn)算和操作； arm9采用哈佛結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)總線和指令總線分離），使得指令操作和數(shù)據(jù)操作可同時(shí)進(jìn)行，速度更快 。 –通用 計(jì)算機(jī)側(cè)重的發(fā)展方向：高速、海量的數(shù)值計(jì)算、總線速度提升，擴(kuò)大存儲(chǔ)容量。ARM體系結(jié)構(gòu)與編程 嵌入式教研室 授課教師：岳洋 辦公電話： 86223625 這門課主要講的內(nèi)容 ARM Advanced RISC Machine ARM基礎(chǔ)知識(shí)（第 1章） ARM匯編（第 8章） ARM存儲(chǔ)系統(tǒng) MMU （第 5章） Memory Management Unit 異常中斷處理（第 9章） 前言 了解 嵌入式系統(tǒng)概述 1 嵌入式系統(tǒng) 簡介 2 嵌入式系統(tǒng)的 定義 3 嵌入式系統(tǒng)的 特點(diǎn) 4 嵌入式系統(tǒng)的 組成 5 嵌入式系統(tǒng)的 應(yīng)用 4 嵌入式系統(tǒng)組成 ESOFTWARE 嵌入式軟件 嵌入式操作系統(tǒng) 處理器 （內(nèi)核） 單片機(jī) ARM PowerPC DSP — 嵌入式微處理器 配置硬件，補(bǔ)平硬件差異， 為軟件搭建平臺(tái) 如 linux、 win ce ucos2 提供功能應(yīng)用 嵌入式系統(tǒng)簡介 嵌入式系統(tǒng)的歷史與現(xiàn)狀 –從 1946年電子計(jì)算機(jī)的誕生，發(fā)展到今天，在許多場(chǎng)合 要求將微型機(jī)嵌入到一個(gè)對(duì)象體系中，實(shí)現(xiàn)智能化控制。 –嵌入式 計(jì)算機(jī)對(duì)體積、功耗、功能、可靠性、專用性有較高要求。 公司的特點(diǎn)是 只設(shè)計(jì)芯片 ， 而不生產(chǎn) 。 ? 所謂以 ARM為核的單片機(jī)，就是把 ARM作為中央處理器（核），根據(jù)需要設(shè)計(jì)出： I/O口、功能模塊、外圍總線接口， 用總線把幾部分和 ARM核連接在一起，組成一個(gè)單片機(jī)。 ? ARM與單片機(jī)學(xué)習(xí)過程有許多相識(shí)的地方。 ARM簡介 ? ARM體系結(jié)構(gòu) ARM處理器為 RISC（ reduce instruction set puting)芯片，其 簡單的結(jié)構(gòu) 使 ARM內(nèi)核非常小，這使得器件的功耗也非常低。 ? 統(tǒng)一和固定長度 的指令域 (32位）簡化了指令的譯碼。 如： LDR R0 , [R1] 4 。將 R4R6的內(nèi)容放入以 R13為棧基址的連續(xù) 3個(gè)單元中 所有指令都可以根據(jù)前面指令的執(zhí)行結(jié)果，決定是否執(zhí)行。 ARM簡介 ? 各 ARM體系結(jié)構(gòu)版本 ——V1 該版本的 ARM體系結(jié)構(gòu)，只有 26位的尋址空間，如今現(xiàn)在已經(jīng)廢棄不再使用，沒有商業(yè)化，其特點(diǎn)為： ? 基本的數(shù)據(jù)處理指令 (加，減，與，或，非，比較）（這個(gè)版本不包括乘法）； ? 字節(jié)、字和半字加載 /存儲(chǔ)指令； ? 具有分支指令，包括在子程序調(diào)用中使用的分支和鏈接指令； ? 在操作系統(tǒng)調(diào)用中使用的軟件中斷指令（ SWI）。 ARM簡介 ? 各 ARM體系結(jié)構(gòu)版本 ——V6 ARM體系版本 6是 2022年發(fā)布的。 ARM體系版本 6首先在 2022年春季發(fā)布的 ARM11處理器中使用。 ARM簡介 ? ARM處理器 核 簡介 ARM公司開發(fā)了很多系列的 ARM處理器核，目前最新的系列已經(jīng)是 ARM11了，而 ARM6核以及更早的系列已經(jīng)很罕見了。 ARM簡介 ? ARM處理器 核 簡介 ——ARM7特點(diǎn) ? 低功耗 ? （ mips指每秒百萬條指令）的 3級(jí)流水線 結(jié)構(gòu) ? 32位 ARM指令集和 16位的 Thumb指令集 ? 主頻最高可達(dá) 130MIPS ? 典型芯片 ? ATMEL公司 AT91M40800/55800A； ? Samsung公司的 S3C44B0/4510B ARM7 ? 簡介 ARM7基于 ARM體系結(jié)構(gòu) V4版本，是目前低端的 ARM核 。諾依曼（ Von Neumann）結(jié)構(gòu)， 指令和數(shù)據(jù)共用一條 32位總線。 ? （ 程序代碼和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間分開 ,程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)空間中，有各自的程序總線和數(shù)據(jù)總線 ）， 5級(jí) 流水線。 ? 支持 DSP指令集 ，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場(chǎng)合。 ? 支持 VFP10浮點(diǎn)處理協(xié)處理器。 