1、EasyARM2103嵌入式專題培訓(xùn)山東省大學(xué)生電子競(jìng)賽 1、ARM簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 2、ARM7TDMI 3、ARM處置器形狀處置器形狀 4、ARM處置器方式處置器方式 5、ARM體系的存儲(chǔ)系統(tǒng)體系的存儲(chǔ)系統(tǒng)2.1 ARM簡(jiǎn)介2.1 ARM簡(jiǎn)介將技術(shù)授權(quán)給其它芯片廠商構(gòu)成各具特征的ARM芯片. . .2.1 ARM簡(jiǎn)介2.1 ARM簡(jiǎn)介ARM7ARM9ARM10EXscaleARM11CortexARM9E2.1 ARM簡(jiǎn)介 該系列包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、帶有高速緩存處置器宏單元的ARM720T和擴(kuò)展了Jazelle的ARM7EJ-S。該系列處置器提供Thumb 16位緊縮指令集

2、和EmbededICE軟件調(diào)試方式，適用于更大規(guī)模的SoC設(shè)計(jì)中。 ARM7系列廣泛運(yùn)用于多媒體和嵌入式設(shè)備，包括Internet設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備，以及挪動(dòng)、PDA等無線設(shè)備。 1、ARM簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 2、ARM7TDMI 3、ARM處置器形狀處置器形狀 4、ARM處置器方式處置器方式 5、ARM體系的存儲(chǔ)系統(tǒng)體系的存儲(chǔ)系統(tǒng)ARM7TDMI-S2.2 ARM7TDMI ARM7TDMI是基于ARM體系構(gòu)造V4版本的低端ARM核。 其彌補(bǔ)了ARM6很難在低于5V電壓下穩(wěn)定任務(wù)的缺乏，還添加了后綴所對(duì)應(yīng)的功能：支持高密度16位的Thumb指令集；支持片上調(diào)試；支持64位乘法；支持Embede

3、dICE察看硬件；ARM7TDMI 的可綜合synthesizable版本軟核，對(duì)運(yùn)用工程師來說其編程模型與ARM7TDMI 一致；2.2 ARM7TDMI2.2 ARM7TDMI 假設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)是從偶地址開場(chǎng)的延續(xù)存儲(chǔ)，那么它就是半字對(duì)齊，否那么就是非半字對(duì)齊； 假設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)是以能被4整除的地址開場(chǎng)的延續(xù)存儲(chǔ)，那么它就是字對(duì)齊，否那么就是非字對(duì)齊。方式半字對(duì)齊字對(duì)齊地址0 x40020 x40040 x40040 x4008特征Bit0=0其他位為任意值Bit1=0,Bit0=0其他位為任意值 正常操作過程中，在執(zhí)行一條指令的同時(shí)對(duì)下一條(第二條)指令進(jìn)展譯碼，并將第三條指令從存儲(chǔ)器中取出。2

4、.2 ARM7TDMI ARM處置器運(yùn)用流水線來添加處置器指令流的速度，這樣可使幾個(gè)操作同時(shí)進(jìn)展，并使處置和存儲(chǔ)器系統(tǒng)延續(xù)操作，能提供0.9MIPS/MHz的指令執(zhí)行速度。 ARM7TDMI的流水線分3級(jí)，分別為：取指譯碼執(zhí)行取指譯碼執(zhí)行處置指令并將結(jié)果寫回存放器識(shí)別將要被執(zhí)行的指令從存放器裝載一條指令 在ARM形狀下，流水線上各指令的地址為：PCPC-4PC-8PCPC-2PC-42.2 ARM7TDMIPC指令1指令2指令3指令4程序存儲(chǔ)器PC-4PC-8PC+4周期1周期2周期3周期4周期5周期6取指 譯碼 執(zhí)行取指 譯碼 執(zhí)行取指 譯碼 執(zhí)行取指 譯碼 執(zhí)行周期周期2周期周期1周期周期

