【正文】 （ 3） 多 ARM核 有些復(fù)雜應(yīng)用 ， 單 CPU無法實(shí)現(xiàn)所有的功能 ， 最好的辦法就是采用多 ARM內(nèi)核的芯片 ， 它可增強(qiáng)多任務(wù)的處理能力和多媒體的處理能力 。 （ 2） ARM＋ FPGA ARM＋ FPGA內(nèi)核的芯片主要是為了提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的靈活性 。 對于既需要控制 、 又需要大量數(shù)值運(yùn)算的應(yīng)用來說 ， 可選擇 ARM＋ DSP雙內(nèi)核的芯片：可降低成本 、 提高系統(tǒng)穩(wěn)定性 、 降低功耗 。 另外 ， 可選擇的內(nèi)部功能部件還有： HDLC、 SDLC、 Ether MAC、 VGA控制器等 ， 可選擇的內(nèi)置接口還有： IIC、 SPI、 PCI、PCMCIA等 。 （ 17） DMA控制器 。 ARM芯片的耗電量與工作頻率成正比 。 一般 ARM芯片上都具有 1個或多個時(shí)鐘計(jì)數(shù)器和看門狗計(jì)數(shù)器 。 幾乎所有 ARM芯片都具有 1個以上的 UART接口 ， 用于和 PC機(jī)通信 。 不同的 ARM芯片可擴(kuò)展的芯片數(shù)量即片選數(shù)量不同 ， 外部數(shù)據(jù)總線有 8/16/32位 。 第 8講 ARM技術(shù)概述 （ 13） 擴(kuò)展總線 。 （ 12） CAN總線 。 （ 11） PS2。 （ 10） ADC/DAC。 （ 9） PWM輸出 。 （ 8） LCD控制器 。 （ 7） RTC。 nWAIT是外部總線速度控制信號 ， 并非每個 ARM芯片都提供 。 如果設(shè)計(jì)者想開發(fā)音頻應(yīng)用產(chǎn)品 ， 則 IIS(Integrate Interface of Sound)總線接口是必需的 。 外部中斷控制是選擇芯片必須考慮的重要因素 ， 選擇具有合適的外部中斷控制芯片可在很大程度上減少任務(wù)調(diào)度的工作量 。 ARM只提供 FIQ和 IRQ兩個中斷向量 。 有許多引腳是與地址線 、 數(shù)據(jù)線 、 控制線 、 串口線復(fù)用的 。 （ 3） GPIO數(shù)量 。 ， 主 USB/從 USB， 內(nèi)置 /外擴(kuò)等 。ARM7TDMI不帶 MMU。 內(nèi)存管理單元 。 ARM通過給各異常中斷賦予一定的優(yōu)先級來實(shí)現(xiàn) ， 優(yōu)先級如下： ① 復(fù)位 （ 最高 ） ； ② 數(shù)據(jù)異常中止； ③ FIQ； ④ IRQ； ⑤ 預(yù)取指異常中止； ⑥ SWI、 未定義指令 （ 包括缺協(xié)處理器 ） （ 兩者互斥 ，不會同時(shí)發(fā)生 ） 。 每個異常中斷向量表的入口 （ 4字節(jié) ） 通常存放一個跳轉(zhuǎn)指令或一個向 PC寄存器賦值的數(shù)據(jù)訪問指令 ， 通過這 2種指令 ，程序都將跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常中斷處理程序處執(zhí)行 。 第 8講 ARM技術(shù)概述 ——當(dāng)返回地址保存在 R14_mode中時(shí) ： ?從 SWI或未定義指令陷阱返回 ， 使用： MOVS PC， R14； ?從 IRQ、 FIQ或預(yù)取指中止返回 ， 使用： SUBS PC， R14， 4； ?從數(shù)據(jù)中止返回并重新存取數(shù)據(jù) ， 使用： SUBS PC， R14， 8； ——當(dāng)返回地址保存在堆棧時(shí) ： LDMFD R13!， （ R0－ R3， PC） ^ ；恢復(fù)和返回 第 8講 ARM技術(shù)概述 異常中斷向量表 中斷向量表中指定了各異常中斷與其處理程序的對應(yīng)關(guān)系 ，存放在存儲地址的低端 。 注意 ， 第 （ 2） 、 （ 3） 步不能獨(dú)立完成 ， 必須同時(shí)完成 ， 即給 PC一個正確的值 。 