【正文】 指令預(yù)取中止 處理器預(yù)取指令的地址不存在，或該地址不允許當(dāng)前指令訪問(wèn)，產(chǎn)生指令預(yù)取中止異常。 ? F=1 禁止 FIQ中斷。備份的程序狀態(tài)寄存器用來(lái)進(jìn)行異常處理，其功能包括： ? 保存 ALU中的當(dāng)前操作信息 ? 控制允許和禁止中斷 ? 設(shè)置處理器的運(yùn)行模式 ARM處理器的寄存器組織 程序狀態(tài)寄存器的每一位的安排 ARM處理器的寄存器組織 N Z C V — — I M0 M1 M2 M3 M4 T F . . . 31 30 29 28 27 26 8 7 6 5 4 3 2 1 0 條件代碼標(biāo)志 保留 控制位 溢出標(biāo)志 oVerflow 進(jìn)位或借位擴(kuò)展 Carry 零 Zero 負(fù)或小于 Negative IRQ禁止 Interrupt FIQ禁止 Fast 狀態(tài)位 Thumb 模式位 Mode CPSR寄存器的格式 程序狀態(tài)寄存器的 條件碼標(biāo)志 ? 在 ARM狀態(tài)下，絕大多數(shù)的指令都是有條件執(zhí)行的。 程序計(jì)數(shù)器 R15（ PC） ARM處理器的寄存器組織 寄存器類別 寄存器在匯編中的名稱 各模式下實(shí)際訪問(wèn)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(wú) SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq 當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器 CPSR 寄存器 CPSR為當(dāng)前 程序狀態(tài)寄存器 ，在異常模式中，另外一個(gè)寄存器 “ 程序狀態(tài)保存寄存器（ SPSR） ” 可以被訪問(wèn)。 所以最好避免使用 STR和 STM指令來(lái)保存 R15，如果很難做到，那么應(yīng)當(dāng)在程序中計(jì)算出該芯片的偏移量。同時(shí)硬件將 “ BL Lable”指令的下一條指令所在地址存入 R14（ LR）； B執(zhí)行最后，將 R14寄存器的內(nèi)容放入 PC，返回程序 A； 鏈接寄存器 R14（ LR） ARM處理器的寄存器組織 寄存器類別 寄存器在匯編中的名稱 各模式下實(shí)際訪問(wèn)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(wú) SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq 程序計(jì)數(shù)器 R15（ PC） 寄存器 R15為 程序計(jì)數(shù)器 （ PC），它指向正在取指的地址。這樣在發(fā)生 FIQ中斷后，可以加速 FIQ的處理速度。 ARM處理器的寄存器組織 ? 寄存器 R16用作 CPSR(當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器 )， CPSR可在任何運(yùn)行模式下被訪問(wèn)，它包括條件標(biāo)志位、中斷禁止位、當(dāng)前處理器模式標(biāo)志位，以及其他一些相關(guān)的控制和狀態(tài)位。 ARM處理器的寄存器組織 子程序連接寄存器 — R14 ? R14也稱作子程序連接寄存器或連接寄存器 LR。但是這些寄存器不能被同時(shí)訪問(wèn)，具體哪些寄存器是可編程訪問(wèn)的，取決微處理器的工作狀態(tài)及具體的運(yùn)行模式。 未定義 (und) 中止 (abt) 管理 (svc) 中斷 (irq) 快中斷 (fiq) 系統(tǒng) (sys) ARM處理器的工作模式 ? 異常模式 處理器模式 說(shuō)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(méi)有大用處 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 未定義 中止 (abt) 管理 (svc) 中斷 (irq) 快中斷 (fiq) 這五種模式稱為 異常模式 。如鍵盤輸入的信息以及打印機(jī)、顯示器輸出的信息等 時(shí)間上連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量等 只有兩個(gè)狀態(tài)的量，如閥門的合與斷、電路的開(kāi)與關(guān)等 CPU與I/O設(shè)備之間的接口信息 反映外設(shè)當(dāng)前工作狀態(tài)的信息 READY信號(hào)：輸入設(shè)備是否準(zhǔn)備好 BUSY信號(hào)：輸出設(shè)備是否忙 …… CPU向外部設(shè)備發(fā)送的控制命令信息 ?讀寫(xiě)控制信號(hào) ?時(shí)序控制信號(hào) ?中斷信號(hào) ?片選信號(hào) ?其它操作信號(hào) ARM處理器的 I/O編址方式 I/O端口的編址方式 I/O端口的編址方法，即 I/O端口的地址安排方式 存儲(chǔ)器映射編址 I/O映射編址 I/O端口的地址與內(nèi)存地址統(tǒng)一編址，即 I/O單元與內(nèi)存單元在同一地址空間 I/O端口與內(nèi)存單元分開(kāi)編址，即 I/O單元與內(nèi)存單元都有自己獨(dú)立的地址空間 ARM處理器的 I/O編址方式 存儲(chǔ)器映射編址 I/O映射方式 優(yōu)點(diǎn) ?可采用豐富的內(nèi)存操作指令訪問(wèn) I/O單元 ?無(wú)需單獨(dú)的 I/O地址譯碼電路 ?無(wú)需專用的 I/O指令 ?I/O單元不占用內(nèi)存空間 ?I/O程序易讀 缺點(diǎn) ?外設(shè)占用內(nèi)存空間 ?I/O程序不易讀 I/O操作指令僅有單一的傳送指令 ,I/O接口需有地址譯碼電路 舉例 ARM中， I/O端口與內(nèi)存單元統(tǒng)一編址 Intel 80X86系列， I/O端口與內(nèi)存單元分開(kāi)編址，I/O端口有自己獨(dú)立的地址空間，其大小為 64KB ARM處理器的 I/O編址方式 ARM微處理器 I/O編址方式 ? ARM 的 I/O端口都是 內(nèi)存映射 的方式 ，即對(duì) I/O端口的訪問(wèn)與內(nèi)存的訪問(wèn)的方式完全一樣 。 