5、3周期周期4 在第1個(gè)周期，PC指向指令1，此時(shí)指令1進(jìn)入三級(jí)流水線的取指階段。1 在第2個(gè)周期，PC指向指令2，此時(shí)指令1進(jìn)入三級(jí)流水線的譯碼階段，同時(shí)取出指令2。2 在第3個(gè)周期，PC指向指令3，此時(shí)指令1進(jìn)入三級(jí)流水線的執(zhí)行階段，指令2進(jìn)入譯碼階段，取出指令3。3 在第4個(gè)周期，指令1執(zhí)行完成，指令2和指令3流水線推進(jìn)一級(jí)，同時(shí)開場(chǎng)指令4的取指處置。4處置器執(zhí)行一條指令的三個(gè)階段 1、ARM簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 2、ARM7TDMI 3、ARM處置器形狀處置器形狀 4、ARM處置器方式處置器方式 5、ARM體系的存儲(chǔ)系統(tǒng)體系的存儲(chǔ)系統(tǒng)2.4 ARM處置器形狀處置器形狀 ARM7TDMI處置器內(nèi)核包含

6、2套指令系統(tǒng)，分別為ARM指令集和Thumb指令，并且各自對(duì)應(yīng)1種處置器的形狀： ARM形狀：32位，處置器執(zhí)行字方式的ARM指令，處置器默以為此形狀； Thumb形狀：16位，處置器執(zhí)行半字方式的Thumb指令。 留意：兩個(gè)形狀之間的切換并不影響處置器方式或存放器內(nèi)容。2.4 ARM處置器形狀地址最低位為0，表示切換到ARM形狀A(yù)RM指令集Thumb指令集CODE32LDRR0, =Lable+1BX R0CODE16Lable MOV R1, #12CODE16LDR R0, =LableBX R0CODE32LableMOV R1, #10地址最低位為1，表示切換到Thumb形狀跳轉(zhuǎn)地址

7、標(biāo)號(hào)執(zhí)行完BX指令，處置器切換到Thumb形狀，開場(chǎng)執(zhí)行Thumb指令程序代碼指令集關(guān)系 從ARM形狀切換到Thumb形狀的程序代碼如下：執(zhí)行完BX指令，處置器切換到ARM形狀，開場(chǎng)執(zhí)行ARM指令 1、ARM簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 2、ARM7TDMI 3、ARM處置器形狀處置器形狀 4、ARM處置器方式處置器方式 5、ARM體系的存儲(chǔ)系統(tǒng)體系的存儲(chǔ)系統(tǒng)2.5 ARM處置器方式 ARM體系構(gòu)造支持7種處置器方式，分別為：用戶方式、快中斷方式、中斷方式、管理方式、中止方式、未定義方式和系統(tǒng)方式。這樣的益處是可以更好的支持操作系統(tǒng)并提高任務(wù)效率。ARM7TDMI完全支持這七種方式。 除用戶方式外，其它方式均為特

8、權(quán)方式。ARM內(nèi)部存放器和一些片內(nèi)外設(shè)在硬件設(shè)計(jì)上只允許或者可選為只允許特權(quán)方式下訪問。此外，特權(quán)方式可以自在的切換處置器方式，而用戶方式不能直接切換到別的方式。 這兩種方式都不能由異常進(jìn)入，想要進(jìn)入必需修正CPSR，而且它們運(yùn)用完全一樣的存放器組。系統(tǒng)方式是特權(quán)方式，不受用戶方式的限制。操作系統(tǒng)在該方式下訪問用戶方式的存放器就比較方便，而且操作系統(tǒng)的一些特權(quán)義務(wù)可以運(yùn)用這個(gè)方式訪問一些受控的資源。 這五種方式稱為異常方式。它們除了可以經(jīng)過程序切換進(jìn)入外，也可以由特定的異常進(jìn)入。當(dāng)特定的異常出現(xiàn)時(shí)，處置器進(jìn)入相應(yīng)的方式。每種異常方式都有一些獨(dú)立的存放器，以防止異常退出時(shí)用戶方式的形狀不可靠。處

