ARM體系結(jié)構(gòu)與編程-第一章備份

ARM體系結(jié)構(gòu)與編程大連交通大學(xué)軟件學(xué)院嵌入式教研室授課教師：岳洋email:haizhix@163.辦公電話：86223625qq:497998601ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!這門課主要講的是什么？ARMAdvancedRISCMachine1、ARM基礎(chǔ)知識（第1、2章）2、ARM匯編（第3、4、8章）3、ARM存儲系統(tǒng)MMU（第5章）MemoryManagementUnit4、異常中斷處理（第9章）2ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!學(xué)習(xí)這門課的目的是什么？3ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!幾本書利用互聯(lián)網(wǎng)ADS1.2的幫助文檔onlinebooks4ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式系統(tǒng)的歷史與現(xiàn)狀從1946年電子計算機(jī)的誕生，發(fā)展到今天在許多場合要求將微型機(jī)嵌入到一個對象體系中，實現(xiàn)對象體系的智能化控制。為了區(qū)別于通用計算機(jī)系統(tǒng)，把嵌入到對象體系中，實現(xiàn)對象體系智能化控制的計算機(jī)，稱作嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)。5ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!2嵌入式系統(tǒng)的定義6ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!嵌入式系統(tǒng)組成ESOFTWARE嵌入式軟件嵌入式操作系統(tǒng)處理器（內(nèi)核）ARMMIPSPowerPCSparc—嵌入式微處理器配置硬件補(bǔ)平硬件差異為軟件搭建平臺,如linux、wince提供功能應(yīng)用7ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!現(xiàn)實生活中的嵌入式系統(tǒng)實例家庭環(huán)境8ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!現(xiàn)實生活中的嵌入式系統(tǒng)實例工業(yè)自動化領(lǐng)域9ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!現(xiàn)實生活中的嵌入式系統(tǒng)實例交通領(lǐng)域10ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!現(xiàn)實生活中的嵌入式系統(tǒng)實例醫(yī)療系統(tǒng)11ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!第1章目錄8.異常9.復(fù)位10.存儲器及存儲器映射I/O11.尋址方式簡介12.ARM7指令簡介13.協(xié)處理器接口14.調(diào)試接口簡介1.簡介2.ARM7三級流水線3.處理器狀態(tài)4.處理器模式5.內(nèi)部寄存器6.程序狀態(tài)寄存器7.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型12ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!1.1ARM簡介ARM公司簡介將技術(shù)授權(quán)給芯片廠商形成各具特色的ARM芯片...13ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!1.1ARM簡介一點啟示學(xué)習(xí)ARM核時，涉及具體管腳和功能寄存器的設(shè)置不多。在學(xué)習(xí)51系列單片機(jī)時，能學(xué)會控制定時器/計數(shù)器，學(xué)會串口的使用，知道每個引腳的作用。但學(xué)習(xí)ARM核時，還未大范圍涉及這些內(nèi)容。但使用具體芯片就會用到arm核的知識，來使用管腳實現(xiàn)功能。應(yīng)該牢記，學(xué)會ARM核以后，就大致掌握了所有以ARM為核的單片機(jī)。無論這個單片機(jī)結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜，功能多么強(qiáng)大，也無論它來自哪個廠家。14ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!1、在同一條數(shù)據(jù)處理指令中包含算術(shù)邏輯處理和移位處理。如：ADDR0,R1,R1,LSL#3;R0=R1+R1*82、使用地址自動增加（減少）來優(yōu)化程序中的循環(huán)。如：LDRR0,[R1]#4;先R0[R1]，然后自動使R1+43、Load/Store指令可以批量傳輸數(shù)據(jù)，效率很高。一條指令就可以完成入?；虺鰲２僮鳌Ｈ纾篠TMFDR13,{R4-R6};將R4-R6的內(nèi)容放入以R13為?；返倪B續(xù)3個單元中4、所有指令都可以根據(jù)前面指令的執(zhí)行結(jié)果，決定是否執(zhí)行。如：CMPR2,R3;R2與R3相等跳到loop，不等則執(zhí)行MOVR1,R0語句BEQloopMOVR1,R015ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!1.1ARM簡介各ARM體系結(jié)構(gòu)版本——V1該版本的ARM體系結(jié)構(gòu)，只有26位的尋址空間，如今現(xiàn)在已經(jīng)廢棄不再使用，沒有商業(yè)化，其特點為：基本的數(shù)據(jù)處理指令(加，減，與，或，非，比較）（這個版本不包括乘法）；字節(jié)、字和半字加載/存儲指令；具有分支指令，包括在子程序調(diào)用中使用的分支和鏈接指令；在操作系統(tǒng)調(diào)用中使用的軟件中斷指令（SWI）。16ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!1.1ARM簡介各ARM體系結(jié)構(gòu)版本——V3

