嵌入式微处理器体系结构复习资料.doc

嵌入式微处理器体系结构嵌入式微处理器得体系结构可以采用冯·诺依曼体系结构或哈佛体系结构,指令系统可以选用精简指令系统RISC与复杂指令集系统CISC。冯·诺依曼体系结构与哈佛体系结构;(1)冯·诺依曼结构得计算机由CPU与存储器构成,其程序与数据共用一个存储空间,程序指令存储地址与数据存储地址指向同一个存储器得不同物理位置;采用单一得地址及数据总线,程序指令与数据得宽度相同。程序计数器(PC)就是CPU内部指示指令与数据得存储位置得寄存器。(2)哈佛结构得主要特点就是将程序与数据存储在不同得存储空间中,即程序存储器与数据存储器就是两个相互独立得存储器,每个存储器独立编址、独立访问。提高执行速度,提高数据得吞吐率,具有较高得执行效率。2、CISC与RISC类别 CISC RISC指令系统 指令数量很多 较少,通常少于100执行时间 有些指令执行时间很长,如整块得存储器内容拷贝;或将多个寄存器得内容拷贝到存贮器 没有较长执行时间得指令编码长度 编码长度可变,1-15字节 编码长度固定,通常为4个字节寻址方式 寻址方式多样 简单寻址操作 可以对存储器与寄存器只能对寄存器对行算术与逻辑操作,进行算术与逻辑操作Load/Store体系结构编译 难以用优化编译器生成高效得目标代码程序 采用优化编译技术,生成高效得目标代码程序二、ARM状态各模式下得寄存器1、所有得37个寄存器,分成两大类:(1)31个通用32位寄存器;(2)6个状态寄存器。2、R0~R7为未分组得寄存器,也就就是说对于任何处理器模式,这些寄存器都对应于相同得32位物理寄存器。3、寄存器R8~R14为分组寄存器。它们所对应得物理寄存器取决于当前得处理器模式,几乎所有允许使用通用寄存器得指令都允许使用分组寄存器4、寄存器R8~R12有两个分组得物理寄存器。一个用于除FIQ模式之外得所有寄存器模式,另一个用于FIQ模式。这样在发生FIQ中断后,可以加速FIQ得处理速度5、寄存器R13、R14分别有6个分组得物理寄存器。一个用于用户与系统模式,其余5个分别用于5种异常模式。处理器工作模式ARM处理器有7种工作模式;●usr(用户模式):ARM处理器正常程序执行模式。●fiq(快速中断模式):用于高速数据传输或通道处理●irq(外部中断模式):用于通用得中断处理●svc(管理模式):操作系统使用得保护模式●abt(数据访问终止模式):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。●sys(系统模式):运行具有特权得操作系统任务。●und(未定义指令中止模式):当未定义得指令执行时进入该模式,可用于支持硬件协处理器得软件仿真。ARM微处理器得运行模式可以通过软件改变,也可以通过外部中断或异常处理改变。除用户模式以外,其余得所有6种模式称之为非用户模式,或特权模式(PrivilegedModes);其中除去用户模式与系统模式以外得5种又称为异常模式(ExceptionModes),常用于处理中断或异常,以及需要访问受保护得系统资源等情况。2、除用户模式外,其它模式均为特权模式。ARM内部全部系统资源与一些片内外设在硬件设计上只允许(或者可选为只允许)特权模式下访问。3、此外,特权模式可以自由得切换处理器模式,而用户模式不能直接切换到别得模式。ARM异常处理1、当异常产生时,ARM核:(1)拷贝CPSR到SPSR_<mode>(2)设置适当得CPSR位:a、改变处理器状态进入ARM态b、改变处理器模式进入相应得异常模式c、设置中断禁止位禁止相应中断(如需要)(3)保存返回地址到LR_<mode>(4)设置PC为相应得异常向量地址2、返回时,异常处理程序需要:(1)从SPSR_<mode>恢复CPSR(2)从LR_<mode>恢复PC(3)注意:这些操作只能在ARM态执行、ARM指令集ARM寻址方式:掌握ARM微处理器9种寻址方式得特点。(1).寄存器寻址操作数得值在寄存器中,指令中得地址码字段给出得就是寄存器编号,寄存器得内容就是操作数,指令执行时直接取出寄存器值操作。例如指令:MOVR1,R2;R1←R2SUBR0,R1,R2;R0←R1-R2(2).立即寻址在立即寻址指令中数据就包含在指令当中,立即寻址指令得操作码字段后面得地址码部分就就是操作数本身,取出指令也就取出了可以立即使用得操作数(也称为立即数)。立即数要以“#”为前缀,表示16进制数值时以“0x”表示。例如指令:ADDR0,R0,#1;R0←R0+1MOVR0,#0xff00;R0←0xff00(3).寄存器移位寻址寄存器移位寻址就是ARM指令集特有得寻址方式。第2个寄存器操作数在与第1个操作数结合之前,先进行移位操作。例如指令:MOVR0,R2,LSL#3;R2得值左移3位,结果放入R0,即R0=R2*8A