【文章內(nèi)容簡介】 內(nèi)測試指令，邊界掃描寄存器位于 TDI與 TDO引腳之間，處理器核邏輯輸入和輸出狀態(tài)被邊界掃描寄存器捕獲和控制。 ? 以上是 ARM架構(gòu)最基本的公用指令，各種處理器核可以根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展。 33 2． 1． 3 ARM處理器內(nèi)核 ? ARM體系結(jié)構(gòu)的處理器內(nèi)核有 ARM7TDMI、 ARMARM9TDMI、 ARM10TDMI及 ARM11TDMI等。 ? ARM7TDMI處理器內(nèi)核 ? ARM7TDMI處理器是 ARM7處理器系列成員之一，是目前應(yīng)用很廣的 32位高性能嵌入式 RISC處理器。 ? TDMI后綴的含義： T 具有 16位壓縮指令集 Thumb； D 支持在片調(diào)試 (Debug) ，允許處理器響應(yīng)調(diào)試請求暫停； M 增強(qiáng)型乘法器 (Multiplier)，比以前處理器性能更高，產(chǎn)生全 64位結(jié)果； I 提供嵌入式 ICE硬件，支持片上斷點(diǎn)調(diào)試。 ? ARM7處理器核采用了 3級流水線結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行分為取指、譯碼和執(zhí)行等 3個階段。 ? ARM7TDMI的體系結(jié)構(gòu)圖如圖 4— 12所示。 34 113個掃描單元： 包括 ARM核所有 I/O引腳、地址數(shù)據(jù)總線引腳和輸入輸出控制引腳。 33個掃描單元： 數(shù)據(jù)總線 [D31： D0] 和一個端點(diǎn)控制信號 38個掃描單元： 通過控制 ICE宏單元，實(shí)現(xiàn)對 ARM執(zhí)行指令的斷點(diǎn)、觀察點(diǎn)的控制。 35 ? ARM7TDMI內(nèi)核的 JTAG掃描鏈結(jié)構(gòu) （主要包括３條掃描鏈） ? Scan Chain0: 有 113個掃描單元 ,包括 ARM核的所有 I/O,地址數(shù)據(jù)總線和輸入輸出控制信號 .這條鏈上的信號復(fù)雜 ,不易控制 ,但是 ,包含的信息豐富 ,可以通過這條鏈得到ARM7TDMI所有的內(nèi)核信息。 36 ? Scan Chain1： 有 33個掃描單元，包括 ARM核的 數(shù)據(jù)總線 和一個 斷點(diǎn)控制信號 。這是一條很有用的鏈，通過控制這條鏈，可以控制 ARM核執(zhí)行指定的指令，從而實(shí)現(xiàn)對 ARM的內(nèi)部寄存器，協(xié)處理器以及外部存儲器的讀寫操作。 ? Scan Chain2： 有 38個掃描單元，通過控制EmbeddedICE宏單元，實(shí)現(xiàn)對 ARM執(zhí)行指令的斷點(diǎn)、觀察點(diǎn)控制。 EmbeddedICE是集成在 ARM內(nèi)核的中的嵌入式 ICE防真器。通過對 EmbeddedICE的控制，對 EmbeddedICE中寄存器的讀取，可以獲得 ARM內(nèi)核的狀態(tài)，為程序設(shè)置斷點(diǎn)或讀取 Debug通信通道。 37 2． 2． 1 數(shù)據(jù)類型 ARM處理器支持下列數(shù)據(jù)類型： ? Byte 字節(jié)， 8位；（ A31??A0)32 位地址均有效 . ? Halfword 半字， 16位 (半字必須與 2字節(jié)邊界對準(zhǔn) ) （ A31??A1,0) 偶數(shù)地址 ,A0為 0 ； ? Word字， 32位 (字必須與 4字節(jié)邊界對準(zhǔn) )。 （ A31??A2,0,0) 地址是 4的倍數(shù) ,A1,A0均為 0. 2． 2 ARM 編程模型 圖 4— 18 ARM數(shù)據(jù)類型存儲圖 見 ARM的存儲結(jié)構(gòu) 38 ARM體系結(jié)構(gòu)支持表 4— 3所列的 7種處理器模式。 表 4— 3 處理器模式 處理器 模 式 說 明 用戶 user 正常程序執(zhí)行模式 FIO fiq 支持高速數(shù)據(jù)傳送或通道處理 IRQ irq 用于通用中斷處理 管理 svc 操作系統(tǒng)保護(hù)模式 系統(tǒng)復(fù)位后的缺省模式 中止 abt 實(shí)現(xiàn)虛擬存儲器和／或存儲器保護(hù) 未定義 und 支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真 系統(tǒng) sys 運(yùn)行特權(quán)操作系統(tǒng)任務(wù) 2． 2． 2 處理器模式 異常模式 特權(quán)模式 39 ? 模式的改變 ? 在軟件控制下可以改變模式； ? 外部中斷或異常處理也可以引起模式發(fā)生改變。 ? 大多數(shù)應(yīng)用程序在用戶模式下執(zhí)行。 ? 