第 8講 ARM技術(shù)概述 從異常中斷處理程序中返回 復(fù)位異常中斷處理程序執(zhí)行完后 ， 不需要返回 ， 其它異常一旦處理完畢 ， 必須恢復(fù)用戶任務(wù)的正常執(zhí)行 ， 這就要求異常處理程序代碼能精確地恢復(fù)異常發(fā)生時(shí)的用戶狀態(tài) 。堆棧指針可用來定義一個存儲區(qū)域 ， 保存其它用戶寄存器 ，這樣異常處理程序就可使用這些寄存器 。 一般來說 ， 向量地址將包含一條指向相應(yīng)程序的轉(zhuǎn)移指令 ，從而可跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常中斷處理程序處執(zhí)行異常中斷處理程序 。 （ 3） 將引起異常指令的下一條指令的地址保存到新的異常工作模式的 R14即 R14_mode中 ， 使異常處理程序執(zhí)行完后能正確返回原程序 。 各異常中斷模式都有自己相應(yīng)的物理 SPSR寄存器 ， 以實(shí)現(xiàn)對處理器當(dāng)前狀態(tài) 、 中斷屏蔽位及各條件標(biāo)志位的保存 。 第 8講 ARM技術(shù)概述 異常中斷響應(yīng)過程 當(dāng)發(fā)生異常時(shí) ， 除了復(fù)位異常立即中止當(dāng)前指令外 ， 處理器盡量完成當(dāng)前指令 ， 然后脫離當(dāng)前的指令處理序列去處理異常 。 系統(tǒng)中各外設(shè)通常通過該異常中斷請求處理器服務(wù) 。 數(shù)據(jù)訪問中止 (Data Abort) 0x00000010 2 如果數(shù)據(jù)訪問指令的目標(biāo)地址不存在 ， 或者該地址不允許當(dāng)前指令訪問 ， 處理器產(chǎn)生指令數(shù)據(jù)訪問中止異常中斷 。 可用于用戶模式下的程序調(diào)用特權(quán)操作 。 可通過該異常中斷機(jī)制仿真浮點(diǎn)向量運(yùn)算 。 復(fù)位異常中斷通常用在下面情況下： ?系統(tǒng)加電時(shí)； ?系統(tǒng)復(fù)位時(shí)； ?跳轉(zhuǎn)到復(fù)位中斷向量處執(zhí)行 （ 軟復(fù)位 ） 。 第 8講 ARM技術(shù)概述 下表是 ARM體系結(jié)構(gòu)支持的異常中斷的類型 、 異常中斷下的工作模式 、 異常中斷處理程序入口向量地址和每種異常中斷的含義 。 （ 3） 外部產(chǎn)生的與指令流無關(guān)的異常 。 （ 2） 指令執(zhí)行引起的間接異常 。 （ 1） 指令執(zhí)行引起的直接異常 。 這些 “ 不正常 ” 事件都被劃歸 “ 異常 ” ， 因?yàn)樵谔幚砥鞯目刂茩C(jī)制中 ， 它們都使用同樣的流程進(jìn)行異常處理 。 每種異常中斷都具有自己的 備份寄存器組 。 異常中斷事件改變了程序正常執(zhí)行的順序 ， 是程序執(zhí)行的非正常狀態(tài) 。 在程序過程中通過控制跳轉(zhuǎn)類指令 ， 程序可跳轉(zhuǎn)到特定的地址標(biāo)號處執(zhí)行 ，或者跳轉(zhuǎn)到特定的子程序處執(zhí)行 。 第 8講 ARM技術(shù)概述 ARM異常中斷 計(jì)算機(jī)通常用異常來處理在執(zhí)行程序時(shí)發(fā)生的意外事件 ， 如中斷 、存儲器故障等 ， 它需要停止程序的執(zhí)行流程 。 第 8講 ARM技術(shù)概述 ?Thumb狀態(tài)的 R0～ R7與ARM狀態(tài)的 R0～ R7一致； ?Thumb 狀 態(tài) 的 CPSR 和SPSR與 ARM狀態(tài)的 CPSR和 SPSR是一致的； ?Thumb 狀態(tài)的 SP映射到ARM狀態(tài)的 R13； ?Thumb 狀態(tài)的 LR映射到ARM狀態(tài)的 R14； ?Thumb狀態(tài)的 PC映射到ARM狀態(tài)的 PC（ R15） 。 每一種特權(quán)模式都各有一組 SP、LR和 SPSR。 