【正文】 帶進(jìn)位加第四字可實(shí)現(xiàn) 128位加法 SUB：減法指令SUB {cond} {S} Rd, Oper1, Oper2 SBC：帶借位減法指令SBC {cond} {S} Rd, O。帶進(jìn)位加第二字R2, R6, R10。將立即數(shù)2取反送至R1 c)算術(shù)運(yùn)算指令A(yù)DD、ADC ADD|ADC {cond} {S} Rd, Oper1, Oper2 例如： ADDS ADCS ADCS ADC R0, R4, R8 R1, R5, R9。R1與[R2]內(nèi)容互換(6)數(shù)據(jù)處理指令a)數(shù)據(jù)傳送指令MOV {cond} {S} Rd, Operand 例如： MOV R1, R0 MOVEQ PC, R14。[R3] ,[R3]223。 Rm 例如：SWP R1, R2, [R3]。以R0為地址指針，將R1R5保存到內(nèi)存，指針向上移動(dòng)c)交換指令SWP {B} {} Rd, Rm, [Rn] SWP：字交換；SWPB：字節(jié)交換 Rd 223?！皵?shù)據(jù)”一列指的是這條指令所訪問的存儲(chǔ)單元“基址寄存器”一列的內(nèi)容是指執(zhí)行指令之后“基址寄存器”的內(nèi)容 b)多寄存器傳輸指令{} Rn{!}, {^} LDM / STM：從由基址寄存器指示的一片連續(xù)存儲(chǔ)器到寄存器列表所指示的多個(gè)寄存器之間傳送數(shù)據(jù)。LDRSB：有符號(hào)8bit字節(jié)223。LDRSH：有符號(hào)16bit半字223。STRH：寄存器低16bit223。LDRH：16bit半字223。STRB：寄存器低8位223。LDRB：內(nèi)存8bit字節(jié)223。編譯器在匯編時(shí)，會(huì)將標(biāo)號(hào)LABEL匯編成PC的偏移量存入該指令的立即數(shù)字段。否則以NOP指令通過流水線。 ARM指令集(1)ARM指令集分類 加載/存儲(chǔ)指令數(shù)據(jù)處理指令 分支指令狀態(tài)寄存器訪問指令 異常/中斷指令 協(xié)處理器指令(2)ARM指令的特點(diǎn) 所有指令都是32bit；大多數(shù)指令都在單周期內(nèi)完成； 所有指令都可以條件執(zhí)行； load/store體系結(jié)構(gòu)；指令集可以通過協(xié)處理器擴(kuò)展?？者f增堆棧：SP指向下個(gè)將放入數(shù)據(jù)的空位置，且由低地址向高地址生成。d)ARM支持四種類型堆棧工作方式滿遞增堆棧：SP指向最后壓入的數(shù)據(jù)，且由低地址向高地址生成。l 空堆棧：SP指向下個(gè)將放入數(shù)據(jù)空位置c)根據(jù)堆棧的生成方式可將堆棧分為l 遞增堆棧(Ascending Stack)：堆棧由低地址向高地址生成。跳轉(zhuǎn)至子程序 NEXT ??(8)堆棧尋址a)堆棧：按先進(jìn)后出(FILO)的方式工作，使用堆棧指針(Stack Pointer, SP)指示當(dāng)前操作位置。例如：BLNEXTMOV ??PC, LR。當(dāng)移位的類型為RRX時(shí)，無(wú)需指定移位的位數(shù)，其它的則須指定移位的位數(shù)。l RRX：擴(kuò)展的循環(huán)右移（Rotate Right Extended）。l ROR：循環(huán)右移（Rotate Right）。移位過程中保持符號(hào)位不變，若源操作數(shù)為正數(shù)，則字的高端空出的位補(bǔ)0。R0223。R4 223。R2 223。R1 223。 [R1+R2] c)多寄存器尋址一條指令可完成多個(gè)（最多16個(gè)）寄存器值的傳送。例如： LDR R0, [R1, R2]。后變址：基址作為操作數(shù)的地址，傳送后自動(dòng)更新基址寄存器的值。R0 223。 R1+[R2](5)基址變址尋址a)基址加偏移的尋址方式將寄存器內(nèi)容與指令中給出的地址偏移量相加，得到操作數(shù)的有效地址。例如： ADD R0, R1, [R2]。R0223。(3)寄存器尋址操作數(shù)存在寄存器中。R0+1 立即數(shù)須以“”為前綴，對(duì)于十六進(jìn)制表示的立即數(shù)，還需在“”后加上“0x”或“amp。例如： ADD R0, R0, 1。尋找操作數(shù)或操作數(shù)地址的方式。教學(xué)時(shí)間：4課時(shí)。教學(xué)難點(diǎn)：ARM程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)。 