尋址范圍擴(kuò)展到32位：增加了程序狀態(tài)保護(hù)寄存器SPSR；增加了兩種處理器模式（ARM和THUMB）；修改了v3以前用于異常返回指令的功能；教材有更詳細(xì)的介紹17ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!1.1ARM簡介各ARM體系結(jié)構(gòu)版本——V5在V4版本的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)在指令的定義進(jìn)行了必要的修正，對V4版本的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了擴(kuò)展并增加了指令，具體如下：改進(jìn)了ARM/Thumb狀態(tài)之間的切換效率；允許T變種（支持Thumb指令集）和非T變種一樣，使用相同的代碼生成技術(shù)；增加前導(dǎo)零計數(shù)(最高有效位前0的個數(shù)）指令CLZ和軟件斷點指令BKPT；對乘法指令如何設(shè)置標(biāo)志作了嚴(yán)格的定義。18ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!1.1ARM簡介ARM處理器核簡介ARM公司開發(fā)了很多系列的ARM處理器核，目前最新的系列已經(jīng)是ARM11了，而ARM6核以及更早的系列已經(jīng)很罕見了。目前應(yīng)用比較廣泛的系列是：ARM7ARM9ARM9EARM10SecurCoreXscaleStrongARMARM11E19ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!1.1ARM簡介ARM處理器核簡介——ARM7特點低功耗0.9MIPS/MHz（mips指每秒百萬條指令）的3級流水線結(jié)構(gòu)32位ARM指令集和16位的Thumb指令集主頻最高可達(dá)130MIPS典型芯片ATMEL公司AT91M40800/55800A；Samsung公司的S3C44B0/4510B20ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!1.2ARM7TDMI簡介ARM7TDMI支持32位尋址范圍，使用了馮·諾依曼（VonNeumann）結(jié)構(gòu)，指令和數(shù)據(jù)共用一條32位總線。

ARM7TDMI的后綴意義為：支持高密度16位的Thumb指令集；支持片上調(diào)試；支持64位乘法；支持EmbededICE（調(diào)試接口）觀察硬件；ARM7TDMI21ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!1.1MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)（見備注），5級流水線32位ARM指令集和16位Thumb指令集全性能的MMU(存儲器管理單元），支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力1.1ARM簡介ARM處理器核簡介——ARM9特點

