【正文】 2 8 2 6 2 5 2 4 2 3 8 7 6 5 4 3 2 1 0( 保 留 ) 控 制 位進(jìn) 位 / 借 位 / 擴(kuò) 展為 零負(fù) / 小 于模 式 位狀 態(tài) 位F I Q 禁 止I R Q 禁 止~ ~PSR寄存器的各個(gè)位： ? 中斷禁止位 I、 F ? Thumb標(biāo)志位 ? 運(yùn)行模式位 M[4： 0] 10 ARM的寄存器組織 M[4： 0] 處理器模式 0b10000 用戶模式 0b10001 FIQ 0b10010 IRQ 0b10011 管理模式 0b10111 終止模式 0b11011 未定義模式 0b11111 系統(tǒng)模式 狀態(tài)寄存器模式位的含義 11 ARM的異常 異常類(lèi)型 具體含義 復(fù)位 (Reset) 當(dāng)處理器的復(fù)位電平有效時(shí)，產(chǎn)生復(fù)位異常，程序跳轉(zhuǎn)到復(fù)位異常處理程序處執(zhí)行。但是這些寄存器不能被同時(shí)訪問(wèn)。 ? 未定義模式（ und）：當(dāng)未定義的指令執(zhí)行時(shí)進(jìn)入該模式，可用于支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真。第 3章 ARM體系結(jié)構(gòu) 1 第 3章 ARM體系結(jié)構(gòu) ? ARM微處理器基礎(chǔ) ? ARM的內(nèi)核系列 ? ARM微處理器的指令系統(tǒng) ? ARM內(nèi)存管理單元 2 ARM微處理器基礎(chǔ) ? ARM的運(yùn)行模式 ? ARM的工作狀態(tài) ? ARM的寄存器組織 ? ARM的異常 ? ARM的存儲(chǔ)器格式 ? ARM的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 3 ARM的運(yùn)行模式 ARM微處理器支持 7種運(yùn)行模式，分別為： ? 用戶模式（ usr）： ARM處理器正常的程序執(zhí)行狀態(tài) ? 快速中斷模式（ fiq）： 用于高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理 ? 中斷模式（ irq）： 用于通用的中斷處理 ? 管理模式（ svc）： 操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模式 ? 終止模式（ abt） ： 當(dāng)數(shù)據(jù)或指令預(yù)取終止時(shí)進(jìn)入該模式，可用于虛擬存儲(chǔ)及存儲(chǔ)保護(hù)。 ? 系統(tǒng)模式（ sys）： 運(yùn)行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù)。 4 ARM的工作狀態(tài) ARM微處理器的工作狀態(tài)一般有兩種，并可在兩種狀態(tài)之間切換： ? ARM狀態(tài)，此時(shí)處理器執(zhí)行 32位的字對(duì)齊的 ARM指令 ? Thumb狀態(tài)，此時(shí)處理器執(zhí)行 16位的、半字對(duì)齊的Thumb指令 5 ARM的寄存器組織 ARM微處理器共有 37個(gè) 32位寄存器，其中 31個(gè)為通用寄存器， 6個(gè)為狀態(tài)寄存器。 在某種時(shí)刻，通用寄存器 R14～ R0、程序計(jì)數(shù)器 PC、一個(gè)或兩個(gè)狀態(tài)寄存器都是可訪問(wèn)的。 未定義指令 (Undefined) 當(dāng) ARM 處理器或協(xié)處理器遇到不能處理的指令時(shí)，產(chǎn)生未定義指令異常。 軟件中斷 (SWI) 該異常由執(zhí)行 SWI 指令產(chǎn)生，可用于用戶模式下的程序調(diào)用特權(quán)操作指令。 指令預(yù)取終止 (Prefetch Abort) 若處理器預(yù)取指令的地址不存在，或該地址不允許當(dāng)前指令訪問(wèn)，存儲(chǔ)器會(huì)向處理器發(fā)出終止信號(hào)，但當(dāng)預(yù)取的指令被執(zhí)行時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生指令預(yù)取終止異常。 外部中斷請(qǐng)求 （ IRQ） 當(dāng)處理器的外部中斷請(qǐng)求引腳有效，且 CPSR 中的 I 位為 0 時(shí)，產(chǎn)生IRQ 異常。 快速中斷請(qǐng)求 （ FIQ） 當(dāng)處理器的快速中斷請(qǐng)求引腳有效，且 CPSR 中的 F 位為 0 時(shí)，產(chǎn)生FIQ 異常。從第 0字節(jié)到第 3字節(jié)放置第一個(gè)存儲(chǔ)的字?jǐn)?shù)據(jù)，從第 4個(gè)字節(jié)到第 7個(gè)字節(jié)放置第二個(gè)存儲(chǔ)的字?jǐn)?shù)據(jù)，依次排列。 ARM體系結(jié)構(gòu)可以用兩種方法存儲(chǔ)字?jǐn)?shù)據(jù)，稱之為 大端格式 和 小端格式 。 3 1 2 3 8 7 01 個(gè) 字 （ w o r d ）2 4 1 51 6 低 地 址1 1 字 節(jié) 1 0 字 節(jié) 9 字 節(jié) 8 字 節(jié)7 字 節(jié) 6 字 節(jié) 5 字 節(jié) 4 字 節(jié)3 字 節(jié) 2 字 節(jié) 1 字 節(jié) 0 字 節(jié)內(nèi) 存 高 地 址低 位高 位17 ARM的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 1．