ARM體系的存儲(chǔ)系統(tǒng)(1)地址空間將存儲(chǔ)器看作是從零地址開始的字節(jié)的線性組合 03字節(jié)：第1個(gè)存儲(chǔ)的字?jǐn)?shù)據(jù) 47字節(jié)：第1個(gè)存儲(chǔ)的字?jǐn)?shù)據(jù) 依次排列(2)存儲(chǔ)器格式 大端格式小端格式(3)存儲(chǔ)器訪問對(duì)準(zhǔn)無(wú)論取指還是內(nèi)存訪問都以字、半字或字節(jié)對(duì)準(zhǔn)訪問 a)非對(duì)齊的指令預(yù)取操作ARM狀態(tài)：將一個(gè)非對(duì)齊地址寫入PC，數(shù)據(jù)的第0位和第1位被忽略，PC的bit[1:0]為0 Thumb狀態(tài)：數(shù)據(jù)的第0位被忽略，PC的bit[0]為0 b)非對(duì)齊地址內(nèi)存的訪問操作（LOAD/STORE操作）執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知忽略字單元地址低兩位的值，半字單元最低位的值（分別對(duì)應(yīng)訪問字和半字）在LDR和SWP指令中，對(duì)存儲(chǔ)器訪問忽略造成地址不對(duì)齊的低地址位，然后使用這些低地址位控制裝載數(shù)據(jù)的循環(huán) ARM指令系統(tǒng)及程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)目的：使學(xué)生對(duì)ARM指令系統(tǒng)及程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)有一定的了解。當(dāng)調(diào)用子程序時(shí)，返回地址被自動(dòng)保存到R14。R13 _ R14 _可以是以下幾種模式之一：usr、svc、abt、und、irq和fiq。R13~R14：分別對(duì)應(yīng)6個(gè)不同的物理寄存器。R15：程序計(jì)數(shù)器PC。R8~R14：分組寄存器。通用寄存器可用來(lái)保存數(shù)據(jù)和地址信息，用R為前綴加寄存器序號(hào)表示15個(gè)通用寄存器（R0~R14）、一個(gè)或兩個(gè)狀態(tài)寄存器及程序計(jì)數(shù)器可在任意時(shí)間和處理器模式下被訪問，有些處理器模式擁有自身獨(dú)立的寄存器(2)通用寄存器分成三類：R0~R7：未分組寄存器。將鏈接寄存器內(nèi)容移入PC并轉(zhuǎn)換模式 IRQ，F(xiàn)IQ和預(yù)取異常終止中斷的返回指令 SUBS R15, R14, 4 數(shù)據(jù)終止異常的返回指令 SUBS R15, R14, 8。(5)從異常返回將連接寄存器LR的值減去相應(yīng)偏移量后送到PC中； 將SPSR復(fù)制回CPSR中；若在進(jìn)入異常處理時(shí)設(shè)置了中斷禁止位，則要清除。大小為32字節(jié)，其中每個(gè)異常中斷占據(jù)4字節(jié)空間，用于存放一個(gè)跳轉(zhuǎn)指令或者一個(gè)向PC寄存器中賦值的指令。如果為FIQ中斷，則還要設(shè)置CSPR的第6位來(lái)禁止FIQ；l 給PC強(qiáng)制賦向量地址值。(2)對(duì)異常的響應(yīng)。除用戶模式和系統(tǒng)模式之外的5種稱為異常模式，常用于處理中斷和異常、訪問受保護(hù)的系統(tǒng)資源等情況。運(yùn)行模式可通過軟件改變，也可通過外部中斷或異常處理改變。l 系統(tǒng)模式(sys)：運(yùn)行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù)。l 管理模式(svc)：操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模式。(2)64位ARM處理器工作狀態(tài)ARMv8架構(gòu)兩種主要執(zhí)行狀態(tài)：AArch64, AArch32 AArch64：引入了一套新的指令集“A64”專門用于64位處理 AArch32：兼容現(xiàn)有的32位ARM指令集 ARMv8架構(gòu)支持三個(gè)主要指令集A32(或 ARM)：32 位固定長(zhǎng)度指令集T32(Thumb)：以 16 位固定長(zhǎng)度指令集的形式引入，在引入 Thumb2 技術(shù)時(shí)增強(qiáng)為 16 位和 32 位混合長(zhǎng)度A64：提供與 ARM 和 Thumb 指令集類似功能的64位固定長(zhǎng)度指令集(3)ARM處理器運(yùn)行模式l 用戶模式(usr)：ARM處理器正常的程序執(zhí)行狀態(tài)。CPSR的J(Jazelle)和T(Thumb)位反映程序的狀態(tài)。對(duì)應(yīng)16位Thumb指令集 l Jazelle狀態(tài)。智能卡n SIM、ID、銀行業(yè)、付費(fèi)電視、公共交通、電子政務(wù) ARM處理器模式(1)32位ARM處理器工作狀態(tài)32位ARM處理器有三種工作狀態(tài) l ARM狀態(tài)。l 高密度指令集，更小的代碼，更低的硅成本。