【劃重點】嵌入式系統原理與應用B ---期末復習（第2章 ARM7體系結構）

第二章 ARM7體系結構

● RISC：精簡指令集計算機 — 指令長度固定
● CISC：復雜指令集計算機
● ARM7分為三級流水，具有以下特點：
○ RISC處理器結構
○ 能夠提供0.9MIPS/MHZ的三級流水線結構
○ 支持32位的ARM指令集和16位的Thumb指令集
○ ARM7所有的指令都可以條件執行，使得程式設計更適合流水線的作業特點
○ 專用的存盤器訪存指令
● ARM7TDMI的流水線分為三級 分別為：
○ 取指：從存盤器取指令到處理器
○ 譯碼：對已取入到處理器的指令進行譯碼分析
○ 執行：完成該指令的對應操作
● ARM7TDMI處理器內核包含兩套指令系統
○ ARM狀態：32位指令碼，處理器執行字方式的ARM指令，處理器默認為此狀態
○ Thumb狀態：16位指令碼，處理器執行半字方式的Thumb指令
● ARM體系結構支持7種處理器模式
○ 除了用戶模式外，其余模式均為特權模式
○ 用戶模式（usr）
■ 正常程式作業模式
■ 不能軟體切換到其它模式
○ 系統模式（sys）
■ 用于支持作業系統的特權任務等
■ 與用戶模式類似，但具有可以軟體切換到其它模式的特權
○ 以下五種模式稱為例外模式，除了可以通程序式切換進入，也可以例外進入
○ 快中斷模式（fiq）
■ 支持高速資料傳輸及通道處理
■ FIQ例外回應時進入此模式
○ 中斷模式（irq）
■ 用于通用中斷處理
■ IRQ例外相應時進入此模式
○ 管理模式（svc）
■ 作業系統保護代碼
■ 復位或執行SWI軟中斷指令事件
○ 中止模式（abt）
■ 用于支持虛擬記憶體和存盤器保護
■ 在ARM7TDMI中沒有大用處
○ 未定義模式（und）
■ 支持硬體協處理器的軟體仿真
■ 未定義指令例外相應時進入此模式
● ARM的暫存器
○ CPU暫存器
■ 處理器內部主要用于暫存運算資料、運算中間結果的存盤單元，這樣用途的暫存器稱為通用資料暫存器
■ 匯編語言中的暫存器R0-R12 — 保存資料或地址的通用暫存器
● R0 - R7 未分組暫存器
● R8 - R14 分組暫存器 他們所對應的物理暫存器取決于當前的處理器魔師
○ R8 - R12 — 兩個分組的物理暫存器 一組用于非FIQ 一組用于FIQ
○ R13、R14 — 6個分組的暫存器 一個用于用戶和系統模式 其余五個分別用于五種例外模式
■ R13 — 堆疊指標（SP）
■ R14 — 鏈接暫存器（LR）
● ARM處理器特別功能暫存器
○ SP — 堆疊指標暫存器（R13）
■ SP用于指向進出堆疊的操作點
○ PC — 程式計數器 （R15）
■ PC指向正在取指的指令
■ ARM指令長度固定為32bit
■ Thumb指令長度固定為16bit
○ LR — 回傳連接暫存器（R14）
■ 呼叫回傳點、斷點需要保護，以便回傳
○ PSR — 程式狀態暫存器
■ 用戶不能對 CPSR or SPSR 進行寫操作
■ PSR中的值被稱作“程式狀態字” — PSW
■ ARM7中有1個CPSR和5個SPSR
■ CPSR — 當前程式狀態暫存器
● CPSR暫存器的格式
○ bit[31:28] 條件代碼標志
■ N ： 負 或 小于
■ Z ： 零
■ C ： 進位 或 借位擴展
■ V ： 溢位標志
○ bit[7:0] 控制位
■ I ： IRQ禁止
■ F ：FIQ禁止
■ I位或F位被置位時，相應中斷被禁止
■ T ： 狀態位 — 選擇 ARM（1） or Thumb（0）
■ M[4:0] ：模式位 — 七種模式的選擇
○ bit[27:8] 保留
■ 讀 — 無意義
■ 寫 — 千萬別
■ SPSR — 存盤程式狀態暫存器
● 堆疊（Stack）
○ 堆疊是一種具有“后進先出”（LIFO）特殊訪問屬性的存盤結構
○ 堆疊的分類
■ 遞增堆疊 ： SP向大地址方向變化
■ 遞減堆疊 ： SP向小地址方向變化
■ 滿堆疊 ： SP指向空間有有效堆疊資料
■ 空堆疊 ： SP指向空間無有效堆疊資料
○ 堆疊型別
■ 空遞增堆疊 — EA
■ 空遞減堆疊 — ED
■ 滿遞增堆疊 — FA
■ 滿遞減堆疊 — FD
● ARM7的例外
○ ARM中定義了7種例外（事件），分別對應ARM7處理器的5種例外模式
■ 復位
■ 未定義指令
■ SWI（軟中斷）
■ 預取指中止
■ 預取數中止
■ irq（中斷）
■ fiq（快中斷）
■ Tips：usr、sys模式是通過指令修改M[4:0]進入
● ARM7對例外的相應
○ 例外回應 ：當例外發生時，處理器會對例外事件作出相應的相應（處理）
■ Step1 處理器轉入ARM狀態對應的例外模式
■ Step2 在該例外模式的SPSR、LR暫存器分別備份CPSR、PC當前的資料
■ Step3 重置CPSR和PC
○ 例外優先級 ： 當多個例外同時發生時，硬體電路設定的優先級決定系統處理例外的順序
■ 1 復位
■ 2 資料中止
■ 3 FIQ
■ 4 IRQ
■ 5 預取指中止
■ 6 未定義指令中止
■ 6 SWI 軟體中斷例外
● 計算機中需要編址的資源
○ 記憶體單元 用于存放CPU執行的程式和資料
■ 特點：連續，成塊
■ 構成記憶體資源空間
○ IO埠 用于資料的采集和控制、顯示、傳輸等輸出
■ 特點：單元數量少，地址分散
■ 構成外設埠空間
■ 編址方式
● 統一編址 存盤器單元與IO埠編址在統一的一個地址（空間）平面
○ 統一編址無需專用的管腳和指令
● 獨立編址 存盤器單元與IO埠編址分別在“存盤器地址空間”和“IO埠地址（空間）”
○ 獨立編址需要專用的管腳和指令支持
● ARM7處理器尋址空間
○ 單個平面 — 8bit
○ 包含 230個字 — 32bit
○ 包含 231個半字 — 16bit
● 存盤器格式
○ 小端存盤器系統（小端模式）
■ 資料的高位元組存放在高地址中
○ 大端存盤器系統（大端模式）
■ 資料的高位元組存放在低地址中
● 片記憶體儲器（Flash，SARM）
○ 片內FLASH程式存盤器
■ LPC2000 系列中除了 LPC2210、2220、2290外，其他ARM存盤器都帶有容量不等的Flash
■ 可以將程式直接放在Flash上運行
■ 片內Flash編程方法
● 使用JTAG仿真器，通過芯片的JTAG介面下載程式
● 使用在系統編程技術（即ISP），通過UART0介面下載程式
● 使用在應用編程技術（即IAP），在用戶程式運行時對Flash進行擦除和/或編程操作，實作資料的存盤和韌體的現場升級，
○ 片內靜態RAM — SRAM
● 存盤器映射
○ AHB — 先進的高性能總線
○ VPB — VLSI外設總線