【文章內(nèi)容簡介】 ARM微處理器結構 RISC體系結構　　傳統(tǒng)的CISC（Complex Instruction Set Computer，復雜指令集計算機）結構有其固有的缺點，即隨著計算機技術的發(fā)展而不斷引入新的復雜的指令集，為支持這些新增的指令，計算機的體系結構會越來越復雜，然而，在CISC指令集的各種指令中，其使用頻率卻相差懸殊，大約有20％的指令會被反復使用，占整個程序代碼的80％。而余下的80％的指令卻不經(jīng)常使用，在程序設計中只占20％，顯然，這種結構是不太合理的[7]。　　基于以上的不合理性，1979年美國加州大學伯克利分校提出了RISC（Reduced Instruction Set Computer，精簡指令集計算機）的概念，RISC并非只是簡單地去減少指令，而是把著眼點放在了如何使計算機的結構更加簡單合理地提高運算速度上。RISC結構優(yōu)先選取使用頻最高的簡單指令，避免復雜指令；將指令長度固定，指令格式和尋地方式種類減少；以控制邏輯為主，不用或少用微碼控制等措施來達到上述目的。　　到目前為止，RISC體系結構也還沒有嚴格的定義，一般認為，RISC體系結構應具有如下特點[8]：　　采用固定長度的指令格式，指令歸整、簡單、基本尋址方式有2～3種?！　∈褂脝沃芷谥噶?，便于流水線操作執(zhí)行。　　大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對寄存器進行操作，只有加載/ 存儲指令可以訪問存儲器，以提高指令的執(zhí)行效率?！　〕艘酝?，ARM體系結構還采用了一些特別的技術，在保證高性能的前提下盡量縮小芯片的面積，并降低功耗：　　所有的指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結果決定是否被執(zhí)行，從而提高指令的執(zhí)行效率?！　】捎眉虞d/存儲指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率?！　】稍谝粭l數(shù)據(jù)處理指令中同時完成邏輯處理和移位處理?！　≡谘h(huán)處理中使用地址的自動增減來提高運行效率?！　‘斎?，和CISC架構相比較，盡管RISC架構有上述的優(yōu)點，但決不能認為RISC架構就可以取代CISC架構，事實上，RISC和CISC各有優(yōu)勢，而且界限并不那么明顯?，F(xiàn)代的CPU往往采用CISC的外圍，內(nèi)部加入了RISC的特性，如超長指令集CPU就是融合了RISC和CISC的優(yōu)勢，成為未來的CPU發(fā)展方向之一。 ARM微處理器的寄存器結構　　ARM處理器共有37個寄存器，被分為若干個組（BANK），這些寄存器包括：　　－ 31個通用寄存器，包括程序計數(shù)器（PC指針），均為32位的寄存器?！　。?6個狀態(tài)寄存器，用以標識CPU的工作狀態(tài)及程序的運行狀態(tài)，均為32位，目前只使用了其中的一部分?！　⊥瑫r，ARM處理器又有7種不同的處理器模式，在每一種處理器模式下均有一組相應的寄存器與之對應。即在任意一種處理器模式下，可訪問的寄存器包括15個通用寄存器（R0～R14）、一至二個狀態(tài)寄存器和程序計數(shù)器。在所有的寄存器中，有些是在7種處理器模式下共用的同一個物理寄存器，而有些寄存器則是在不同的處理器模式下有不同的物理寄存器?！　￡P于ARM處理器的寄存器結構，在后面的相關章節(jié)將會詳細描述。 ARM微處理器的指令結構　　ARM微處理器的在較新的體系結構中支持兩種指令集[5]：ARM指令集和Thumb指令集。其中，ARM指令為32位的長度，Thumb指令為16位長度。Thumb指令集為ARM指令集的功能子集，但與等價的ARM代碼相比較，可節(jié)省30％～40％以上的存儲空間，同時具備32位代碼的所有優(yōu)點。3 RS232接口 RS232定義計算機與計算機或計算機與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同的設備可以方便地連接起來進行通訊。RS232C接口（又稱EIA RS232C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會EIA（Electronic Industry Association）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標準。RS是英文“推薦標準”的縮寫，232為標識號，C表示修改次數(shù)，它的全名是“數(shù)據(jù)終端設備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設備（DCE）之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術標準” 。RS232C總線標準設有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。該標準規(guī)定采用一個25個腳的DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。（1）接口的信號內(nèi)容實際上RS232C的25條引線中有許多是很少使用的，在計算機與終端通訊中一般只使用3~9條引線。RS232C最常用的9條引線的信號內(nèi)容見表1所示。