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1、ARM7TDMIARM7TDMI介绍 ARM7TDMI核，是从最早实现了32位地址空间编程模式的ARM6核发展而来的，可稳定地在低于5V的电源电压下可靠地工作。增加了64位乘法指令、支持片上调试、Thumb指令集和EmbeddedICE片上断点和观察点。ARM7TDMI是ARM公司最早为业界普遍认可且得到了广泛应用的核，特别是在手机和PDA应用中。随着ARM技术的发展，它已是目前最低端的ARM核。 ARM7TDMI处理器区别于其他ARM7处理器的一个重要特征是其独有的称之为Thumb的架构策略。该策略为基本ARM架构的扩展，由36种基于标准32位ARM指令集、但重新采用16位宽度优化编码的指令
2、格式构成。由于Thumb指令的宽度只为ARM指令的一半，因此能获得非常高的代码密度。当Thumb指令被执行时，其16位的操作码被处理器解码为等效的32位标准ARM指令，然后ARM处理器核就如同执行32位的标准ARM指令一样执行16位的Thumb指令。也即是Thumb架构为16位的系统提供了一条获得32位性能的途径。 ARM7TDMI内核既能执行32位的ARM指令集，又能执行16位的Thumb指令集，因此允许用户以子程序段为单位，在同一个地址空间使用Thumb指令集和ARM指令集混合编程，采用这种方式，用户可以在代码大小和系统性能上进行权衡，从而为特定的应用系统找到一个最佳的编程解决方案。 32
3、位的ARM指令集由13种基本的指令类型组成，可分为如下四大类。 1）4类分支指令用于控制程序的执行流程、指令的特权等级可在ARM代码与Thumb代码之间进行切换。 2）3类数据处理指令用于操作片上的ALU、桶型移位器和乘法器，以完成在31个32位的通用寄存器之间的高速数据处理。 3）3类加载/存储指令用于控制在存储器和寄存器之间的数据传输。一类为方便寻址进行了优化，另一类用于快速的上下文切换，第三类用于数据交换。 4）3类协处理器指令用于控制外部的协处理器，这些指令以开放统一的方式扩展用于片外功能指令集。 几乎所有的32位ARM指令都可以条件执行。 16位的Thumb指令集为32位ARM指令集
4、的扩展，共包含36种指令格式，可分为如下四个功能组。 1）4类分支指令。 2）12类数据处理指令，为标准ARM数据处理指令的一个子集。 3）8类加载/存储寄存器指令。 4）4类加载/存储乘法指令。 在同一种处理模式下，每一条16位的Thumb指令都有对应的32位ARM指令。 如前所述，ARM7TDMI内核支持两种工作状态和七种操作模式，当系统响应中断或异常或者访问受保护的系统资源时，处理器会进入特权模式。 ARM7TDMI核的部件和主要信号路径如图2.7所示。 由图2.7我们可以看出ARM7TDMI主要由三部分构成：调试部分、总线分割和ARM7TDMI的处理器核。 1.调试部分 调试部分在第9
5、章有较详细的介绍，这里主要说明几个信号的功能。 SCREG3:0：确定当前扫描链的ID编号，即当前使用的是哪一条扫描链。 IR(TAP controller instruction register)3:0：表明加载到TAP控制器指令寄存器的当前指令。指令寄存器共有4位，在Capture-IR时装入指令、在Shift-IR时作为TI和TO之间的串行通路、在Update-IR时指令寄存器的值成为当前指令。用于加载到TAP指令寄存器中的指令共10条，如表2.5所示。 表2.5? TAP指令 指? 令 EXTEST SCAN_N INTEST IDCODE BYPASS CLAMP HIGHZ 二进
6、制代码 0000 0010 1100 1110 1111 0101 0111 功? 能 使被选中的扫描链进入测试模式，用于内部部件测试 在TDI和TDO之间连接扫描链路径选择寄存器 使被选中的扫描链进入测试模式，用于核测试 在TDI和TDO之间连接设备标识寄存器 在TDI和TDO之间连接旁路寄存器,扫描链进入系统操作模式 在TDI和TDO之间连接旁路寄存器，输出信号的值是当前装入扫描链的值 在TDI和TDO之间连接旁路寄存器，使相应的信号进入高阻状态 CLAMPZ 1001 在TDI和TDO之间连接旁路寄存器，确保测试时非0、1的信号无效 在AMR7TDMI中仅可用于产品测试，扫描链上未用。在
7、AMR9TDMI中选中的扫描链进入正常操作模式 在TDI和TDO之间连接旁路寄存器，从调试状态重新启动处理器 SAMPLE/PRELOAD 0011 RESTART 0100 TAPSM3:0：表明TAP控制器状态机的当前状态。 2. 总线分割 ARM7TDMI和存储器之间的两种数据总线形式单向总线输入DIN31:0、单向总线输出DOUT31:0和双向总线D31:0。总线分割在调试情况下经常用来进行状态的切换。 3. ARM7TDMI的处理器核 ARM7TDMI的处理器核的框图如图2.8所示。我们首先看看它完成的功能和工作过程。对于ARM7的3级流水线工作模式，它实际完成取指、译码和执行的整个
8、过程。左上部分实际主要完成指令执行，指令执行主要是由算术逻辑单元ALU完成，其上部的通道主要完成数据的供给，并能根据执行指令的不同进行适当的调整，如进行移位等操作。右上部分主要是完成指令译码和整个处理器逻辑的控制。下边的两部分主要分别完成指令和数据的读取、数据存储操作。从图2.8中可以看出指令译码和控制逻辑同数据通道是分离的，这样有利于流水线的实现。 表2.5? TAP指令 指? 令 EXTEST SCAN_N INTEST IDCODE BYPASS CLAMP HIGHZ CLAMPZ 二进制代码 0000 0010 1100 1110 1111 0101 0111 1001 功? 能 使
9、被选中的扫描链进入测试模式，用于内部部件测试 在TDI和TDO之间连接扫描链路径选择寄存器 使被选中的扫描链进入测试模式，用于核测试 在TDI和TDO之间连接设备标识寄存器 在TDI和TDO之间连接旁路寄存器,扫描链进入系统操作模式 在TDI和TDO之间连接旁路寄存器，输出信号的值是当前装入扫描链的值 在TDI和TDO之间连接旁路寄存器，使相应的信号进入高阻状态 在TDI和TDO之间连接旁路寄存器，确保测试时非0、1的信号无效 在AMR7TDMI中仅可用于产品测试，扫描链上未用。在AMR9TDMI中选中的扫描链进入正常操作模式 在TDI和TDO之间连接旁路寄存器，从调试状态重新启动处理器 SAMPLE/PRELOAD 0011 RESTART 0100
