【正文】 2 數(shù)據(jù)中止 3 快速中斷請求 4 外部中斷請求 5 預取指令異常 6 軟中斷 最低 7 未定義指令 構建異常向量表 當處理器的復位引腳有效時，系統(tǒng)產(chǎn)生復位異常中斷，程序跳轉到復位異常中斷處理程序處執(zhí)行。 異 常 ARM體系結構中，存在 7種異常處理。 這樣存儲器就有兩種類型的地址：虛擬地址和物理地址。在帶 MMU的操作系統(tǒng)控制下，運行的任務無須知道其他與之無關的任務的存儲需求情況，這就簡化了各個任務的設計。 存儲管理單元（ MMU） 在創(chuàng)建多任務嵌入式系統(tǒng)時，最好有一個簡單的方式來編寫、裝載及運行各自獨立的任務。 協(xié)處理器（ CP15） ARM處理器支持 16個協(xié)處理器。 （ 2）芯片級的緊耦合存儲器 TCM。 （ 2）使用內存映射技術實現(xiàn)虛擬空間到物理空間的映射。 ARM存儲器系統(tǒng)可以使用簡單的平板式地址映射機制（就像一些簡單的單片機一樣，地址空間的分配方式是固定的，系統(tǒng)中各部分都使用物理地址），也可以使用其他技術提供功能更為強大的存儲系統(tǒng)。 （ 5）回寫（ writeback）：將指令的結果回寫到寄存器堆，包括任何從寄存器讀出的數(shù)據(jù)。在寄存器堆中有 3個操作數(shù)讀端口，因此，大多數(shù) ARM指令能在 1個周期內讀取其操作數(shù)。 （ 3）執(zhí)行（ excute）：處理指令并將結果寫回寄存器。 流水線的分類 到 ARM7為止的 ARM處理器使用簡單的 3級流水線，它包括下列流水線級。 程序計數(shù)器在下面兩種情況下用于特殊的目的。 2． Q標志位 CPSR的低 8位（ I、 F、 T及 M[4∶0] ）統(tǒng)稱為控制位。 狀態(tài)寄存器 當前程序狀態(tài)寄存器（ Current Program Status Register， CPSR）可以在任何處理器模式下被訪問，它包含下列內容： （ 1） ALU（ Arithmetic Logic Unit，算術邏輯單元）狀態(tài)標志的備份； （ 2）當前的處理器模式； （ 3）中斷使能標志； （ 4）設置處理器的狀態(tài)（只在 4T架構）。 2．分組寄存器 寄存器 R14又被稱為連接寄存器（ Link Register， LR），在 ARM體系結構中具有下面兩種特殊的作用。 1．未分組寄存器 對于分組寄存器 R13和 R14來說，每個寄存器對應 6個不同的物理寄存器。 （ 1）未分組寄存器（ the Unbanked Register），包括 R0～ R7。 寄存器組織 ARM處理器有如下 37個 32位長的寄存器： （ 1） 30個通用寄存器； （ 2） 6個狀態(tài)寄存器： 1個 CPSR（ Current Program Status Register，當前程序狀態(tài)寄存器）， 5個 SPSR（ Saved Program Status Register，備份程序狀態(tài)寄存器）； （ 3） 1個 PC（ Program Counter，程序計數(shù)器）。 （ 7）如果把 Thumb指令集也當作 ARM體系結構的一部分，那么還可以加上：在 Thumb體系結構中以高密度 16位壓縮形式表示指令集。通過本章的學習，希望讀者能夠了解 ARM處理器內部的主要工作單元、基本工作原理，掌握常用指令集，并為以后的程序設計打下基礎。 本章主要內容： ● ARM體系結構的特點 ● ARM處理器的工作模式 ● 寄存器組織 ● 流水線 ● ARM存儲 ● 異常 ● ARM處理器的尋址方式 ● ARM處理器的指令集 ARM體系結構的特點 ARM內核采用 RISC體系結構。 ARM處理器工作模式 表 21 ARM處理器的工作模式 處理器工作模式 簡 寫 描 述 用戶模式（ User） usr 正常程序執(zhí)行模式，大部分任務執(zhí)行在這種模式下 快速中斷模式（ FIQ） fiq 當一個高優(yōu)先級（ fast）中斷產(chǎn)生時將會進入這種模式，一般用于高速數(shù)據(jù)傳輸和通道處理 外部中斷模式（ IRQ） irq 當一個低優(yōu)先級（ normal）中斷產(chǎn)生時將會進入這種模式，一般用于通常的中斷處理 特權模式（ Supervisor） svc 當復位或軟中斷指令執(zhí)行時進入這種模式，是一種供操作系統(tǒng)使用的保護模式 數(shù)據(jù)訪問中止模式（ Abort） abt 當存取異常時將會進入這種模式，用于虛擬存儲或存儲保護 未定義指令中止模式（ Undef） und 當執(zhí)行未定義指令時進入這種模式，有時用于通過軟件仿真協(xié)處理器硬件的工作方式 系統(tǒng)模式（ System） sys 使用和 User模式相同寄存器集的模式，用于運行特權級操作系統(tǒng)任務 除用戶模式外的其他 6種處理器模式稱為特權模式（ Privileged Modes）。 ARM處理器共有 7種不同的處理器模式，在每一種處理器模式中有一組相應的寄存器組。 （ 2）分組寄存器（ the Banked Register），包括 R8～ R14。其中的一個是用戶模式和系統(tǒng)模式公用的，而另外 5個分別用于 5種異常模式。 （ 1）每一種處理器模式用自己的 R14存放當前子程序的返回地址。 圖 21 程序狀態(tài)寄存器格式 N（ Negative）、 Z（ Zero）、 C（ Carry）和 V（ oVerflow）通稱為條件標志位。當異常發(fā)生時，這些位的值將發(fā)生相應的變化。 （ 1）讀程序計數(shù)器。 （ 1）取指令（ fetch）：從寄存器裝載一條指令。 1． 3級流水線 ARM組織 在 ARM9TDMI中使用了典型的 5級流水線，5級流水線包括下面的流水線級。 2． 5級流水線 ARM組織 （ 3）執(zhí)行（ execute）：將其中 1個操作數(shù)移位，并在 ALU中產(chǎn)生結果。 在 ARM10中，將流水線的級數(shù)增加到 6級，使系統(tǒng)的平均處理能力達到了 。 例如： （ 1）系統(tǒng)可能提供多種類型的存儲器件，如 Flash、 ROM、 SRAM等； （ 2） Cache技術； （ 3）寫緩存技術（ write buffers）； （ 4）虛擬內存和 I/O地址映射技術。 （ 3）引入存儲保護機制，增強系統(tǒng)的安全性。 （ 3）芯片級的片上 Cache存儲器的容量在8～ 32KB之間，訪問時間大約為 10ns。 CP15，即通常所說的系統(tǒng)控制協(xié)處理器（ System Control Coprocesssor），它負責完成大部分的存儲系統(tǒng)管理。目前大多數(shù)的嵌入式系統(tǒng)不再使用自己定制的控制系統(tǒng)，而使用操作系統(tǒng)來簡化這個過程。 MMU提供了一些資源以允許使用虛擬存儲器（將系統(tǒng)物理存儲器重新編址，可將其看成一個獨立于系統(tǒng)物理存儲器的存儲空間）。 高速緩沖存儲器（ Cache） Cache是一個容量小但存取速度非?？斓拇鎯ζ?，它保存最近用到的存儲器數(shù)據(jù)副本。當異常發(fā)生時，處理器會把 PC設置為一個特定的存儲器地址。復位異常中斷通常用在下面兩種情況下： （ 1）系統(tǒng)上電； （ 2）系統(tǒng)復位。 3．軟中斷 預取指令異常是由系統(tǒng)存儲器報告的。 4．預取指令異常 數(shù)據(jù)訪問中止異常是由存儲器發(fā)出數(shù)據(jù)中止信號，它由存儲器訪問指令 Load/Store產(chǎn)生。 6．外部中斷請求 當處理器的快速中斷請求（ FIQ）引腳有效且 CPSR寄存器的 F控制位被清除時，處理器產(chǎn)生快速中斷請求 FIQ異常。所以在Thumb狀態(tài)下，調用 SWI軟中斷異常必須注意以下兩點。最簡單的一種情況是向量表里面的每一條指令直接跳向對應的異常處理函數(shù)。 PC和 CPSR的恢復可以通過一條指令來實現(xiàn)，下面是 3個例子。 數(shù)據(jù)處理指令尋址方式 數(shù)據(jù)處理指令的基本語法格式如下： opcode {cond} {S} Rd,Rn,shifter_operand 其中， shifter_operand有 11種形式，如表 27所示。所以，每一條指令都包含一個 8bit的常數(shù) X和移位值 Y，得到的立即數(shù) = X循環(huán)右移（ 2 Y）。 （ 1）字及無符號字節(jié)的 Load/Store指令的尋址方式； （ 2）雜類 Load/Store指令的尋址方式； （ 3）批量 Load/Store指令的尋址方式； （ 4）協(xié)處理器 Load/Store指令的尋址方式。 offset_12]! 立即數(shù)前索引尋址 （ Immediate preindexed） 5 [Rn，177。 Rm， shift offset_12 帶移位的寄存器后索引尋址 （ Scaled register postindexed） 使用該類尋址方式的指令的語法格式如下： LDR|STR{cond}H|SH|SB|D Rd,addressing_mode 2．雜類 Load/Store指令的尋址方式 表 29 雜類 Load/Store指令的尋址方式 格 式 模 式 1 [Rn， 177。 Rm]! 寄存器前索引尋址 （ Register postindexed） 5 [Rn]， 177。但對于堆棧的操作，數(shù)據(jù)寫入內存和從內存中讀出要使用不同的尋址模式，因為進棧操作（ pop）和出棧操作（ push）要在不同的方向上調整堆棧。 （ 3）遞減棧：堆棧向內存地址減小的方向生長。 （ 2）空遞減 ED（ Empty Descending）。主要包括數(shù)據(jù)傳送指令、算術指令、邏輯指令、比較與測試指令及乘法指令。 1． MOV指令 （ 1）指令的語法格式 MOV{cond}{S} Rd,shifter_operand （ 2）指令舉例 （ 3）指令的使用 MVN是反相傳送（ Move Negative）指令。并根據(jù)操作的結果更新 CPSR中相應的條件標志位。 （ 1）指令的語法格式 SUB{cond}{S} Rd,Rn,shifter_operand （ 2） SUB指令舉例 5． SUB指令 RSB（ Reverse Subtract）指令從寄存器shifter_operand中減去 Rn表示的數(shù)值，并將結果保存到目標