ARM處理器的工作狀態(tài) 。 – 橋允許總線獨(dú)立操作 ， 這樣在 I/O操作中可提供某些并行性 。 片內(nèi)總線或內(nèi)部總線：連接CPU內(nèi)部各主要功能部件 片外總線： CPU與存儲(chǔ)器（ RAM和 ROM）和 I/O接口之間進(jìn)行信息交換的通道 數(shù)據(jù)總線 Dbus 地址總線 Abus 控制總線 Cbus 總線分類 總線寬度 總線頻率 總線帶寬 總線帶寬 (單位 :MB/s) =（總線寬度 /8） 總線頻率 如：總線寬度 32位 ， 頻率 66MHZ， 則 總線帶寬 =（ 32/8） * 66MHz=264MB/s 總線的主要參數(shù) 又稱總線位寬，指的是總線能同時(shí) 傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)。 ?采用軟內(nèi)核技術(shù)，防止外部對(duì)其進(jìn)行掃描探測(cè)。 ?支持 32位的高速 AMBA總線接口。 ?全性能的 MMU，支持眾多主流嵌入式操作系統(tǒng)。 ?MPU支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。 ? ARM7系列微處理器包括如下幾種類型的核：ARM7TDMI、 ARM7TDMIS、 ARM720T、 ARM7EJ。強(qiáng)大的 ARMv6 指令集，支持 DSP， SIMD (Single Instruction Multiple Data) 擴(kuò)展，支持 ARM TrustZone 、 Thumb2核心技術(shù)。 ? ARM體系結(jié)構(gòu)版本 —— V5 ARM體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 ? 2022年推出 ARMv6，它在許多方面做了改進(jìn)如內(nèi)存系統(tǒng)、異常處理和較好地支持多處理器。 ARM處理器的特點(diǎn) ARM微處理器的特點(diǎn) ?ARM微處理器支持兩種指令集： ARM指令集和Thumb指令集。諾依曼結(jié)構(gòu)與哈佛結(jié)構(gòu) 處理器體系結(jié)構(gòu)概述 CISC和 RISC CISC：復(fù)雜指令集（ Complex Instruction Set Computer） 具有大量的指令和尋址方式，指令長(zhǎng)度可變 8/2原則 ： 80%的程序只使用 20%的指令 大多數(shù)程序只使用少量的指令就能夠運(yùn)行 RISC：精簡(jiǎn)指令集（ Reduced Instruction Set Computer) 只包含最有用的指令，指令長(zhǎng)度固定 確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令 使 CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得更為簡(jiǎn)單 處理器體系結(jié)構(gòu)概述 CISC與 RISC的對(duì)比 類別 CISC RISC 指令系統(tǒng) 指令數(shù)量很多 較少，通常少于 100 執(zhí)行時(shí)間 有些指令執(zhí)行時(shí)間很長(zhǎng)，如整塊的存儲(chǔ)器內(nèi)容拷貝；或?qū)⒍鄠€(gè)寄存器的內(nèi)容拷貝到存儲(chǔ)器 沒(méi)有較長(zhǎng)執(zhí)行時(shí)間的指令 編碼長(zhǎng)度 編碼長(zhǎng)度可變， 115字節(jié) 編碼長(zhǎng)度固定，通常為 4個(gè)字節(jié) 尋址方式 尋址方式多樣 簡(jiǎn)單尋址 操作 可以對(duì)存儲(chǔ)器和寄存器進(jìn)行算術(shù)和邏輯操作 只能對(duì)寄存器進(jìn)行算術(shù)和邏輯操作， Load/Store體系結(jié)構(gòu) 編譯 難以用優(yōu)化編譯器生成高效的目標(biāo)代碼程序 采用優(yōu)化編譯技術(shù)，生成高效的目標(biāo)代碼程序 處理器體系結(jié)構(gòu)概述 嵌入式微處理器 – 傳統(tǒng)的微處理器采用的馮 處理器體系結(jié)構(gòu)概述 馮 ARM體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 ? ARM體系結(jié)構(gòu)版本 —— V2 尋址范圍擴(kuò)展到 32位（ 目前已廢棄 ），具有獨(dú)立的程序： ?具有乘法和乘加指令； ?支持協(xié)處理器； ?快速中斷模式中具有的兩個(gè)以上的分組寄存器； ?具有原子性加載 /存儲(chǔ)指令 SWP和 SWPB。 ? ARM體系結(jié)構(gòu)版本 —— V7 ARM體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 ARM Family ARM7? Family ARM9? Family ARM10? Family ARM11? Family 150DMIPS 300 DMIPS 500 DMIPS 1000 DMIPS ARM Cortex ? Family ARM720T ARM1136J ARM1176JZ ARM1026E ARM920T/ARM922T ARM926EJ Cortex A Application Processor ARM7TDMI ARM1156T2 ARM1026E ARM946E Cortex R Embedded RT Controller ARM7TDMI ARM966E ARM968E Cortex M Microcontroller ARM Architecture ARM體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 系列 相應(yīng)產(chǎn)品 性能特點(diǎn) ARM7 系列 ARM7TDMI ， ARM7TDMIS ，ARM720T， ARM7EJ 三級(jí)流水 性能： , 可達(dá)到 130MIPS () ARM9 系列 ARM920T， ARM922T 五級(jí)流水， 性能： ，可達(dá) 300 MIPS (Dhrystone )，單 32bit AMBA bus接口，支持 MMU ARM9E 系列 ARM926EJS, RM946ES,