l 應(yīng)用領(lǐng)域n 智能手機(jī)n 企業(yè)系統(tǒng)：硬盤驅(qū)動(dòng)器、聯(lián)網(wǎng)和打印 n 消費(fèi)電子：機(jī)頂盒、數(shù)字電視和播放器 n 醫(yī)療行業(yè)、工業(yè)和汽車行業(yè)的可靠系統(tǒng) l 功能集(9)CortexM系列微處理器l 向上兼容的高能效、易于使用的處理器l 針對(duì)成本和功耗敏感的 MCU 和終端應(yīng)用的混合信號(hào)設(shè)備進(jìn)行過優(yōu)化。n 成本效益。n 安全。n 確定性。n 快速。n Jazelle 技術(shù)，提高執(zhí)行環(huán)境（如 Java、.Net、MSIL、Python 和 Perl）速度。l 高級(jí)擴(kuò)展n Thumb2，提供最佳代碼大小和性能。n CortexA5 低成本實(shí)現(xiàn)，在 400800 MHz 的頻率下，提供的性能超過 1200 DMIPS，是尺寸最小、功耗最低的 ARM 多核處理器。n CortexA9。l 支持傳統(tǒng) ARM、Thumb指令集和新的高性能緊湊型 Thumb2 指令集。(6)ARM11系列微處理器l ARM1156T2S內(nèi)核、ARM1156T2FS內(nèi)核、ARM1176JZS內(nèi)核和ARM11JZFS內(nèi)核 l ARM1156T2S內(nèi)核和 ARM1156T2FS內(nèi)核 l 基于ARM v6指令集體系結(jié)構(gòu)；l 是首批含有ARM Thumb2內(nèi)核技術(shù)的產(chǎn)品。e)ARM10E。c)使用ARM10TDMI處理器核，采用ARMv5T結(jié)構(gòu)。(5)ARM10系列微處理器 a)主要特點(diǎn)l 6級(jí)流水線；l ，主頻可達(dá)400MIPS的性能； l 單一的32位AMBA 總線接口；l MMU支持Windows CE、Symbian OS、Linux等； l 統(tǒng)一的數(shù)據(jù)Cache和指令Cache；l ； l 并行讀取/寫入部件。適于不需運(yùn)行操作系統(tǒng)的平臺(tái)。l 主要應(yīng)用于通信終端、3G基帶和應(yīng)用處理器、基于OS的平臺(tái)設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)、音頻/視頻解碼和機(jī)頂盒等。d)在相同工藝條件下，ARM9TDMI的處理能力是ARM7TDMI的兩倍。c)采用Harvard體系結(jié)構(gòu)l 指令與數(shù)據(jù)分開存儲(chǔ)。b)包括ARM9TDMI、ARM920T、ARM940T和ARM9E四種類型。l 主要用于數(shù)字音頻播放器、噴墨打印機(jī)和數(shù)碼相機(jī)等。l 主要用于數(shù)字音頻播放器、帶Java功能的無(wú)線手持設(shè)備、噴墨打印機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和PDA等方面。l 綜合出的整個(gè)核比“硬”核大50%，電源效率降低50%。l ARM以“軟”核的方式把ARM7TDMI核授權(quán)給處理器廠商，處理器廠商可進(jìn)行修改和綜合。l T：Thumb；D：Debug；M：Multiplier；I：Embedded ICE logic。諾伊曼結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)和指令使用同一條總線。(5)ARM體系結(jié)構(gòu)的版本 ARM處理器系列(1)ARM處理器系列l(wèi) 經(jīng)典ARM處理器：ARMARMARMARM11 l CortexA系列處理器：CortexA1CortexACortexACortexACortexA5 l CortexR系列處理器：CortexRCortexRCortexR4 l CortexM系列處理器：CortexMCortexMCortexMCortexM0+、CortexM0、CMSDK、CMSIS l SecurCore處理器(2)ARM內(nèi)核版本命名規(guī)則(3)ARM7系列微處理器 a)主要特點(diǎn)l 最高主頻：130MIPS(Million Instructions Per Second)； l 功耗低；l 代碼密度高，兼容16位的微處理器； l 可得到廣泛的操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支持； l 眾多的開發(fā)工具，優(yōu)秀的調(diào)試機(jī)制； l 采用3級(jí)流水線結(jié)構(gòu)；l 、。五級(jí)流水線技術(shù)把三級(jí)流水線中的執(zhí)行單元進(jìn)一步細(xì)化，減少了在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)必須完成的工作量，進(jìn)而允許使用較高的時(shí)鐘頻率。(4)流水線ARM7的三級(jí)流水線在執(zhí)行單元完成了大量的工作，執(zhí)行單元的工作往往占用多個(gè)時(shí)鐘周期，從而成為系統(tǒng)性能的瓶頸。