《嵌入式系统及其应用第三讲ARM简介与ARM体系结构.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《嵌入式系统及其应用第三讲ARM简介与ARM体系结构.ppt（54页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第三讲 ARM简介与体系结构,南京邮电大学 自动化学院,2,OUTLINE,3.1 ARM简介3.2 RISC体系结构3.3 ARM编程模型3.4 ARM开发工具基础3.5 本章小结 习题,3,3.1 ARM简介,ARM公司简介,将技术授权给其它芯片厂商,形成各具特色的ARM芯片,4,5,6,ARM处理器的应用 当前主要应用于消费类电子领域 约占32位嵌入式微处理器75以上的市场份额 全球80%的GSM/3G手机、99%的CDMA手机以及绝大多数PDA产品均采用ARM体系的处理器“掌上计算”相关的所有领域皆为其所主宰ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面,7,ARM体系结构,ARM处理器为
2、RISC芯片，简单的结构使得：ARM内核非常小 器件的功耗非常低具有经典RISC的特点,为了清楚的表达每个ARM应用实例所使用的指令集，ARM公司定义了7种主要的ARM指令集体系结构版本，以版本号v1v7表示 v1v3目前已废弃,8,9,ARM处理器核简介,ARM公司开发了很多系列的ARM处理器核如：ARM7、ARM9、ARM10、ARM11等系列 ARM6核以及更早的系列已很少见 目前应用比较广泛的系列是：,ARM7,ARM9,ARM9E,ARM10,SecurCore,Xscale,ARM11,Cortex,10,ARM7系列类型：ARM7TDMI ARM7TDMI-S ARM720T A
3、RM7EJARM9系列类型：ARM920T ARM922T ARM940T,例如：ARM7、ARM9系列微处理器,11,ARM系列后缀的含义,ARM7 E J,12,注意：“ARM核”并不是芯片 ARM核RAM、ROM、片内外设等组合在一起才能构成现实的芯片,13,ARM系列简介,14,15,16,17,一、RISC 的产生和发展,80 20 规律,80%的语句仅用处理机中 20%的指令,执行频度高的简单指令，因复杂指令 的存在，执行速度无法提高,RISC（Reduced Instruction Set Computer）,CISC（Complex Instruction Set Comput
4、er）,RISC技术,3.2 RISC体系结构的继承,18,二、RISC 的主要特征,选用使用频率较高的一些 简单指令 复杂指令的功能由简单指令来组合,指令 长度固定,只有 LOAD/STORE 指令访存,流水技术 一个时钟周期 内完成一条指令,组合逻辑 实现控制器,多个 通用 寄存器,采用 优化 的 编译 程序,19,CISC与RISC的数据通道,IF,ID,REG,ALU,MEM,开始,退出,IF,ID,ALU,MEM,REG,微操作通道,开始,退出,单通数据通道,RISC：Load/Store结构,CISC：寻址方式复杂,20,CISC与RISC的对比,21,三、ARM内核RISC架构的
5、特别技术,所有的指令可根据前面的执行结果决定是否 被执行,可用加载/存储指令批量传输数据,可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理 和移位处理,在循环处理中使用地址的自动增减来提高运 行效率,22,四、ARM的流水线技术,1.指令的串行执行,取指令 取指令部件 完成,总有一个部件 空闲,执行指令 执行指令部件 完成,23,四、ARM的流水线技术,2.指令的二级流水,指令预取,若 取指 和 执行 阶段时间上 完全重叠,指令周期 减半 速度提高 1 倍,24,六级流水,14 个时间单位,串行执行,6 9=54 时间单位,完成 一条指令,6 个时间单位,3.指令的六级流水,25,ARM7：三级流水,A