典型芯片

ATMEL公司AT91RM9200；

Samsung公司的S3C2410

22ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!支持DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號處理的場合。6級流水線，指令執(zhí)行效率更高。支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。支持64位的高速AMBA總線接口。支持VFP10浮點處理協(xié)處理器。全性能的MMU，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力主頻最高可達(dá)400MIPS。內(nèi)嵌并行讀/寫操作部件。1.1ARM簡介ARM處理器核簡介——ARM10特點23ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!1.1ARM簡介ARM處理器核簡介——SecurCore該系列處理器主要針對新興的安全市場，以一種全新的安全處理器設(shè)計為智能卡和其它安全I(xiàn)C（集成電路）開發(fā)提供獨(dú)特的32位系統(tǒng)設(shè)計，并具有特定反偽造方法，從而有助于防止對硬件和軟件的盜版。24ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!Xscale蘋果iPhone手機(jī)25ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!第1章目錄8.異常9.復(fù)位10.存儲器及存儲器映射I/O11.尋址方式簡介12.ARM7指令簡介13.協(xié)處理器接口14.調(diào)試接口簡介1.簡介2.ARM7三級流水線3.處理器狀態(tài)4.處理器模式5.內(nèi)部寄存器6.程序狀態(tài)寄存器7.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型26ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!取指譯碼執(zhí)行從程序存儲器中取出指令送到處理器內(nèi)核指令譯碼(指明處理器的操作）執(zhí)行這些操作取指譯碼執(zhí)行取指譯碼執(zhí)行取指譯碼執(zhí)行t指令指令1指令2指令33級流水線功能段劃分PC為某個正在取址指令所在的地址，確切地說是該指令最低字節(jié)的地址。PC指針？PC－8指令1指令2指令3PC指針-->取指譯碼執(zhí)行PC－4PC-4-->PC-8-->高地址低地址27ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!第1章目錄1.簡介2.ARM7三級流水線3.處理器狀態(tài)4.處理器模式5.內(nèi)部寄存器6.程序狀態(tài)寄存器7.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型8.異常9.復(fù)位10.存儲器及存儲器映射I/O11.尋址方式簡介12.ARM7指令簡介13.協(xié)處理器接口14.調(diào)試接口簡介28ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!第1章目錄8.異常9.復(fù)位10.存儲器及存儲器映射I/O11.尋址方式簡介12.ARM7指令簡介13.協(xié)處理器接口14.調(diào)試接口簡介1.簡介2.ARM7三級流水線3.處理器狀態(tài)4.處理器模式5.內(nèi)部寄存器6.程序狀態(tài)寄存器7.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型29ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!處理器模式說明備注用戶(usr)user正常程序工作模式不能直接切換到其它模式系統(tǒng)(sys)system用于支持操作系統(tǒng)與用戶模式類似，但具有可以直接切換到其它模式等特權(quán)快速中斷(fiq)fastinterruptrequest支持高速數(shù)據(jù)傳輸及通道處理FIQ異常響應(yīng)時（引腳低電平有效）進(jìn)入此模式中斷(irq)interruptrequest用于通用中斷處理引腳低電平有效，IRQ異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式管理(svc)supervisor操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模式（復(fù)位后執(zhí)行bootloader，可以設(shè)置引導(dǎo)某個操作系統(tǒng)）系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷（執(zhí)行SWI指令）響應(yīng)時進(jìn)入此模式數(shù)據(jù)訪問中止(abt)abort用于支持虛擬存儲或存儲器保護(hù)當(dāng)存取異常時進(jìn)入此模式未定義(und)undefined支持軟件仿真硬件的協(xié)處理器執(zhí)行未定義指令時，會將該指令送到協(xié)處理器，如果協(xié)處理器都處理不了該指令，就產(chǎn)生未定義指令異常中斷，進(jìn)入此模式1.4處理器模式30ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!1.4處理器模式異常模式處理器模式說明備注用戶(usr)正常程序工作模式不能直接切換到其它模式系統(tǒng)(sys)用于支持操作系統(tǒng)的特權(quán)任務(wù)等與用戶模式類似，但具有可以直接切換到其它模式等特權(quán)快中斷(fiq)支持高速數(shù)據(jù)傳輸及通道處理FIQ異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式中斷(irq)用于通用中斷處理IRQ異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式管理(svc)操作系統(tǒng)保護(hù)代碼系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時進(jìn)入此模式中止(abt)用于支持虛擬內(nèi)存和/或存儲器保護(hù)在ARM7TDMI沒有大用處未定義(und)支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真未定義指令異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式未定義(und)中止(abt)管理(svc)中斷(irq)快中斷(fiq)這五種模式稱為異常模式。它們除了可以通過程序(修改CPSR）切換進(jìn)入外，也可以由特定的異常進(jìn)入。當(dāng)特定的異常出現(xiàn)時，處理器進(jìn)入相應(yīng)的模式。每種異常模式都有一些獨(dú)立的寄存器，供異常處理使用。31ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!第3章目錄8.異常9.復(fù)位10.存儲器及存儲器映射I/O11.尋址方式簡介12.ARM7指令簡介13.協(xié)處理器接口14.調(diào)試接口簡介1.簡介2.ARM7三級流水線3.處理器狀態(tài)4.處理器模式5.內(nèi)部寄存器6.程序狀態(tài)寄存器7.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型32ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)StackPointerR13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)LinkRegisterR14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)ProgramCounterR15狀態(tài)寄存器CPSRCurrentProgramStatusRegisterCPSRSPSRSavedProgramStatusRegister無SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq33ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq無CPSRR15R14R13R12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0用戶無CPSRR15R14R13R12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0系統(tǒng)SPSR_svcCPSRR15R14_svcR13_svcR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0管理SPSR_abtCPSRR15R14_abtR13_abtR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0中止SPSR_undCPSRR15R14_undR13_undR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0未定義SPSR_irqCPSRR15R14_irqR13_irqR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0中斷SPSR_fiqCPSRR15R14_fiqR13_fiqR12_fiqR11_fiqR10_fiqR9_fiqR8_fiqR7R6R5R4R3R2R1R0快中斷ARM狀態(tài)各模式下可以訪問的寄存器34ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq一般的通用寄存器R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8R7R6R5R4R3R2R1R0R7R6R5R4R3R2R1R0其中R0～R7為未分組（未備份）的寄存器，對于任何處理器模式，都使用相同的同一組物理寄存器。35ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq一般的通用寄存器R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8