第 8講 ARM技術(shù)概述 Thumb狀態(tài)下的寄存器組織 Thumb狀態(tài)下的寄存器是 ARM狀態(tài)下寄存器的子集 。 共 5位 ， 分別指示處理器的 7種工作模式 。 若 F=1， 則禁止 FIQ中斷 ， 否則若F=0， 則允許 FIQ中斷； T——工作狀態(tài)位 。 I ——普通中斷禁止位 。 當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí) ， 控制位改變 。 分 2種情況： ?對于加減法指令 ， 有符號整數(shù)發(fā)生溢出則 V=1；否則 V=0； ?對于其它指令 ， V通常保持不變 。 比較復(fù)雜： ? 對于加法指令 （ 包括 CMN） ， 如果產(chǎn)生進(jìn)位 ， 則 C=1；否則C=0； ? 對于減法指令 （ 包括 CMP） ， 如果產(chǎn)生借位 ， 則 C=1；否則C=0； ? 對于移位指令 ， C為移位操作中最后移出位的值； ? 對于其它指令 ， C通常保持不變 。 在結(jié)果是有符號補(bǔ)碼情況下 ， 如結(jié)果為負(fù) ， 則N=1；結(jié)果非負(fù) （ 正數(shù)或 0） ， 則 N=0； Z——零標(biāo)志 。 在數(shù)據(jù)處理指令中 ， 除了比較指令 （ CMP、 CMN） 和測試指令 （ TEQ、 TST） 可設(shè)置狀態(tài)寄存器的條件碼外 ， 大多數(shù)數(shù)據(jù)處理指令都可通過 在指令助記符后加 S來設(shè)置狀態(tài)寄存器的條件碼 。 （ 1） 條件碼標(biāo)志位 （ NZCV） 最高 4位 。 第 8講 ARM技術(shù)概述 每種異常模式下都有一個對應(yīng)的物理寄存器 ——程序狀態(tài)保存寄存器 SPSR（ Saved Program Status Register） 。 第 8講 ARM技術(shù)概述 程序狀態(tài)寄存器 所有處理器模式下都可訪問當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器 CPSR（ Current Program Status Register） 。 但對于同一流水線結(jié)構(gòu)的 ARM處理器 ， 所有指令應(yīng)該是統(tǒng)一的 。 對于 3級流水線 ， PC總是指向下兩條指令的地址 （ +8） ；對于 5級流水線 ， PC保存的是當(dāng)前指令地址加 12（ +12） 。 由于在 ARM狀態(tài)下指令總是字對齊的 ， 所以 R15值的第 0位和第 1位總是 0（ PC[1：0]=00） ， PC[31： 2]用于保存地址 。 它雖然可作為一般的通用寄存器使用 ， 但由于 R15的特殊性 ， 即 R15值的改變將引起程序執(zhí)行順序的變化 ， 這有可能引起程序執(zhí)行中出現(xiàn)一些不可預(yù)料的結(jié)果 ， 因此 ， 對于 R15的使用一定要慎重 。 ? 在其它情況下 ， R14寄存器也可作為通用寄存器使用 。 當(dāng)某種異常中斷發(fā)生時(shí) ， 該異常模式下的寄存器 R14將保存基于 PC（ 進(jìn)入異常模式前的PC） 的返回地址 。 當(dāng)執(zhí)行完子程序后 ， 只要把 R14的值復(fù)制到程序計(jì)數(shù)器 PC中 ， 子程序即可返回 。 當(dāng)程序執(zhí)行子程序調(diào)用指令 BL、 BLX時(shí) ， 當(dāng)前的 PC將保存在R14中 。 ② R14。 應(yīng)用程序在對每一種異常模式進(jìn)行初始化時(shí) ， 都要初始化該模式下的 R13，使其指向相應(yīng)的堆棧 。 ARM指令集非強(qiáng)制 ， 也可用其它通用寄存器作堆棧指針 ， 而在 Thumb指令集中 ， 一些指令強(qiáng)制將 R13作為堆棧指針 。 第 8講 ARM技術(shù)概述 ① R13。 1個用于用戶和系統(tǒng)模式 ， 其它 5個分別用于 5種異常模式 。 而在 FIQ模式下 ， 由于可使用 R8_fiq～ R12_fiq， 因此比非 FIQ模式有