【正文】 數(shù)據(jù)處理指令 4． 2 ARM分支指令 4． 3 加載 /存儲(chǔ)指令 4． 4 批量加載 /存儲(chǔ)指令 4． 5 交換指令 4． 6 程序狀態(tài)寄存器 PSR訪問指令 4． 7 協(xié)處理器操作指令 4． 8 異常產(chǎn)生指令 136 TM 136 4． 1 數(shù)據(jù)處理指令 ? 基本數(shù)據(jù)處理指令 ? 乘法指令 137 TM 137 基本數(shù)據(jù)處理指令 ? ARM基本的 數(shù)據(jù)處理指令 可以分為 4類 ：數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算指令和比較指令。 123 TM 123 編碼格式 ? 批量加載： ? LDM {cond}addr_mode Rn {!}, register{^} ? 批量存儲(chǔ)： ? STM {cond}addr_mode Rn {!}, register{^} 124 TM 124 ? register_list表示要加載或存儲(chǔ)的寄存器列表，bit[15:0]可以表示 16個(gè)寄存器， 如果某位為 1，則該位的位置作為寄存器的編號(hào)，此寄存器參預(yù)加載或存儲(chǔ)。即： ? immediate=immed_8進(jìn)行 32位循環(huán)右移（ 2*rotate_4）位 93 TM 93 ? 合法的立即數(shù)： 0xff=11111111B （循環(huán)右移32次得到） ? 0x104=000100000100（循環(huán)右移 30次得到） ? 不合法的立即數(shù)： 0x101=000100000001（超過 8位） ? 0x102=000100000010（雖然是 8位，但需循環(huán)右移 31次得到 ） 94 TM 94 ? 寄存器方式 ? 操作數(shù)即為寄存器的數(shù)值 ? 如 ： MOV R3,R2 ? ADD R0,R1,R2 95 TM 95 ? 寄存器移位方式 ? 操作數(shù)為寄存器的數(shù)值做相應(yīng)的移位而得到。 78 TM 78 ? 4． 預(yù)取指中止 ? 由于處理器預(yù)取的指令地址不存在，或者地址無法訪問，當(dāng)被預(yù)取的指令執(zhí)行時(shí)，發(fā)生預(yù)取指中止異常。 73 TM 73 2． 5． 1 異常入口 ? ARM處理器的異常分為數(shù)據(jù)中止、快速中斷請(qǐng)求、普通中斷請(qǐng)求、預(yù)取指中止、軟件中斷、復(fù)位及未定義指令共 7種 。 ? 7． 系統(tǒng)模式： 使用和 User模式相同寄存器組的特權(quán)模式，用來運(yùn)行特權(quán)級(jí)的操作系統(tǒng)任務(wù)。在用戶模式下，如果沒異常發(fā)生，不允許應(yīng)用程序自行改變處理器的工作模式，如果有異常發(fā)生， 處理器會(huì)自動(dòng)切換 工作模式 ? 2． FIQ模式： 也稱為快速中斷模式，支持高速數(shù)據(jù)傳輸和通道處理，當(dāng)一個(gè)高優(yōu)先級(jí)(fast)中斷產(chǎn)生時(shí)將會(huì)進(jìn)入這種模式。 55 TM 55 ? 需要注意的是， PC指向正被取指的指令而不是正在執(zhí)行的指令 : 56 TM 56 ? 詳細(xì)信息見教材 《 ARM嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與編程 》 第 16頁(yè) 57 TM 57 2． 2． 2 ARM9內(nèi)核結(jié)構(gòu) ? ARM920是一款 32位嵌入式 RISC處理器內(nèi)核。 ? 32位算術(shù)邏輯單元（ ALU）。 40 TM 40 ARM體系結(jié)構(gòu)的基本版本 版本 版本變種 系列號(hào) 處理器核 V1 V1 ARM1 ARM1 V2 V2 ARM2 ARM2 V2a ARM2aS ARM3 ARM3 V3 V3 ARM6 ARM ARM600、 ARM610 ARM7 ARM ARM700、 ARM710 V4 V4T ARM7TDMI、 ARM710T、 ARM720T、 ARM740T V4 ARM8 StrongARM、 ARM ARM810 V4T ARM9 ARM9TDMI、 ARM920T、 ARM940T V5 V5TE ARM9ES ARM10 ARM10TDMI、 ARM1020E V6 V6 ARM11 ARM1 ARM11562S、 ARM1156T2FS、ARM11JZFS V7 V7 ARM Cotex ARM CotexA ARM CotexR ARM CotexM3 41 TM 41 ? ARM處理器一般都帶有嵌入式追蹤宏單元ETM（ Embedded Trace Macro），它是ARM公司自己推出的調(diào)試工具 42 TM 42 ARM調(diào)試結(jié)構(gòu) 43 TM 43 2． 2． 1 ARM7TDMIS內(nèi)核結(jié)構(gòu) ? ARM7TDMIS是一款 32位嵌入式 RISC處理器。 35 TM 35 ? 版本 5主要由兩個(gè)變型版本 5T、 5TE組成 ? 