寄存器R8～R12有兩個分組的物理寄存器。一個用于除FIQ模式之外的所有模式，另一個用于FIQ模式。這樣在發(fā)生FIQ中斷后，可以不必執(zhí)行保存和恢復(fù)（R8-R12）的指令，從而加速FIQ的處理速度。36ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq堆棧指針寄存器R13（SP）寄存器R13常作為堆棧指針（SPStackPointer）。在ARM指令集當(dāng)中，使用R13作為棧指針，只是習(xí)慣的用法。但是在Thumb指令集中存在指令強(qiáng)制地使用R13作為堆棧指針。37ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq鏈接寄存器R14（LR）R14為鏈接寄存器（LRLinkRegister），有兩個功能：每一種模式自己的R14中存放當(dāng)前子程序返回地址；當(dāng)發(fā)生異常中斷時，該模式的R14存放異常中斷的返回地址。38ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!1.5內(nèi)部寄存器R14寄存器引申在出現(xiàn)子程序的嵌套（BL、BLX）或中斷的嵌套時，R14保存的是最后一次調(diào)用的返回地址。39ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!1.5內(nèi)部寄存器R14寄存器注意要點R14R14_irq用戶模式下的程序第一次IRQ的程序AaB...XA返回用戶模式地址1.執(zhí)行用戶模式下的程序；2.發(fā)生IRQ中斷，硬件將某個地址存入IRQ模式下的R14_irq寄存器，用戶模式下的R14沒有被破壞；3.IRQ服務(wù)程序A執(zhí)行完畢，將R14_irq寄存器的內(nèi)容減去某個常量后存入PC，返回之前被中斷的程序；未被破壞第二次IRQ程序BareturnB...XA返回到次IRQ4.如果在次IRQ處理程序中，再次發(fā)生第二次IRQ中斷（或調(diào)用子程序）；5.硬件將返回次irq的地址保存在R14_irq寄存器中，原來保存的返回用戶模式的地址將被覆蓋；被破壞6.這樣，在程序B返回到程序A，程序A將不能正確返回到用戶模式returnreturn解決辦法：在發(fā)生第二次irq中斷時,將R14_irq保存到某個寄存器，(如R1,保存返回用戶模式的地址）；在程序A返回時，使用movpc,r140ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!1.5內(nèi)部寄存器寫R15正常操作時，寫入R15（PC）的值被當(dāng)作一個指令地址，程序從這個地址處繼續(xù)執(zhí)行（相當(dāng)于執(zhí)行一次無條件跳轉(zhuǎn)）。LDRPC,=START ;跳轉(zhuǎn)到START地址標(biāo)號的指令處MOVPC，LR ;跳轉(zhuǎn)到LR指向的位置

41ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!SUB R1,PC,#4 ;R1下面STR指令的地址STR PC,[R0] ;將STR指令（當(dāng)前指令）地址+偏移量(8 ;或12）放入R0指向的地址單元,LDR R0,[R0] ;把STR指令地址+偏移量的值放入R0SUB R0,R0,R1 ;計算偏移量R0=R0-R1結(jié)合教材p14頁1.5內(nèi)部寄存器讀R15的限制計算具體芯片偏移量程序代碼：R15（PC）的值是處理器正在取指指令的地址，即當(dāng)前正在執(zhí)行指令的地址加上842ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!第3章目錄8.異常9.復(fù)位10.存儲器及存儲器映射I/O11.尋址方式簡介12.ARM7指令簡介13.協(xié)處理器接口14.調(diào)試接口簡介1.簡介2.ARM7三級流水線3.處理器狀態(tài)4.處理器模式5.內(nèi)部寄存器6.