（2）接口的電氣特性在RS232C中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關系。即：邏輯“1”，5— 15V；邏輯“0” +5— +15V。噪聲容限為2V。即要求接收器能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”，高到3V的信號作為邏輯“1”。（3）接口的物理結構RS232C接口連接器一般使用型號為DB25的25芯插頭座，通常插頭在DCE端，插座在DTE端。一些設備與PC機連接的RS232C接口，因為不使用對方的傳送控制信號，只需三條接口線，即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號地”。所以采用DB9的9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。（4）傳輸電纜長度由RS232C標準規(guī)定在碼元畸變小于4%的情況下，傳輸電纜長度應為50英尺，其實這個4%的碼元畸變是很保守的，在實際應用中，約有99%的用戶是按碼元畸變1020%的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠超過50英尺，曾規(guī)定允許碼元畸變?yōu)?0%而得出表2的結果。其中1號電纜為屏蔽電纜，每對由22 AWG組成，其外覆以屏蔽網(wǎng)。2號電纜為不帶屏蔽的電纜。AWG的四芯電纜。表1 RS232接口引腳定義25芯 9芯 信號方向來自 縮寫 描述名2 3 PC TXD 發(fā)送數(shù)據(jù)3 2 調(diào)制解調(diào)器 RXD 接收數(shù)據(jù)4 7 PC RTS 請求發(fā)送5 8 調(diào)制解調(diào)器 CTS 允許發(fā)送6 6 調(diào)制解調(diào)器 DSR 通訊設備準備好7 5 GND 信號地8 1 調(diào)制解調(diào)器 CD 載波檢測20 4 PC DTR 數(shù)據(jù)終端準備好22 9 調(diào)制解調(diào)器 RI 響鈴指示器表2 DTE DCE設備信號線電流方向圖9芯 25芯 25芯 9芯DTE DTE DCE DCE3 2 ———————→ 2 3 2 3 ←——————— 3 27 4 ———————→ 4 78 5 ←——————— 5 86 6 ←——————— 6 65 7 ←——————— 7 51 8 ←——————— 8 14 20 ———————→ 20 49 22 ←——————— 22 9RS232就是串口，電腦機箱后方的9芯插座，旁邊一般有 |O|O| 樣標識。RS232C標準規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、7100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS232C標準規(guī)定，驅動器允許有2500pF的電容負載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時，最大通信距離為15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS232屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。 RS232接口定義及連線圖1 RS232接口電路圖RS232接口又稱之為RS232口、串口、異步口或一個COM（通信）口?！癛S232”是其最明確的名稱。在計算機世界中，大量的接口是串口或異步口，但并不一定符合RS232標準，但我們也通常認為它是RS232口。嚴格地講RS232接口是DTE（數(shù)據(jù)終端設備）和DCE（數(shù)據(jù)通信設備）之間的一個接口，DTE包括計算機、終端、串口打印機等設備。DCE通常只有調(diào)制解調(diào)器（MODEM）和某些交換機COM口是DCE。標準指出DTE應該擁有一個插頭（針輸出），DCE擁有一個插座（孔輸出）。這經(jīng)常被制造商忽視（如：WYSE終端就是孔輸出DTE串口）但影響不大，只要搞清楚DCE、DTE就行了，然后按照標準接線圖接線就不會錯了。RS232接口電路如圖1所示。（DTE、DCE 引腳定義相同）RS232接口針腳定義共兩種，如下所示：25針的接口定義：Pin 1 Protective Ground Pin 2 Transmit Data Pin 3 Received Data Pin 4 Request To Send Pin 5 Clear To SendPin 6 Data Set Ready Pin 7 Signal Ground Pin 8 Received Line Signal Detector (Data Carrier Detect)Pin 20 Data Terminal Ready Pin 22 Ring Indicator 9針接口針腳定義Pin 1 Received Line Signal Detector(Data Carrier Detect) Pin 2 Received Data Pin 3 Transmit Data Pin 4 Data Terminal Ready Pin 5 Signal Ground Pin 6 Data S