6、RM9：五级流水,ARM10：六级流水,26,一、存储数据类型、存储格式,ARM处理器支持下列数据类型：字节 8位半字 16位(必须分配为占用两个字节)字 32位(必须分配为占用4个字节),字对齐、半字对齐,3.3 ARM编程模型,27,存储格式,大端格式,字数据的高字节存储在低地址中,28,小端格式,字数据的高字节存储在高地址中,存储格式,29,冯诺依曼体系结构（ARM7）,指令寄存器,控制器,数据通道,输入,输出,中央处理器,存储器,程序,指令0,指令1,指令2,指令3,指令4,数据,数据0,数据1,数据2,30,哈佛体系结构（ARM9以后）,指令寄存器,控制器,数据通道,输入,输出,CP
7、U,程序存储器,指令0,指令1,指令2,数据存储器,数据0,数据1,数据2,地址,指令,地址,数据,31,ARM体系结构支持下表所列的7种处理器模式,二、处理器模式,32,33,34,三、双指令集与处理器工作状态,双指令集16位Thumb指令集：密度高，所占存储空间较小32位的ARM指令集：处理32位数据时性能较高,处理器工作状态Thumb状态：执行半字对准的Thumb指令ARM状态：执行字对准的ARM指令 可以切换，不影响运行模式和寄存器的内容,35,处理器状态切换,使用BX指令可以将ARM内核的操作状态在ARM状态和Thumb状态之间进行切换，如下：,;从Arm状态切换到Thumb状态 L
8、DR R0,=Lable+1 BX R0;从Thumb状态切换到ARM状态 LDR R0,=Lable BX R0,地址最低位为1，表示切换到Thumb状态,地址最低位为0，表示切换到ARM状态,跳转地址标号,36,四、寄存器组,31个通用寄存器 6个状态寄存器,37,通用寄存器 未分组寄存器R0R7 所有运行模式下，都指向同一个物理寄存器 分组寄存器R8R14每一次访问的物理寄存器与处理器当前的运行模式有关 程序计数器R15 ARM状态：位1:0为0，位31:2用于保存PC；Thumb状态：位0为0，位31:1用于保存PC；寄存器R16 当前程序状态寄存器,1、ARM状态下的寄存器组,38,
9、39,2、Thumb状态下的寄存器组,40,两种状态下的寄存器组对应关系,41,1个当前程序状态寄存器(CPSR)5个备份的程序状态寄存器(SPSR,供异常处理使用)备份的状态程序寄存器功能：保存ALU中的当前操作信息 控制允许和禁止中断 设置处理器的运行模式,3、程序状态寄存器,42,条件代码标志,保留,控制位,溢出标志 Overflow,进位或借位扩展 Carry,零 Zero,负或小于 Negative,IRQ禁止 Interrupt,FIQ禁止 Fast,状态位 Thumb,模式位 Mode,N,Z,C,V,I,T,F,CPSR寄存器的格式,43,五、异常与中断处理,1、ARM支持的异
10、常类型 复位 未定义指令 软件中断 中止 指令预取中止 及 数据中止 IRQ FIQ,44,ARM体系结构所支持的异常,45,异常向量（Exception Vectors）,46,复位 高 数据中止 FIQ IRQ 预取指令中止未定义指令，SWI 低,2、异常的优先级,47,3、应用程序中的异常处理 在异常向量表中的特定位置放置一条跳转指令，跳转到异常处理程序。4、异常的响应过程 将下一条指令的地址存入相应连接寄存器LR 将CPSR复制到相应的SPSR中 根据异常类型，强制设置CPSR的运行模式 强制PC从相关的异常向量地址取下一条指令执行,48,5、异常的返回过程 将连接寄存器LR的值减去相
11、应的偏移量送到PC中 将SPSR复制到相应的CPSR中 若设置了中断禁止位，则清除复位异常处理程序不需要返回,49,ADT 嵌入式开发环境ARM Development Tools 武汉创维特开发,ADT Emulator for ARM,ADT IDE for ARM,3.4 ARM开发工具基础,50,ARM ADS 集成开发环境,ARM ADS：ARM Developer SuiteARM公司推出最新版本为ADS 1.2。支持所有ARM系列处理器包括：代码生成工具 集成开发环境调试器 指令集模拟器ARM 开发包 ARM应用库,51,ARM应用系统开发工具,In Circuit Emulator,52,53,JTAG调试接口,边界扫描技术 通过边界扫描寄存器单元，实现对芯片输入输出信号的观察和控制 边界扫描寄存器对芯片是透明的，正常的运行不会受到任何影响 不占用ARM芯片上的任何硬件资源 比较方便和容易发现程序中存在的问题,END,