相比與版本 4， 版本 5的指令集有了如下的變化： 提高了 T變種中 ARM/Thumb混合使用的效率 。 ? 無所不在的智能必將帶來無所不在的計(jì)算，大量的圖像信息也需要高速的處理器來處理，面對(duì)海量數(shù)據(jù)，單個(gè)處理器可能無法在規(guī)定的時(shí)間完成處理。 ? 在應(yīng)用軟件方面，要提供可以在設(shè)備上安裝嵌入式Web瀏覽器，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)瀏覽和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問。 ? WinCE操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核需要至少 200K的 ROM， 它支持 Win32 API子集 、 多種用戶界面硬件 、 多種的串行和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù) 、 COM/OLE和其他的進(jìn)程間通訊的先進(jìn)方法 。C/OSII是一個(gè)可裁減的 、 源碼開放的 、 結(jié)構(gòu)小巧、 可剝奪型的實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核 ， 主要面向中小型嵌入式系統(tǒng) ， 具有執(zhí)行效率高 、 占用空間小 、 可移植性強(qiáng) 、 實(shí)時(shí)性能優(yōu)良等特點(diǎn) 。 18 TM 18 ? 嵌入式實(shí)時(shí)操作內(nèi)核 181。 14 TM 14 ? 嵌入式操作系統(tǒng)（ Embedded Operation System）產(chǎn)生于 20世紀(jì) 80年代，當(dāng)時(shí)國(guó)際上一些 IT公司開始進(jìn)行商用嵌入式操作系統(tǒng)和專用操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)。 8 TM 8 ? 嵌入工實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)： ? （ 1）采用搶占式的調(diào)度策略，任務(wù)的實(shí)時(shí)性好，并且執(zhí)行時(shí)間是確定的； ? （ 2）具有可裁剪性（根據(jù)任務(wù)的需要與否進(jìn)行添加或刪除操作系統(tǒng)模塊）和可移植性（移植到各種處理器上）； ? （ 3）具有較好的可靠性和可擴(kuò)展性，適合嵌入式產(chǎn)品的應(yīng)用開發(fā)。最后介紹了嵌入式技術(shù)未來的發(fā)展趨勢(shì)。 ? 在 80年代初， Intel又進(jìn)一步完善了 8048，在它的基礎(chǔ)上研制成功了 8051，這在單片機(jī)的歷史上是值得紀(jì)念的一頁(yè)。 11 TM 11 1． 1． 2嵌入式系統(tǒng)的定義與特點(diǎn) ? IEEE的定義： ? Devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants. ? 從中可以看出，嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置 12 TM 12 我國(guó)嵌入式系統(tǒng)的行業(yè)定義 ?我國(guó)嵌入式系統(tǒng)的行業(yè)定義 ?以應(yīng)用為中心 ,以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ) ,軟件硬件可裁剪適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 ? 商用型的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)功能穩(wěn)定、可靠，有完善的技術(shù)支持和售后服務(wù)，但價(jià)格一般較高。C /OSⅡ 的可移植性和開源性，用戶可以根據(jù)功能需求添加所需的各種服務(wù) 19 TM 19 典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹 181。C/OSII最大程度上使用 ANSI C語言開發(fā) ， 現(xiàn)已成功移植到近 40多種處理器體系上 。 24 TM 24 ? 1．隨著信息化與數(shù)字化的發(fā)展，嵌入式設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是未來發(fā)展的趨勢(shì)。 ? 在工程的實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)執(zhí)行相同的運(yùn)算功能，比如向量計(jì)算，這就需要在單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)據(jù)的運(yùn)算操作。 增加了 T變種 ， 處理器可以工作于 Thumb狀態(tài) ， 在該狀態(tài)下的指令集是 16位的 Thumb指令集 。 ARM體系版本 6首先在 2022年春季發(fā)布的ARM11處理器中使用 。 ? 代碼緊湊的 16位 Thumb指令集。 52 TM 52 帶 Cache的 ARM7TDMI ? ARM710T ? 8K 統(tǒng)一的 cache ? 完整的內(nèi)存管理單元（ mmu）， 支持虛擬地址和存儲(chǔ)器保護(hù) ? 寫緩沖 ARM720T 同 ARM710T， 但支持 WinCE ARM740T 8K 統(tǒng)一的 cache 內(nèi)存管理單元 寫緩沖 ARM7TDMI 內(nèi)核 地址 地址 數(shù)據(jù)讀 AMBA 接口 寫 緩沖 MMU 數(shù)據(jù)寫 數(shù)據(jù) ARM7xxT 控制 邏輯 Cache AMBA 總線 接口 JTAG 和非 AMBA 信號(hào) CP15 53 TM 53 ? ARM7系列內(nèi)核采用了三條流水線的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，三級(jí)流水線分別為 取指（ Fetch） 、 譯碼 (Decode)、 執(zhí)行 (Execute) 54 TM 54 ? 取指： 將指令從存儲(chǔ)器中取出，放入指令Cache中。 ? 寄存器回寫 ：將指令運(yùn)算或操作結(jié)果寫回到目標(biāo)寄存器中。 當(dāng)復(fù)位或軟中斷指令執(zhí)行時(shí)處理器將進(jìn)入這種模式。 ? （ 2） 6個(gè)狀態(tài)寄存器 ：狀態(tài)寄存器也是 32位的寄存器，但是目前只使用了其中的 14位 。 76 TM 76 ? 2．引起 未定義指令異常 ： ? ARM 試圖執(zhí)行一條真正的未定義指令； ? ARM 遇到一條協(xié)處理器指令，可是系統(tǒng)中的協(xié)處理器硬件并不存在； ? ARM 遇到一條協(xié)處理器指令，系統(tǒng)中協(xié)處理器硬件也存在，可是 ARM 不是在超級(jí)用戶模式。 81 TM 81 2． 6． 1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式 ? 小端存儲(chǔ)格式（ LittleEndian） 82 TM 82 ? 大端存儲(chǔ)格式（ BigEndian） 83 TM 83 ARM流水線技術(shù)分析 ? ARM7流水線技術(shù) 與三級(jí)流水線運(yùn)行情況分析 ? ARM9流水線技術(shù)與五級(jí)流水線互鎖分析 ? ARM10E 系列概述 84 TM 84 ? 流水線分析部分詳細(xì)信息參考 教材 《 ARM嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與編程 》 第二章 85 TM 第 3章 ARM指令集尋址方式 ARM指令尋址方式可分為四大類： 數(shù)據(jù)處理指令尋址 Load/Store指令的尋址 批量 Load/Store指令的尋址 協(xié)處理指令尋址。 ? 后變址法 ：將基地址寄存器中的值直接作為內(nèi)存訪問的地址進(jìn)行操作，內(nèi)存訪問 完畢后 基地址寄存器中的值和地址偏移量 作加減運(yùn)算， 并更新基地址寄存器。 126 TM 126 內(nèi)存操作 ? 后增 IA (Increment After) ：每次數(shù)據(jù)傳送后地址加 4； ? 先增 IB (Increment Before) ：每次數(shù)據(jù)傳送前地址加 4 ； ? 后減 DA (Decrement After) ：每次數(shù)據(jù)傳送后地址減 4 ； ? 先減 DB (Decrement Before) ：每次數(shù)據(jù)傳送前地址減 4 ； 127 TM 127 ? 它們與指令編碼中 P、 U的對(duì)應(yīng)關(guān)如下表所示 ? LDM/STM的地址變化方式 ? addr_mode P U ? D A 0 0 ? I A 0 1 ? D B 1 0 ? I B 1 1 128 TM 128 堆棧操作 ? 滿堆棧（ Full Stack） ： 當(dāng)堆棧指針指向最后壓入堆棧的數(shù)據(jù)時(shí)； ? 空堆棧（ Empty Stack） ： 當(dāng)堆棧指針指向下一個(gè)將要放入數(shù)據(jù)的空位置時(shí)； ? 根據(jù)堆棧的生成方式，又可以分為遞增堆棧和遞減堆棧： ? 遞增堆棧（ Ascending Stack） ： 當(dāng)堆棧由低地址向高地址生成時(shí)； ? 遞減堆棧（ Decending Stack） ： 當(dāng)堆棧由高地址向低地址生成時(shí)； 129 TM 129 塊拷貝與棧操作的對(duì)應(yīng)關(guān)系 地址變化方向 向上 向下 棧操作 塊拷貝 滿 空 滿 空 先 STMIB STM F A LDMIB LDMED 增 后 STMIA STMEA LDMIA LDMFD 先 LDMDB LDMEA STMDB STMF D 減 后 LDMDA LDMFA STMDA STMED 130 TM 130 協(xié)處理器指令尋址方式 ? 協(xié)處理器加載 /存儲(chǔ)指令的尋址方式 ? 協(xié)處理器數(shù)據(jù)處理指令的尋址方式 131 TM 131 ? opcode{cond}{L} coproc， CRd，