【正文】 令 ) ARM狀態(tài)和 Thumb狀態(tài)。 一、版本 1（ v1） v1在 ARM1中使用，但從未商業(yè)化。 ARM指令系統(tǒng)版本 (5) ARM核 體系結(jié)構(gòu) ARM1 V1 ARM2 V2 ARM2aS， ARM3 V2a ARM6， ARM600， ARM610 V3 ARM7， ARM700， ARM710 V3 ARM7TDMI， ARM710T， ARM720T ARM740T V4T Strong ARM， ARM8， ARM810 V4 ARM9TDMI， ARM920T， ARM940T V4T ARM9ES V5TE ARM10TDMI， ARM1020E V5TE ARM11， ARM1156T2S， ARM1156T2FS，ARM1176JZS， ARM11JZFS V6 ARM 體系結(jié)構(gòu)的演變 一、 Thumb指令集（ T變種） ? 支持 Thumb指令的 ARM體系版本，一般加字符 T來表示（如 V4T）。 ? 在早期的一些 E變種中，未包含雙字讀取指令LDRD，雙字寫入指令 STRD，協(xié)處理器的寄存器傳輸指令 MCRR/MRRC以及 Cache預取指令 PLD。其主要特點如下： ? 使處理器的音頻／視頻處理的性能提高了 2～ 4倍。諾依曼（ VonNeumann)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器使用同一存儲空間，用相同的指令訪問 。 ? ARM9為五級流水（取指，譯碼，執(zhí)行，緩沖 /數(shù)據(jù)，回寫），平均功耗為 。 ARM10系列微處理器主要應用于下一代無線設備、視頻消費品等。 無線通訊領(lǐng)域： 目前已有超過 85%的無線通訊設備采用了 ARM技術(shù)， ARM以其高性能和低成本，在該領(lǐng)域的地位日益鞏固。 比較最常用的是 ARM920T內(nèi)核，后頁圖給出了ARM920T結(jié)構(gòu)框圖。(占用存儲器訪問操作 ) ? 2譯碼： 指令譯碼。 ? ②指令 3譯碼產(chǎn)生 下一周期數(shù)據(jù)路徑需要 ? 的 控制信號 。 ? ASB總線 （ Advanced System Bus）：用于連接高性能系統(tǒng)模塊，它支持突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸模式。例如，基于 Intel芯片的 PC機擴展工業(yè)標準 體系結(jié)構(gòu) (EISA)總線具有速率為33Mbps的突發(fā)方式，在突發(fā)傳送時，一次數(shù)據(jù)移動只要一個 時鐘周期 ，而不是通常的兩個時鐘周期。 對于數(shù)據(jù) ， ARM支持對 32位字數(shù)據(jù) ， 16位半字數(shù)據(jù) ， 8位字節(jié)數(shù)據(jù) 操作 。 32位的字數(shù)據(jù)要使用 4個地址單元， 16位半數(shù)據(jù)要使用 2個地址單元。但容量大者速度慢；速度快者容量小。 主存儲器 —— 一般為幾兆字節(jié) — 1GB 的動態(tài)存 儲器，訪問時間約 50ns。此為主動切換。 ARM處理器在開始執(zhí)行代碼時 ， 只能處于 ARM狀態(tài) 。系統(tǒng)模式屬于特權(quán)模式，可以訪問所有的系統(tǒng)資源，也可以直接進行模式的切換。 – 31個通用寄存器 R0～ R15； R13_svc、 R14_svc； R13_abt、 R14_abt； R13_und、 R14_und； R13_irq、 R14_irq； R8_fiqR14_fiq – 6 個狀態(tài)寄存器 CPSR SPSR_svc、 SPSR_abt、 SPSR_und、 SPSR_irq和 SPSR_fiq ARM9寄存器 (2) ? 每一類處理器模式都有一組相應的寄存器組； ? 在任意的處理器模式下，可見的寄存器包括 15個通用寄存器（ R0－R14）、 1個或 2個狀態(tài)寄存器和程序寄存器。 ARM寄存器 (6) ? R13： 寄存器 R13在 ARM指令中 常用作堆棧指針SP。 在 ARM狀態(tài)下，位 [1:0]為 0，位 [31:2]用于保存 PC；在Thumb狀態(tài)下，位 [0]為 0，位 [31:1]用于保存 PC； ? 