【划重点】嵌入式系统原理与应用B ---期末复习（第2章 ARM7体系结构）

第二章 ARM7体系结构

● RISC：精简指令集计算机 — 指令长度固定
● CISC：复杂指令集计算机
● ARM7分为三级流水，具有以下特点：
○ RISC处理器结构
○ 能够提供0.9MIPS/MHZ的三级流水线结构
○ 支持32位的ARM指令集和16位的Thumb指令集
○ ARM7所有的指令都可以条件执行，使得程序设计更适合流水线的工作特点
○ 专用的存储器访存指令
● ARM7TDMI的流水线分为三级分别为：
○ 取指：从存储器取指令到处理器
○ 译码：对已取入到处理器的指令进行译码分析
○ 执行：完成该指令的对应操作
● ARM7TDMI处理器内核包含两套指令系统
○ ARM状态：32位指令码，处理器执行字方式的ARM指令，处理器默认为此状态
○ Thumb状态：16位指令码，处理器执行半字方式的Thumb指令
● ARM体系结构支持7种处理器模式
○ 除了用户模式外，其余模式均为特权模式
○ 用户模式（usr）
■ 正常程序工作模式
■ 不能软件切换到其它模式
○ 系统模式（sys）
■ 用于支持操作系统的特权任务等
■ 与用户模式类似，但具有可以软件切换到其它模式的特权
○ 以下五种模式称为异常模式，除了可以通过程序切换进入，也可以异常进入
○ 快中断模式（fiq）
■ 支持高速数据传输及通道处理
■ FIQ异常响应时进入此模式
○ 中断模式（irq）
■ 用于通用中断处理
■ IRQ异常相应时进入此模式
○ 管理模式（svc）
■ 操作系统保护代码
■ 复位或执行SWI软中断指令事件
○ 中止模式（abt）
■ 用于支持虚拟内存和存储器保护
■ 在ARM7TDMI中没有大用处
○ 未定义模式（und）
■ 支持硬件协处理器的软件仿真
■ 未定义指令异常相应时进入此模式
● ARM的寄存器
○ CPU寄存器
■ 处理器内部主要用于暂存运算数据、运算中间结果的存储单元，这样用途的寄存器称为通用数据寄存器
■ 汇编语言中的寄存器R0-R12 — 保存数据或地址的通用寄存器
● R0 - R7 未分组寄存器
● R8 - R14 分组寄存器他们所对应的物理寄存器取决于当前的处理器魔师
○ R8 - R12 — 两个分组的物理寄存器一组用于非FIQ 一组用于FIQ
○ R13、R14 — 6个分组的寄存器一个用于用户和系统模式其余五个分别用于五种异常模式
■ R13 — 堆栈指针（SP）
■ R14 — 链接寄存器（LR）
● ARM处理器特别功能寄存器
○ SP — 堆栈指针寄存器（R13）
■ SP用于指向进出栈的操作点
○ PC — 程序计数器（R15）
■ PC指向正在取指的指令
■ ARM指令长度固定为32bit
■ Thumb指令长度固定为16bit
○ LR — 返回连接寄存器（R14）
■ 调用返回点、断点需要保护，以便返回
○ PSR — 程序状态寄存器
■ 用户不能对 CPSR or SPSR 进行写操作
■ PSR中的值被称作“程序状态字” — PSW
■ ARM7中有1个CPSR和5个SPSR
■ CPSR — 当前程序状态寄存器
● CPSR寄存器的格式
○ bit[31:28] 条件代码标志
■ N ：负或小于
■ Z ：零
■ C ：进位或借位扩展
■ V ：溢出标志
○ bit[7:0] 控制位
■ I ： IRQ禁止
■ F ：FIQ禁止
■ I位或F位被置位时，相应中断被禁止
■ T ：状态位 — 选择 ARM（1） or Thumb（0）
■ M[4:0] ：模式位 — 七种模式的选择
○ bit[27:8] 保留
■ 读 — 无意义
■ 写 — 千万别
■ SPSR — 存储程序状态寄存器
● 堆栈（Stack）
○ 堆栈是一种具有“后进先出”（LIFO）特殊访问属性的存储结构
○ 堆栈的分类
■ 递增堆栈： SP向大地址方向变化
■ 递减堆栈： SP向小地址方向变化
■ 满堆栈： SP指向空间有有效堆栈数据
■ 空堆栈： SP指向空间无有效堆栈数据
○ 堆栈类型
■ 空递增堆栈 — EA
■ 空递减堆栈 — ED
■ 满递增堆栈 — FA
■ 满递减堆栈 — FD
● ARM7的异常
○ ARM中定义了7种异常（事件），分别对应ARM7处理器的5种异常模式
■ 复位
■ 未定义指令
■ SWI（软中断）
■ 预取指中止
■ 预取数中止
■ irq（中断）
■ fiq（快中断）
■ Tips：usr、sys模式是通过指令修改M[4:0]进入
● ARM7对异常的相应
○ 异常响应：当异常发生时，处理器会对异常事件作出相应的相应（处理）
■ Step1 处理器转入ARM状态对应的异常模式
■ Step2 在该异常模式的SPSR、LR寄存器分别备份CPSR、PC当前的数据
■ Step3 重置CPSR和PC
○ 异常优先级：当多个异常同时发生时，硬件电路设定的优先级决定系统处理异常的顺序
■ 1 复位
■ 2 数据中止
■ 3 FIQ
■ 4 IRQ
■ 5 预取指中止
■ 6 未定义指令中止
■ 6 SWI 软件中断异常
● 计算机中需要编址的资源
○ 内存单元用于存放CPU执行的程序和数据
■ 特点：连续，成块
■ 构成内存资源空间
○ IO端口用于数据的采集和控制、显示、传输等输出
■ 特点：单元数量少，地址分散
■ 构成外设端口空间
■ 编址方式
● 统一编址存储器单元与IO端口编址在统一的一个地址（空间）平面
○ 统一编址无需专用的管脚和指令
● 独立编址存储器单元与IO端口编址分别在“存储器地址空间”和“IO端口地址（空间）”
○ 独立编址需要专用的管脚和指令支持
● ARM7处理器寻址空间
○ 单个平面 — 8bit
○ 包含 230个字 — 32bit
○ 包含 231个半字 — 16bit
● 存储器格式
○ 小端存储器系统（小端模式）
■ 数据的高字节存放在高地址中
○ 大端存储器系统（大端模式）
■ 数据的高字节存放在低地址中
● 片内存储器（Flash，SARM）
○ 片内FLASH程序存储器
■ LPC2000 系列中除了 LPC2210、2220、2290外，其他ARM存储器都带有容量不等的Flash
■ 可以将程序直接放在Flash上运行
■ 片内Flash编程方法
● 使用JTAG仿真器，通过芯片的JTAG接口下载程序
● 使用在系统编程技术（即ISP），通过UART0接口下载程序
● 使用在应用编程技术（即IAP），在用户程序运行时对Flash进行擦除和/或编程操作，实现数据的存储和固件的现场升级。
○ 片内静态RAM — SRAM
● 存储器映射
○ AHB — 先进的高性能总线
○ VPB — VLSI外设总线

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