程序狀態(tài)寄存器7.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型43ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!1.6程序狀態(tài)寄存器簡介ARM內(nèi)核包含1個CPSR和5個供異常處理程序使用的SPSR。CPSR反映了當(dāng)前處理器的狀態(tài)，其包含：4個條件代碼標(biāo)志（符號(N)、零(Z)、進(jìn)位(C)和溢出(V)）；2個中斷禁止位（F/I），分別控制一種類型的中斷；5個對當(dāng)前處理器模式進(jìn)行編碼的位M[4:0]；1個用于指示當(dāng)前執(zhí)行指令(ARM還是Thumb)的T位。44ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁!1.6程序狀態(tài)寄存器條件代碼標(biāo)志各標(biāo)志位的含義如下：N（Negative)正、負(fù)標(biāo)志，運(yùn)算結(jié)果的最高位bit[31]反映在該標(biāo)志位。結(jié)果為負(fù)數(shù)時N=1，結(jié)果為正數(shù)或零時N=0；Z(Zero）零標(biāo)志，指令執(zhí)行結(jié)果為0時Z=1（通常表示比較結(jié)果“相等”），否則Z=0；C（Carry）進(jìn)、借位標(biāo)志，當(dāng)進(jìn)行加法運(yùn)算并且最高位產(chǎn)生進(jìn)位時C=1，否則C=0。當(dāng)進(jìn)行減法運(yùn)算并且最高位產(chǎn)生借位時C=0，否則C=1。對于結(jié)合移位操作的非加法/減法指令（指單純的移位操作時），C為從最高位最后移出的值，其它指令C通常不變；V（oVerflow）

當(dāng)進(jìn)行加法/減法運(yùn)算，并且發(fā)生有符號溢出時V=1，否則V=0，其它指令V通常不變。45ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁!1.6程序狀態(tài)寄存器控制位中斷禁止位包括I和F位：當(dāng)I位置位時，IRQ中斷被禁止；當(dāng)F位置位時，F(xiàn)IQ中斷被禁止。V4以及更高版本的T體系列T位反映了正在操作的狀態(tài)：當(dāng)T位置位時，處理器正在Thumb狀態(tài)下運(yùn)行；當(dāng)T位清零時，處理器正在ARM狀態(tài)下運(yùn)行。V5以及更高的版本非T系列，見教材16頁模式位包括M4、M3、M2、M1和M0，在特權(quán)模式下（除用戶模式），可以設(shè)置CPSR中的這些位進(jìn)行模式切換。M[4:0]模式0b10000用戶0b10001FIQ0b10010IRQ0b10011管理0b10111中止0b11011未定義0b11111系統(tǒng)46ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁!1.6程序狀態(tài)寄存器CPSR中的其他位（保留位）CPSR中的保留位被保留將來使用。為了提高程序的可移植性，當(dāng)改變CPSR標(biāo)志和控制位時，請不要改變這些保留位。另外，請確保您程序的運(yùn)行不受保留位的值影響，因為將來的處理器可能會將這些位設(shè)置為1或者0。47ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁!1.7體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型字、半字、字節(jié)ARM處理器支持下列數(shù)據(jù)類型：字節(jié)(Byte)8位半字(Half-Word)16位=2個字節(jié)字(Word)32位=4個字節(jié)1112342字對齊：四字節(jié)對齊(為4的倍數(shù)，如0bXX…XX100與0bXX…XX000是字對齊）半字對齊：兩字節(jié)對齊(為2的倍數(shù)，如0bXX…XX10與0bXX…XX00是半字對齊）48ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁!ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲器格式（1）ARM體系結(jié)構(gòu)所支持的最大尋址空間為4GB（232字節(jié)）