內(nèi)核編程體系 ? 多種模式的切換 ? 眾多的通用寄存器 ? 32位地址 /數(shù)據(jù)操作 ? 指令集中的特殊功能 ? 高效的 C和 C++編譯器 ? 硬件乘法器 ? Thumb指令集 ? E增強(qiáng) DSP指令 ? Jazzle技術(shù) 2．協(xié)處理器 ? MMU ? MPU ? VFP 3． AMBA(先進(jìn)控制器總線體系 ) 4. 嵌入式 ICE、低功耗、小體積 18 ARM的內(nèi)核系列 ? ARM內(nèi)核分類(lèi)與系列 ? ARM體系結(jié)構(gòu)版本 19 ARM內(nèi)核分類(lèi)與系列 ARM內(nèi)核系列 ? ARM7 系列 ? ARM9 系列 ? ARM9E 系列 ? ARM10E 系列 ? SecurCore 系列 ? StrongARM/Xscale ? ARM11系列 ? Cortex 20 ARM內(nèi)核分類(lèi)與系列 1 9 9 4 1 9 9 6 1 9 9 8 2 0 0 0 2 0 0 2 2 0 0 4A R M 9 2 6 E JA R M 1 0 E JA R M 9 EA R M 1 0X s c a l e A R M 1 0 2 2 EA R M v 6 c o r e sA R M 9 2 0 TS t r o n g A R MA R M 7 2 0 TA R M 7 T D M IA R M v 6A R M v 5A R M v 419942023年發(fā)布的 ARM內(nèi)核 21 ARM內(nèi)核分類(lèi)與系列 處理器內(nèi)核 內(nèi)核分類(lèi) ARM7 ARM7DMI(S) ARM720T ARM7EJS ARM9 ARM920T ARM922T ARM9E ARM926EJS ARM946ES ARM966ES ARM968ES ARM10E ARM1020E ARM1022E ARM1026EJS 處理器內(nèi)核 內(nèi)核分類(lèi) ARM11 ARM1136J(F)S ARM1156T2(F)S ARM1176JZ(F)S SecurCore SC100 SC110 SC200 SC210 Strong ARM Xscale 22 ARM7內(nèi)核 ARM7TDMI ARM7TDMIS ARM720T ARM7EJS 23 ARM9內(nèi)核 ARM920T ARM922T 24 ARM9E內(nèi)核 ARM926EJS ARM946ES ARM966ES ARM968ES 25 ARM10E內(nèi)核 ARM1020E ARM1026EJS 26 ARM11內(nèi)核 ARM1136J(F)S ARM1156T2(F)S ARM1176JZ(F)S 27 SecurCore內(nèi)核 SC100/SC110 SC200/SC210 28 其他 ARM內(nèi)核 ? StrongARM ? Intel XScale ? Cortex ARM Cortex A （應(yīng)用內(nèi)核） ARM Cortex R （實(shí)時(shí)內(nèi)核） ARM Cortex M （微控制器） 29 ARM體系結(jié)構(gòu)版本 ARM V1體系是最初的版本，只有 26位的尋址空間，沒(méi)有乘法指令，最終也沒(méi)有商業(yè)化。 ARM V3體系的尋址范圍擴(kuò)展到 32位，具有乘法和乘加指令，支持協(xié)處理器。 ARM V5體系增加了 DSP指令支持和對(duì) Java指令的支持。 ARM V7體系定義了三種獨(dú)立的內(nèi)核型－－ A（應(yīng)用領(lǐng)域），R（實(shí)時(shí)領(lǐng)域）， M（控制領(lǐng)域）。 ? cond：指令的條件碼。 ? Rd：目標(biāo)寄存器編碼。 ? Operand2：第 2操作數(shù)。 ? 條件編碼共 24 ＝ 16 種，其中， 15種用于指令的條件碼。 ? ARM處理器根據(jù)指令的執(zhí)行條件是否滿足，決定當(dāng)前指令是否執(zhí)行。不符合條件的代碼依然占用一個(gè)時(shí)鐘周期（相當(dāng)于一個(gè) NOP指令）。）， 例如： MOVEQ R0, R1。這個(gè)操作數(shù)被稱為立即數(shù)，對(duì)應(yīng)的尋址方式也就叫做立即尋址。 37 ARM的尋址模式 2 寄存器尋址 寄存器尋址就是 利用寄存器中的數(shù)值作為操作數(shù) ，這種尋址方式是各類(lèi)微處理器經(jīng)常采用的一種方式， 也是一種執(zhí)行效率較高的尋址方式 。 38 ARM的尋址模式 3 寄存器間接尋址 寄存器間接尋址就是 以寄存器中的值作為操作數(shù)的地址，而操作數(shù)本身存放在存儲(chǔ)器中。 第二條指令將 R0 的值傳送到以 R1 的值為地址的存儲(chǔ)器中。 變址尋址方式 常用于訪問(wèn)某基地址附近的地址單元 。 在第二條指令中，將寄存器 R1 的內(nèi)容加上 4 形成操作數(shù)的有效地址，從而取得操作數(shù)存入寄存器 R0 中，然后， R1 的內(nèi)容自增 4 個(gè)字節(jié)。 40 ARM的尋址模式 5多寄存器尋址 采用多寄存器尋址方式， 一條指令可以完成多個(gè)寄存器值的傳送。 以下指令： LDMIA R0， {R1， R2， R3， R4} ； R1←[R0] ； R2←[R0 ＋ 4] ； R3←[R0 ＋ 8] ； R4←[R0 ＋ 12]