【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ARM微處理器結(jié)構(gòu) RISC體系結(jié)構(gòu)　　傳統(tǒng)的CISC（Complex Instruction Set Computer，復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)）結(jié)構(gòu)有其固有的缺點(diǎn)，即隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而不斷引入新的復(fù)雜的指令集，為支持這些新增的指令，計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)會(huì)越來(lái)越復(fù)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(huì)被反復(fù)使用，占整個(gè)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(shè)計(jì)中只占20％，顯然，這種結(jié)構(gòu)是不太合理的[7]?！　』谝陨系牟缓侠硇?，1979年美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校提出了RISC（Reduced Instruction Set Computer，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）的概念，RISC并非只是簡(jiǎn)單地去減少指令，而是把著眼點(diǎn)放在了如何使計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單合理地提高運(yùn)算速度上。RISC結(jié)構(gòu)優(yōu)先選取使用頻最高的簡(jiǎn)單指令，避免復(fù)雜指令；將指令長(zhǎng)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(lái)達(dá)到上述目的?！　〉侥壳盀橹?，RISC體系結(jié)構(gòu)也還沒(méi)有嚴(yán)格的定義，一般認(rèn)為，RISC體系結(jié)構(gòu)應(yīng)具有如下特點(diǎn)[8]：　　采用固定長(zhǎng)度的指令格式，指令歸整、簡(jiǎn)單、基本尋址方式有2～3種?！　∈褂脝沃芷谥噶睿阌诹魉€操作執(zhí)行?！　〈罅渴褂眉拇嫫?，數(shù)據(jù)處理指令只對(duì)寄存器進(jìn)行操作，只有加載/ 存儲(chǔ)指令可以訪問(wèn)存儲(chǔ)器，以提高指令的執(zhí)行效率。　　除此以外，ARM體系結(jié)構(gòu)還采用了一些特別的技術(shù)，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(jié)果決定是否被執(zhí)行，從而提高指令的執(zhí)行效率。　　可用加載/存儲(chǔ)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(shí)完成邏輯處理和移位處理?！　≡谘h(huán)處理中使用地址的自動(dòng)增減來(lái)提高運(yùn)行效率?！　‘?dāng)然，和CISC架構(gòu)相比較，盡管RISC架構(gòu)有上述的優(yōu)點(diǎn)，但決不能認(rèn)為RISC架構(gòu)就可以取代CISC架構(gòu)，事實(shí)上，RISC和CISC各有優(yōu)勢(shì)，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(zhǎng)指令集CPU就是融合了RISC和CISC的優(yōu)勢(shì)，成為未來(lái)的CPU發(fā)展方向之一。 ARM微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)　　ARM處理器共有37個(gè)寄存器，被分為若干個(gè)組（BANK），這些寄存器包括：　?。?31個(gè)通用寄存器，包括程序計(jì)數(shù)器（PC指針），均為32位的寄存器?！　。?6個(gè)狀態(tài)寄存器，用以標(biāo)識(shí)CPU的工作狀態(tài)及程序的運(yùn)行狀態(tài)，均為32位，目前只使用了其中的一部分?！　⊥瑫r(shí)，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(yīng)的寄存器與之對(duì)應(yīng)。即在任意一種處理器模式下，可訪問(wèn)的寄存器包括15個(gè)通用寄存器（R0～R14）、一至二個(gè)狀態(tài)寄存器和程序計(jì)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(gè)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(guān)于ARM處理器的寄存器結(jié)構(gòu)，在后面的相關(guān)章節(jié)將會(huì)詳細(xì)描述。 ARM微處理器的指令結(jié)構(gòu)　　ARM微處理器的在較新的體系結(jié)構(gòu)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(zhǎng)度，Thumb指令為16位長(zhǎng)度。Thumb指令集為ARM指令集的功能子集，但與等價(jià)的ARM代碼相比較，可節(jié)省30％～40％以上的存儲(chǔ)空間，同時(shí)具備32位代碼的所有優(yōu)點(diǎn)。3 RS232接口 RS232定義計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)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(yuǎn)程傳輸時(shí)，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(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)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(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA（Electronic Industry Association）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫(xiě)，232為標(biāo)識(shí)號(hào)，C表示修改次數(shù)，它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)” 。RS232C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè)25個(gè)腳的DB25連接器，對(duì)連接器的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定，還對(duì)各種信號(hào)的電平加以規(guī)定。（1）接口的信號(hào)內(nèi)容實(shí)際上RS232C的25條引線中有許多是很少使用的，在計(jì)算機(jī)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(hào)內(nèi)容見(jiàn)表1所示。（2）接口的電氣特性在RS232C中任何一條信號(hào)線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)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(shí)別低至+3V的信號(hào)作為邏輯“0”，高到3V的信號(hào)作為邏輯“1”。（3）接口的物理結(jié)構(gòu)RS232C接口連接器一般使用型號(hào)為DB25的25芯插頭座，通常插頭在DCE端，插座在DTE端。一些設(shè)備與PC機(jī)連接的RS232C接口，因?yàn)椴皇褂脤?duì)方的傳送控制信號(hào)，只需三條接口線，即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號(hào)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(zhǎng)度由RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在碼元畸變小于4%的情況下，傳輸電纜長(zhǎng)度應(yīng)為50英尺，其實(shí)這個(gè)4%的碼元畸變是很保守的，在實(shí)際應(yīng)用中，約有99%的用戶是按碼元畸變1020%的范圍工作的，所以實(shí)際使用中最大距離會(huì)遠(yuǎn)超過(guò)50英尺，曾規(guī)定允許碼元畸變?yōu)?0%而得出表2的結(jié)果。其中1號(hào)電纜為屏蔽電纜，每對(duì)由22 AWG組成，其外覆以屏蔽網(wǎng)。2號(hào)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(hào)方向來(lái)自 縮寫(xiě) 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(qǐng)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(shè)備準(zhǔn)備好7 5 GND 信號(hào)地8 1 調(diào)制解調(diào)器 CD 載波檢測(cè)20 4 PC DTR 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好22 9 調(diào)制解調(diào)器 RI 響鈴指示器表2 DTE DCE設(shè)備信號(hào)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(jī)箱后方的9芯插座，旁邊一般有 |O|O| 樣標(biāo)識(shí)。RS232C標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有2500pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時(shí)，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(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問(wèn)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(gè)COM（通信）口?！癛S232”是其最明確的名稱。在計(jì)算機(jī)世界中，大量的接口是串口或異步口，但并不一定符合RS232標(biāo)準(zhǔn)，但我們也通常認(rèn)為它是RS232口。嚴(yán)格地講RS232接口是DTE（數(shù)據(jù)終端設(shè)備）和DCE（數(shù)據(jù)通信設(shè)備）之間的一個(gè)接口，DTE包括計(jì)算機(jī)、終端、串口打印機(jī)等設(shè)備。DCE通常只有調(diào)制解調(diào)器（MODEM）和某些交換機(jī)COM口是DCE。標(biāo)準(zhǔn)指出DTE應(yīng)該擁有一個(gè)插頭（針輸出），DCE擁有一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)接線圖接線就不會(huì)錯(cuò)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