哈佛結(jié)構(gòu)：將程序指令存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分開的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。諾伊曼結(jié)構(gòu)，它將程序指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合并在一起的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。l 指令長(zhǎng)度固定，簡(jiǎn)化了指令譯碼。留給外設(shè)電路的空間較大 l 硬件調(diào)試技術(shù)(4)ARM微處理器的特點(diǎn)l 體積小，功耗低，成本低，性能高； l 支持Thumb/ARM指令集,兼容8/16位器件；l 大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快； l 大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成； l 尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高； l 指令長(zhǎng)度固定。降低功耗l 高的代碼密度。l loadstore結(jié)構(gòu)。l 寄存器。l 流水線。(2)RISC設(shè)計(jì)思想的實(shí)現(xiàn)l 指令集。RISC(Reduced Instruction Set Computing)是一種設(shè)計(jì)思想，其目標(biāo)是設(shè)計(jì)出一套能在高時(shí)鐘頻率下單周期執(zhí)行、簡(jiǎn)單而有效的指令集。教學(xué)時(shí)間：4課時(shí)。教學(xué)難點(diǎn)：ARM處理器模式、ARM內(nèi)部寄存器。 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)(1)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 l 消費(fèi)電子領(lǐng)域 l 通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域l 工業(yè)控制領(lǐng)域、機(jī)器人領(lǐng)域 l 交通管理與汽車電子領(lǐng)域 l 國(guó)防與航空航天領(lǐng)域 l 醫(yī)療儀器領(lǐng)域(2)嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)l 小型化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化 l 多核技術(shù)的應(yīng)用 l 低功耗、綠色環(huán)保l 云計(jì)算、可重構(gòu)、虛擬化等技術(shù)被進(jìn)一步應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)中 l 嵌入式系統(tǒng)軟件將逐漸PC化 l 融合趨勢(shì)n 微控制器MCU與SoC的結(jié)合 n 微控制器MCU與DSP的結(jié)合 n ARM與DSP的結(jié)合n 微控制器MCU與CPLD/FPGA的結(jié)合 l 安全性 ARM體系結(jié)構(gòu)教學(xué)目的：使學(xué)生對(duì)ARM設(shè)計(jì)思想、ARM處理器系列、ARM體系結(jié)構(gòu)、ARM處理器模式、ARM內(nèi)部寄存器、ARM體系的存儲(chǔ)系統(tǒng)有一定的了解。pSOS ISI公司研發(fā)的產(chǎn)品。l 絕大部分代碼由C語(yǔ)言編寫。l 內(nèi)核非常小巧（），運(yùn)行速度極快。l 部分遵循POSIX（可移植操作系統(tǒng)接口）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。l 在掌上電腦和PDA市場(chǎng)上占有很大的市場(chǎng)份額，曾占據(jù)90%的PDA市場(chǎng)份額。l 應(yīng)用案例：美國(guó)F1FA18戰(zhàn)斗機(jī)，B2隱形轟炸機(jī)，“愛國(guó)者”導(dǎo)彈，1997年4月在火星登陸的火星探測(cè)器。l 支持多種處理器，如ARM、x8i960、SunSparc、MIPS RX000、PowerPC、StrongARM等。VxWorks l 美國(guó)WindRiver公司于1983年設(shè)計(jì)l 是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用最廣泛、市場(chǎng)占有率最高的系統(tǒng)。Windows CE l 多線程、完整優(yōu)先