大端格式（BigEndian)字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)存儲在低地址中，而字?jǐn)?shù)據(jù)的低字節(jié)則存放在高地址中。

小端格式(LittleEndian)低地址中存放的是字?jǐn)?shù)據(jù)的低位，高位存放的是字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)。ARM缺省設(shè)置是小端格式1.7體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型49ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁!ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲器格式（3）r0=0x11223344STRr0,[r1]LDRBr2,[r1]r1=0x100Memory32100123ByteLane312423161587011223344312423161587044332211312423161587011223344312423161587000000044312423161587000000011LittleendianBigendianr2=0x44r2=0x11存儲字?jǐn)?shù)據(jù)加載字節(jié)數(shù)據(jù)r1=0x100r1=0x10050ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁!1.8異常簡介只要正常的程序流被暫時中止，處理器就進(jìn)入異常模式。例如響應(yīng)一個來自外設(shè)的中斷。在處理異常之前，ARM內(nèi)核保存當(dāng)前的處理器狀態(tài)CPSR（這樣當(dāng)處理程序結(jié)束時，可以恢復(fù)執(zhí)行原來的程序），然后轉(zhuǎn)去處理異常。如果同時發(fā)生兩個或更多異常，那么將按中斷優(yōu)先級的順序來處理異常。51ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁!1.8異常 當(dāng)處理器的快速中斷請求引腳有效，且CPSR中的F位為0（允許fiq）時，產(chǎn)生FIQ異常。FIQ（快速中斷請求） 當(dāng)處理器的外部中斷請求引腳有效，且CPSR中的I位為0（允許irq）時，產(chǎn)生IRQ異常。系統(tǒng)的外設(shè)可通過該異常請求中斷服務(wù)。IRQ（外部中斷請求） 若處理器數(shù)據(jù)訪問指令的地址不存在，或該地址不允許當(dāng)前指令訪問時，產(chǎn)生數(shù)據(jù)中止異常。數(shù)據(jù)中止 若處理器預(yù)取指令的地址不存在，或該地址不允許當(dāng)前指令訪問，存儲器會向處理器發(fā)出中止信號，當(dāng)預(yù)取的指令被執(zhí)行時，才會產(chǎn)生指令預(yù)取中止異常。指令預(yù)取中止 該異常由執(zhí)行SWI指令產(chǎn)生，可用于用戶模式下的程序調(diào)用特權(quán)操作指令?？墒褂迷摦惓C(jī)制實現(xiàn)系統(tǒng)功能調(diào)用。軟件中斷 當(dāng)ARM處理器或協(xié)處理器遇到不能處理的指令時，產(chǎn)生未定義指令異常?？墒褂迷摦惓C(jī)制進(jìn)行軟件仿真。未定義指令 當(dāng)處理器的復(fù)位電平有效時，產(chǎn)生復(fù)位異常，程序跳轉(zhuǎn)到復(fù)位異常處理程序處執(zhí)行。復(fù)位具體含義異常類型52ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁!1.8異常從異常中斷處理程序中返回 恢復(fù)被中斷的程序的處理器狀態(tài)，即將SPSR_mode寄存器內(nèi)容復(fù)制到CPSR。 返回到發(fā)生異常中斷的指令的下一條或中斷處

（此處教材19頁第1段不全面，參考269頁倒數(shù)第3段）指令處執(zhí)行，即將LR_mode寄存器的內(nèi)容復(fù)制到程序計數(shù)器PC。mode根據(jù)情況為fiq，svc，abt，irq，und53ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁!1.9復(fù)位復(fù)位當(dāng)nRESET信號被拉低時（一般外部復(fù)位引腳電平的變化和芯片的其它復(fù)位源會改變這個內(nèi)核信號），ARM處理器放棄正在執(zhí)行的指令。在復(fù)位后，除PC和CPSR之外的所有寄存器的值都不確定。54ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第54頁!第1章目錄8.異常9.復(fù)位10.尋址方式簡介11.ARM7指令簡介12.協(xié)處理器接口13.調(diào)試接口簡介1.簡介2.ARM7三級流水線3.處理器狀態(tài)4.處理器模式5.內(nèi)部寄存器6.程序狀態(tài)寄存器7.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型55ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第55頁!