當(dāng)處理器工作在用戶模式時，正在執(zhí)行的程序不能訪問某些被保護(hù)的系統(tǒng)資源； ? 用戶模式下不能改變模式，除非異常 (Exception)發(fā)生。這允許操作系統(tǒng)來控制系統(tǒng)資源的使用。 ? 除用戶模式外的其他 6種模式稱為 特權(quán)模式 。 ? 特權(quán)模式服務(wù)于中斷或異常； ? 特權(quán)模式可以訪問被保護(hù)的資源； ? 特權(quán)模式下可以改變模式。 關(guān)于模式的說明： 40 ? 系統(tǒng)模式。 ? 不能由任何其他模式進(jìn)入該模式； ? 它與用戶模式擁有完全相同的寄存器。然而它是特權(quán)模式，不受用戶模式的限制。 ? 它供需要訪問系統(tǒng)資源的操作系統(tǒng)任務(wù)使用，但希望避免使用與異常模式有關(guān)的附加寄存器。避免使用附加寄存器保證了當(dāng)任何異常出現(xiàn)時，都不會使任務(wù)的狀態(tài)不可靠。 ? 除用戶模式和系統(tǒng)模式之外的 5種模式稱作異常模式。 ? 當(dāng)特定的異常出現(xiàn)時，進(jìn)入相應(yīng)的模式。 ? 每種模式都有某些附加的寄存器，以避免異常出現(xiàn)時用戶模式的狀態(tài)不可靠。 41 2． 2． 3 處理器工作狀態(tài) ?ARM處理器有兩種工作狀態(tài)： ?ARM：這種狀態(tài)下執(zhí)行 32位字對準(zhǔn)的 ARM指令；取指時程序計(jì)數(shù)器的 0 ?Thumb：這種狀態(tài)下執(zhí)行半字對準(zhǔn)的 16位 Thumb指令 。取指時程序計(jì)數(shù)器的 0， 而使用 一個半字 。 ?ARM處理器可以在兩種工作狀態(tài)之間切換 。 ARM和 Thumb之間狀態(tài)的切換不影響處理器的模式或寄存器的內(nèi)容 。 42 ?ARM處理器在 ARM和 Thumb兩種工作狀態(tài)之間切換的方法： ① 進(jìn)入 Thumb狀態(tài) 。 當(dāng)操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位 (位 [0])為 1時 ， 執(zhí)行 BX指令進(jìn)入 Thumb狀態(tài) 。 如果處理器在Thumb狀態(tài)進(jìn)入異常 ， 則當(dāng)異常處理 (IRQ、 FIQ、Undef、 Abort和 SWI)返回時 ， 自動轉(zhuǎn)換到 Thumb狀態(tài) 。 ② 進(jìn)入 ARM狀態(tài) 。 當(dāng)操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位 (位 [0])為 0時 ， 執(zhí)行 BX指令進(jìn)入 ARM狀態(tài) 。 處理器進(jìn)行異常處理(IRQ、 FIQ、 Reset、 Undef、 Abort和 SWI)時 ， 把 PC放入異常模式鏈接寄存器中 ， 從異常向量地址開始執(zhí)行也可以進(jìn)入 ARM狀態(tài) 。 43 ? ARM處理器總共有 37個寄存器： ? 31個通用寄存器，包括程序計(jì)數(shù)器 PC。這些寄存器是 32位的。 ? 6個狀態(tài)寄存器。這些寄存器也是 32位的，但只使用了其中的 12位。 ? 37個寄存器不能被同時看到，處理器狀態(tài)和工作模式?jīng)Q定哪些寄存器編程者可見。 2． 2． 4 寄存器組織 44 SPSR_fiq SPSR_irq SPSR_und SPSR_abt SPSR_svc CPRS CPRS CPRS CPRS CPRS CPRS CPRS R15(PC) R15(PC) R15(PC) R15(PC) R15(PC) R15(PC) R15(PC) R14_fiq R14_irq R14_und R14_abt R14_svc R14 R14 R13_fiq R13_irq R13_und R13_abt R13_svc R13 R13 R12_fiq R12 R12 R12 R12 R12 R12 R11_fiq R11 R11 R11 R11 R11 R11 R10_fiq R10 R10 R10 R10 R10 R10 R9_fiq R9 R9 R9 R9 R9 R9 R8_fiq R8 R8 R8 R8 R8 R8 R7 R7 R7 R7 R7 R7 R7 R6 R6 R6 R6 R6 R6 R6 R5 R5 R5 R5 R5 R5 R5 R4 R4 R4 R4 R4 R4 R4 R3 R3 R3 R3 R3 R3 R3 R2 R2 R2 R2 R2 R2 R2 R1 R1 R1 R1 R1 R1 R1 R0 R0 R0 R0 R0 R0 R0 快中斷模式 中斷模式 未定義模式 中止模式 管理模式 系統(tǒng)模式 用戶模式 異常模式 特權(quán)模式 **黃色 表明用戶或系統(tǒng)模式使用的一般寄存器已被異常模式特定的另一寄存器所替代 45 1．通用寄存器 通用寄存器 (R0～