ARM簡介 ? ARM處理器核簡介 ——ARM10特點(diǎn) ARM公司在 2022年 4月 29日宣布了其下一代 ARM架構(gòu)的 CPU－ ARM11（又名 Jaguar美洲虎），基于 ARM11的微處理器具有更強(qiáng)的性能，尤其是多媒體處理能力。 Xscale 處理器是 Intel目前主要推廣的一款A(yù)RM微處理器。 PC指針 ？ PC－ 8 指令 1 指令 2 指令 3 PC指針 取指 譯碼 執(zhí)行 PC－ 4 PC4 PC8 高地址 低地址 ARM7三級(jí)流水線技術(shù) ? 雖然 ARM9和 ARM10為 6級(jí)流水線 （流水線級(jí)數(shù)越多，說明單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行的指令條數(shù)可能就越多）， 但它們都使用了與 ARM7相同的流水線機(jī)制 （它們完全仿真 3級(jí)流水線的行為）， 因此 ARM7上的代碼也可以在 ARM9和ARM10上運(yùn)行。 快速中斷 (fiq) fast interrupt request 支持高速數(shù)據(jù)傳輸及通道處理 FIQ異常響應(yīng)時(shí)（ 引腳 低電平有效）進(jìn)入此模式 中斷 (irq) interrupt request 用于通用中斷處理 引腳 低電平有效， IRQ異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式 管理 (svc) supervisor 操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模式（復(fù)位后執(zhí)行 bootloader，可以設(shè)置引導(dǎo)某個(gè)操作系統(tǒng)） 系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷（執(zhí)行 SWI指令）響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式 數(shù)據(jù)訪問中止 (abt) abort 用于支持虛擬存儲(chǔ)或存儲(chǔ)器保護(hù) 當(dāng)存取異常時(shí)進(jìn)入此模式 未定義 (und) undefined 支持軟件仿真硬件的協(xié)處理器 執(zhí)行未定義指令時(shí)，會(huì)將該指令送到協(xié)處理器，如果協(xié)處理器都處理不了該指令，就產(chǎn)生未定義指令異常中斷，進(jìn)入此模式 處理器模式 處理器模式 ? 特權(quán)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) 支持高速數(shù)據(jù)傳輸及通道處理 FIQ異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式 中斷 (irq) 用于通用中斷處理 IRQ異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式 管理 (svc) 操作系統(tǒng)保護(hù)代碼 系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式 中止 (abt) 用于支持虛擬內(nèi)存和 /或存儲(chǔ)器保護(hù) 在 ARM7TDMI沒有大用處 (因?yàn)闊o mmu) 未定義 (und) 支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真 未定義指令異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式 除 用戶 模式外，其它 6種模式均為特權(quán)模式 。它們除了可以通過程序 (修改 CPSR）切換進(jìn)入外，也可以由特定的異常進(jìn)入。 系統(tǒng)模式是特權(quán)模式，該模式為操作系統(tǒng)提供 可以訪問所有資源的權(quán)限 ，并可以通過指令 (mrs/msr)對(duì) CPSR設(shè)置，直接進(jìn)行模式切換。 ?黃色區(qū)： 6個(gè) 狀態(tài) 寄存器，每個(gè) 32位，但目前僅使用其中 12位。它們所對(duì)應(yīng)的物理寄存器取決于當(dāng)前的處理器模式。這樣在發(fā)生 FIQ中斷后，可以不必執(zhí)行保存和恢復(fù)（ R8R12）的指令，從而加速 FIQ的處理速度。 R14_abt R13_abt 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(jì)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_svc SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq 堆棧指針寄存器 R13（ SP） 寄存器 R13常作為 堆棧指針 （ SP Stack Pointer）。 ?應(yīng)先 初始化好各模式的 R13_ mode，以便異常發(fā)生時(shí)，供各模式使用。 內(nèi)部寄存器 ? R14寄存器注意要點(diǎn) R14 R14_irq 用戶模式下的程序 IRQ的程序 A a return B ... X A 返回用戶模式地址 下的程序； IRQ中斷，硬件將 返回地址 存入 IRQ模式下的 R14_irq寄存器， 用戶模式下的 R14沒有被破壞 ； 3. IRQ服務(wù)程序 A執(zhí)行完畢，將返