嵌入式软件开发.ppt

嵌入式软件开发.ppt第二章 ARM体系结构
一、ARM微处理器结构

Reduced Instruction Set Computer--精简指令集计算机
Complex Instruction Set Computer--复杂指令集计算机
目标：降低由硬件执行的指令的复杂度，设计出一套能在高时钟频率下单周期执行、简单而有效的指令集。(RISC有更高复杂度的编译器，而CISC有更高复杂度的处理器)
(T变种)
Thumb指令集是将ARM指令集的一个子集重新编码而形成的一个指令集，指令长度为16位。可提高代码密度，但不能完全取代ARM指令集， Thumb指令通常和ARM指令配合使用。

ARM7系列：，数据与指令使用同一条总线，(取指—译码—执行)
ARM9系列：哈佛结构，区分了数据总线和指令总线，5级流水线(取指—译码—执行—访问—回写)
流水线技术：多个功能部件并行工作来缩短程序执行时间，提高处理器核的效率和吞吐率。
二、ARM的工作状态
：ARM微处理器执行32位的ARM指令集
1）异常中断时，需要使用ARM指令(ARM状态)；
2）ARM处理器在开始执行代码时，只能处于ARM状态；
：ARM微处理器执行16位的Thumb指令集
Thumb指令集可提高代码密度，保证了性能、维持了硅片的体积、减少了功耗，但完成相同的操作Thumb指令集需要更多的指令，若系统运行时间要求严苛，应使用ARM指令。
三、ARM的寄存器组

(Current Program Status Register)
CPSR格式：
(1)CPSR中的模式位和ARM处理器的工作模式
由M4—M0这5位决定ARM处理器的7种运行模式：
一种用户模式：
用户模式(usr)：ARM处理器正常的程序执行状态。
6种非用户模式或特权模式：
快速中断模式(fiq)：用于高速数据传输或通道处理。
外部中断模式(irq)：用于通用的中断处理。
管理模式(svc)：操作系统使用的保护模式。 系统复位后ARM
进入管理模式，软件中断时也进入管理模式。
数据访问终止模式(abt)：当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护。
系统模式(sys)：运行具有特权的操作系统任务。
未定义指令中止模式(und)：当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。
除用户模式和系统模式以外的5种模式又称为异常模式。
(2)T控制位
ARM7和ARM9：T=0是ARM状态，T=1是Thumb状态
(3)中断禁止位I，F
I=1：禁止IRQ中断
F=1：禁止FIQ中断
要求系统更快响应，自身处理所耗时间也很短的中断设置为FIQ，否则就设置为IRQ。
(4)条件码标志位
N(negative),Z(zero),C(carry),V(overflow);
N：2个补码表示的符号数运算，1表示结果负，0为正；
Z：1表示结果为0；
C：加时1为进位，减时0为借位，移位操作时为移出值的最后一位；
V：1为溢出。
基本所有的ARM指令集的指令都是有条件执行的，都有4位的条件编码。
(Saved Program Status Register)
1）5种异常模式—5个SPSR
2）异常发生—SPSR保存CPSR的当前值—异常退出—用SPSR恢复CPSR
3）CPSR和SPSR的格式相同

1）未分组积存器R0—R7 8个
所有模式共用这8个通用寄存器
2）分组寄存器R8—R12 10个
每个寄存器对应2个不同的物理寄存器：
(1)处理器使用FIQ模式时，使用R8_fiq----R12_fiq；
(2)其他模式下使用R8_usr----R12_usr；
3）分组寄存器R13、R14 12个
(1)用户模式与系统模式共用R13_usr，R14_usr；
(2)5种异常模式各有各自的R13和R14，后缀分别为fiq,irq,svc,abt,und；
(3)R13常作为堆栈指针，也可使用其他寄存器做堆栈指针，在Thumb指令集中某些指令强制使用R13作为堆栈指针；
(4)R14作为子程序连接寄存器或连接寄存器LR，子程序调用时LR得到PC的备份，返回时用LR恢复PC。
4）程序计数器R15
ARM状态下，0和1位为0；
Thumb状态下，0位是0；
对ARM指令集，PC当前值为当前指令地址加8个字节(指向当前指令的下2条指令)
四