9、理器模式處理器模式說明說明備注備注 用戶(usr)正常程序運(yùn)行的工作模式不能直接從用戶模式切換到其它模式特權(quán)模式系統(tǒng)(sys)用于支持操作系統(tǒng)的特權(quán)任務(wù)等與用戶模式類似，但具有可以直接切換到其它模式等特權(quán)異常模式快中斷(fiq)快速中斷請(qǐng)求處理只有在FIQ異常響應(yīng)時(shí)，才進(jìn)入此模式中斷(irq)中斷請(qǐng)求處理只有在IRQ異常響應(yīng)時(shí)，才進(jìn)入此模式管理(svc)供操作系統(tǒng)使用的一種保護(hù)模式只有在系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時(shí)，才進(jìn)入此模式中止(abt)用于虛擬內(nèi)存和/或存儲(chǔ)器保護(hù)在ARM7內(nèi)核中沒有多大用處未定義(und)支持軟件仿真的硬件協(xié)處理器只有在未定義指令異常響應(yīng)時(shí)，才進(jìn)入此模式何時(shí)進(jìn)入異常方式，詳

10、細(xì)規(guī)定如下：處置器復(fù)位之后進(jìn)入管理方式，操作系統(tǒng)內(nèi)核通常處于管理方式；當(dāng)處置器訪問存儲(chǔ)器失敗時(shí)，進(jìn)入數(shù)據(jù)訪問中止方式；當(dāng)處置器遇到?jīng)]有定義或不支持的指令時(shí)，進(jìn)入未定義方式；中斷方式與快速中斷方式分別對(duì)ARM處置器2種不同級(jí)別的中斷作出呼應(yīng)。 1、ARM簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 2、ARM7TDMI 3、ARM處置器形狀處置器形狀 4、ARM處置器方式處置器方式 5、ARM體系的存儲(chǔ)系統(tǒng)體系的存儲(chǔ)系統(tǒng)ARM7體系構(gòu)造 ARM芯片普通在處置器核和外部存儲(chǔ)器之間有一個(gè)存儲(chǔ)器管理部件將部分總線的信號(hào)和時(shí)序轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實(shí)的外部總線信號(hào)和時(shí)序。2.9 ARM體系的存儲(chǔ)系統(tǒng) ARM處置器采用馮諾依曼Von Neumann構(gòu)造，

11、指令、數(shù)據(jù)和I/O一致編址即存在同一個(gè)空間。只需裝載、保管和交換指令可訪問存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。 ARM7處置器核存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器管理器ARM7的規(guī)范定義了部分總線的信號(hào)和時(shí)序。各芯片消費(fèi)廠商制定了本人的外部總線的信號(hào)和時(shí)序。2.9 ARM體系的存儲(chǔ)系統(tǒng) ARM構(gòu)造運(yùn)用單個(gè)平面的232個(gè)8位字節(jié)地址空間。地址空間可以看作是包含230個(gè)32位字，或231個(gè)16位半字。假設(shè)地址向上或向下溢出地址空間，通常會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。 留意：假設(shè)在取指操作時(shí)地址發(fā)生溢出，只需沒有執(zhí)行預(yù)取的無效指令，就不會(huì)導(dǎo)致異常。2.9 ARM體系的存儲(chǔ)系統(tǒng)字節(jié)字節(jié)字節(jié)字節(jié)A+3A+2A+1A存儲(chǔ)器半字半字字2.9 ARM體系的存儲(chǔ)系統(tǒng)A+3A+2A+1A存儲(chǔ)器 小端存儲(chǔ)方式下，0 x12345678在A地址開場(chǎng)的一個(gè)字空間的存儲(chǔ)； 1 大端存儲(chǔ)方式下，0 x12345678在A地址開場(chǎng)的一個(gè)字空間的存儲(chǔ)； 20 x120 x340 x560 x78A+3A+2A+1A存儲(chǔ)器0 x780 x5