ARM結(jié)構(gòu)通常希望所有的存儲器訪問都合理的對齊。具體來說就是字訪問的地址通常是字對齊的，而半字訪問使用的地址是半字對齊的。不按這種方式對齊的存儲器訪問稱為非對齊的存儲器訪問。1.10存儲器及存儲器映射I/O未對齊的存儲器訪問56ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第56頁!

1.10存儲器及存儲器映射I/O未對齊的數(shù)據(jù)訪問操作對于load/store操作，如果是非對齊的數(shù)據(jù)訪問操作，系統(tǒng)定義了下面3種可能結(jié)果。執(zhí)行的結(jié)果不可預(yù)知忽略字單元地址的低兩位的值，即訪問地址為（addressand0xfffffffc)的字單元；忽略半字單元地址的最低位的值，即訪問地址為（addressand0xfffffffe)的半字單元由存儲系統(tǒng)實現(xiàn)忽略字單元地址的低兩位的值；忽略半字單元地址的最低位的值，這時該地址值原封不動地送到存儲系統(tǒng)。57ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第57頁!當(dāng)讀取PC時，得到的指令地址比正在執(zhí)行指令的地址落后兩條指令：對于ARM指令，得到的地址是它自身地址+8；對于Thumb指令，得到的地址是它自身地址+4；1.10存儲器及存儲器映射I/O指令的預(yù)取和自修改代碼58ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第58頁!LDR R0,AddInstrSTR R0,NextInstrNextInstrSUBR1,R1,#1...AddInstrADDR1,R1,#1(1)(2)(4)(3)但有可能不按照上面所說的執(zhí)行：因為如果在“SUB”指令預(yù)取之后，執(zhí)行之前，發(fā)生中斷，那么預(yù)取的“SUB”指令將被丟棄，而重新預(yù)取，此次預(yù)取的是ADD指令。如果ARM處理器或存儲器系統(tǒng)允許對預(yù)取指令進(jìn)行備份，并使用這些備份而不是重新預(yù)取，那么以后執(zhí)行這段代碼，仍將執(zhí)行“SUB”指令。1.10存儲器及存儲器映射I/O預(yù)取可能存在的問題提示：因為自修改代碼有許多問題需要考慮，建議盡量避免使用。59ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第59頁!基于ARM內(nèi)核的芯片具有許多的外設(shè)，這些外設(shè)訪問的標(biāo)準(zhǔn)方法是使用存儲器映射的I/O，為外設(shè)的每個寄存器都分配一個地址。通常，從這些地址裝載數(shù)據(jù)用于讀入，向這些地址保存數(shù)據(jù)用于輸出。有些地址的裝載和保存用于外設(shè)的控制功能，而不是輸入或輸出功能。1.10存儲器及存儲器映射I/O存儲器映射的I/O60ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第60頁!尋址方式是處理器執(zhí)行指令時尋找真實操作數(shù)地址的方式。ARM處理器支持9種基本尋址方式：1.11尋址方式簡介尋址方式分類寄存器尋址；立即尋址；寄存器移位尋址（ARM特有）；寄存器間接尋址；多寄存器尋址；堆棧尋址；基址尋址；相對尋址；61ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第61頁!ARM7TDMI處理器有兩個指令集，每種指令集都有自己的優(yōu)缺點：32位ARM指令集：對ARM核的特性提供最大的支持，具有高效、快速的特點；16位Thumb指令集：它是ARM指令的子集，具有更高的代碼密度，非常適合存儲器帶寬和空間都受限制的嵌入式應(yīng)用場合。1.12AMR7指令集簡介簡介62ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第62頁!Thumb指令集可分為4大類指令：分支指令；數(shù)據(jù)處理指令；寄存器加載和存儲指令；異常產(chǎn)生指令。1.12AMR7指令集簡介Thumb指令集63ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第63頁! 協(xié)處理器專門用于進(jìn)行輔助運(yùn)算的芯片，其本身除了運(yùn)算功能外沒有其他功能，因此不能獨(dú)立工作，必須和CPU一起工作。 ARM7TDMI處理器指令集使您可以通過協(xié)處理器來實現(xiàn)特殊的附加指令。這些協(xié)處理器是與ARM7TDMI內(nèi)核相結(jié)合的單獨(dú)的處理單元。一個典型的協(xié)處理器包括：指令流水線；指令譯碼邏輯；寄存器分組；帶獨(dú)立數(shù)據(jù)通路的特殊處理邏輯。1.13協(xié)處理器接口64ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第64頁!1.13協(xié)處理器接口ARM指令集——協(xié)處理器指令 ARM的協(xié)處理器指令主要用于ARM處理器初始化ARM協(xié)處理器的數(shù)據(jù)處理操作，以及在ARM處理器的寄存器和協(xié)處理器的寄存器之間傳送數(shù)據(jù)，和在ARM協(xié)處理器的寄存器和存儲器之間傳送數(shù)據(jù)。ARM協(xié)處理器指令包括以下5條：CDP