使用 R15時注意： 雖然 R15可以用作通用寄存器，但是有一些指令在使用 R15時有一些特殊限制，若不注意，執(zhí)行的結(jié)果將是不可預料的。僅一個CPSR。（ see P38，圖 ） 本節(jié)主要內(nèi)容 中斷和異常的概念 ARM的異常中斷介紹 ARM的異常中斷響應過程 中斷向量和中斷優(yōu)先級 ARM異常 ARM異常 中斷和異常的概念 中斷 當 CPU正在執(zhí)行程序時，系統(tǒng)發(fā)生了一件急需處理的事件， CPU暫時停下正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去處理相應的事件，事件處理完后， CPU再返回執(zhí)行原來的程序，這種情況稱為中斷。 ARM異常 異常 是指 CPU在執(zhí)行指令時出現(xiàn)的錯誤，即不正常的情況。當 ARM處理器發(fā)生異常時， 程序計數(shù)器PC會被強制設置為對應的異常向量 ，從而跳轉(zhuǎn)到異常處理程序，當異常處理完成以后，返回到主程序繼續(xù)執(zhí)行。復位后， ARM處理器在禁止中斷的管理模式下，從地址 0x00000000或 0xFFFF0000開始執(zhí)行指令。 – 系統(tǒng)的外設可通過該異常請求中斷服務。 一般地說，矢量地址處將包含一條指向相應程序的轉(zhuǎn)移指令，從而可跳轉(zhuǎn)到相應的異常中斷處理程序處執(zhí)行異常中斷處理程序 。 如果發(fā)生了指令預取中止異常，無論是在 ARM狀態(tài)還是Thumb狀態(tài)，其返回指令為： SUBS PC, R14_abt, 4 ；重新執(zhí)行被中止的指令 ARM異常 ? 數(shù)據(jù)中止（ Abort ）異常返回 如果發(fā)生了數(shù)據(jù)中止異常，無論是在 ARM狀態(tài)還是 Thumb狀態(tài)，其返回指令為： SUBS PC, R14_abt, 8 重新執(zhí)行被中止的指令 ? 軟件中斷指令（ SWI） 異常返回 用于進入管理模式，常用于請求執(zhí)行特定的管理功能。 ARM的異常 ARM中斷的優(yōu)先級 ARM異常 優(yōu)先級 異 常 1（最高） 復位 2 數(shù)據(jù)中止 3 FIQ 4 IRQ 5 預取指令中止 6（最低） 未定義指令、 SWI ARM系統(tǒng)調(diào)試接口 系統(tǒng)信號和調(diào)試工具狀況 ? 傳統(tǒng)調(diào)試工具及調(diào)試方法 傳統(tǒng)的工具和方法存在過分依賴芯片引腳的特點，不能在處理器高速運行下正常工作，并且占用系統(tǒng)資源、不能實時跟蹤和設置硬件斷點、價格過于昂貴等弊端。 ? JTAG仿真器的功能 基于 JTAG的 ARM的內(nèi)核調(diào)試通道，具有典型的 ICE（ InCircuit Emulator）功能，通過配置，支持： 設置斷點、觀察點調(diào)試運行 觀察處理器狀態(tài)、系統(tǒng)狀態(tài)訪問 下載固化程序 ARM系統(tǒng)調(diào)試接口 (3) ETM接口 ETM（ Embedded Trace Macrocell） 嵌入式跟蹤宏單元 是連接到 ARM處理器內(nèi)部，能夠?qū)崿F(xiàn)對執(zhí)行代碼的實時跟蹤，并將跟蹤信息壓縮，通過一個窄帶的名叫“跟蹤端口” 輸出。 ETM接口的應用 通過跟蹤宏單元 ETM（ Embedded Trace Macrocell） 、外部跟蹤端口分析儀、安裝在計算機上的調(diào)試和分析軟件，通過嵌入式實時跟蹤，實時觀察其操作過程，使得對應用程序的調(diào)試將更加全面、客觀和真實。 ? 需要新的調(diào)試技術(shù)和工具 這種深度嵌入、軟件越來越復雜的發(fā)展趨勢給傳統(tǒng)的調(diào)試工具帶來了極大的挑戰(zhàn)，調(diào)試經(jīng)常是一個很大的難題，也給嵌入式開發(fā)工作帶來了不便，這就需要更先進的調(diào)試技術(shù)和調(diào)試工具相配套。 ARM異常 ? 未定義指令異常返回 當 ARM處理器遇到不能處理的指令時，會產(chǎn)生未定義指令異常。 ? FIQ模式還有額外的專用寄存器R8_fiq～ R12_fiq，使用這些寄存器可以加快快速中斷的處理速度。 – FIQ支持數(shù)據(jù)傳送和通道處理，并有足夠的私有寄存器，從而在應用中可避免對寄存器保存的需求，減少了開銷。若協(xié)處理器沒有響應，就會出現(xiàn)未定義指令異常。例如，跳轉(zhuǎn)指令， B、 BL、 BLX和 BX。如存取數(shù)據(jù)或指令錯誤、計算結(jié)果溢出等。 中斷事件： 引起 CPU產(chǎn)生中斷、并且與 CPU當前所執(zhí)行的程序無關(guān)的、由外部硬件產(chǎn)生的事件，也叫中斷源。 ─ 控制允許和禁止中斷 修改 SPSR的值 ─ 設置處理器的運行模式 修改 SPSR的值 問題： 一共有多少個 SPSR？為什么？ ARM的狀態(tài)寄存器 (2) 二、 ARM狀態(tài)寄存器的格式 條件碼標志位 （ 保存 ALU中的當前操作信息 ） N：正負號 /大小 標志位 0表示：正數(shù) /大于； 1表示：負數(shù) /小于 Z：零標志位 0表示：結(jié)果不為零； 1表示：結(jié)果為零 C：進位 /借位 /移出位 0表示：未進位 /借位 /移出 0； 1表示：進位 /未借位 /移出 1 V：溢出標志位 0表示：結(jié)果未溢出； 1表示：結(jié)果溢出 31 30 29 28 27 … 8 7 6 5 4 3 2 1 0 N Z C V （保留） I F T M4 M3 M2 M1 M0 ARM9的狀態(tài)寄存器 (3) 控制位 – I、 F中斷控制位 —— 控制允許和禁止中斷 ? I＝ 1 禁止 IRQ中斷 I＝ 0 允許 IRQ中斷 ? F＝ 1 禁止 FIQ中斷 F＝ 0 允許 FIQ中斷 – T控制 (標志 )位 —— 反映處理器的運行狀態(tài) ? T=1時，程序運行于 Thumb狀態(tài) ? T=0時，程序運行于 ARM狀態(tài) – M控制位 —— 決定了處理器的運行模式 ? 當發(fā)生異常時這些位被改變。 ? 關(guān)于 PC的值： 由于 ARM采用多級流水線技術(shù)，所以 PC總是指向正在取指的指令，而不是正在執(zhí)行的指令。而在 Thumb指令集中，某些指令強制性的要求使用 R13作為堆棧指針。 ARM9寄存器 (3) User/sys FIQ Svc Abt IRQ Und ARM寄存器 (4) ARM的通用寄存器 通用寄存器包括 R0～ R15，可以分為三類： ─ 未分組寄存器 R0～ R7 ─ 分組寄存器 R8～ R14 ─ 程序計數(shù)器 PC(R15) 一、未分組寄存器 R0～ R7 在所有的運行模式下，未分組寄存器都指向同一個物理寄存器，他們未被系統(tǒng)用作特殊的用途， 是真正的通用寄存器 。 ? 特權(quán)模式及其特點： 特權(quán)模式： 除用戶模式之外的工作模式又稱為特權(quán)模式 特點： – 應用程序可以訪問所有的系統(tǒng)資源 – 可以任意地進行處理器模式的切換 ARM處理器的工作模式 (3) 異常模式及其特點： 異常模式： 除用戶模式、系統(tǒng)模式之外的五種模式稱為異常模式。 正常程序執(zhí)行的模式 ? 快速中斷模式（ fiq）： 當一個高優(yōu)先級 (fast)中斷產(chǎn)生時將會進入這種模式。此為自動切換。 ARM處理器的工作狀態(tài) ? 有兩種工作狀態(tài)： ARM狀態(tài)： 處理器執(zhí)行 32位的字對齊的 ARM指令； Thumb狀態(tài)： 處理器執(zhí)行 16位的半字對齊的Thumb指令。 兩級存儲器方案 一般包括： 一個容量小但速度快的 從存儲器 一個容量大但速度慢的 主存儲器 宏觀上看這個存儲器系統(tǒng)像一個即大又快的存儲器。ARM體系結(jié)構(gòu)可以用兩種方法存儲字數(shù)據(jù)，稱為 大端格式和 小端格式 。 在 ARM內(nèi)部 ， 所有操作都面向 32位的操作數(shù) ， 只有數(shù)據(jù)傳送指令支持較短的字節(jié)和半字的數(shù)據(jù)類型 。 – 16位 有符號和無符號半字 (Halfword) ? 它們必須以兩字節(jié)的邊界對齊 (半字對齊 )。 ? 突發(fā)傳送 Bursts ? 突發(fā)傳送是兩設備之間不間斷的連續(xù) 數(shù)據(jù)傳送 。 ? T5周期 ：