協(xié)處理器數(shù)據(jù)操作指令LDC

協(xié)處理器數(shù)據(jù)加載指令STC

協(xié)處理器數(shù)據(jù)存儲指令MCR

ARM處理器寄存器到協(xié)處理器寄存器的數(shù)據(jù)傳送指令MRC

協(xié)處理器寄存器到ARM處理器寄存器的數(shù)據(jù)傳送指令65ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第65頁!第1章目錄8.異常9.復(fù)位10.存儲器及存儲器映射I/O11.尋址方式簡介12.ARM7指令簡介13.協(xié)處理器接口14.調(diào)試接口簡介1.簡介2.ARM7三級流水線3.處理器狀態(tài)4.處理器模式5.內(nèi)部寄存器6.程序狀態(tài)寄存器7.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型66ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第66頁!EmbeddedICE-RT模塊67ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第67頁!前言了解嵌入式系統(tǒng)概述1嵌入式系統(tǒng)簡介2嵌入式系統(tǒng)的定義3嵌入式系統(tǒng)的特點4嵌入式系統(tǒng)的組成5嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用68ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第68頁!嵌入式系統(tǒng)簡介現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)的兩大分支標(biāo)志計算機(jī)進(jìn)入了通用計算機(jī)與嵌入式計算機(jī)兩大分支并行發(fā)展時代。通用計算機(jī)側(cè)重的發(fā)展方向：高速、海量的數(shù)值計算、總線速度提升，擴(kuò)大存儲容量。而嵌入式計算機(jī)對體積、功耗、功能、可靠性、專用性有較高要求。69ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第69頁!嵌入式系統(tǒng)的定義參考IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）的定義：

嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置”嵌入式系統(tǒng)：以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、面向應(yīng)用,對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。70ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第70頁!嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用消費(fèi)電子嵌入式應(yīng)用信息家電智能玩具軍事電子通信設(shè)備移動存貯工控設(shè)備智能儀表汽車電子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工業(yè)軍事國防電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)71ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第71頁!現(xiàn)實生活中的嵌入式系統(tǒng)實例辦公室環(huán)境72ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第72頁!現(xiàn)實生活中的嵌入式系統(tǒng)實例國防領(lǐng)域73ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第73頁!現(xiàn)實生活中的嵌入式系統(tǒng)實例航空領(lǐng)域74ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第74頁!第1章ARM概述及其基本編程模型75ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第75頁!1.1ARM簡介ARM公司簡介ARM是AdvancedRISCMachines的縮寫，它是英國一家微處理器行業(yè)的知名企業(yè)，該企業(yè)設(shè)計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC（精簡指令集）處理器。公司的特點是只設(shè)計芯片，而不生產(chǎn)。它將技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體、軟件和OEM廠商，并提供服務(wù)。76ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第76頁!1.1ARM簡介ARM有三種含義：一個公司的名稱；一類處理器的通稱；一種技術(shù)的名稱。ARM不是完整的單片機(jī)，它只是一個單片機(jī)的內(nèi)核。所謂以ARM為核的單片機(jī)，就是把ARM作為中央處理器（核），根據(jù)需要設(shè)計出外圍功能模塊，用總線把這些功能模塊和ARM核連接在一起，組成一個單片機(jī)。這個單片機(jī)由ARM核控制。77ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第77頁!1.1ARM簡介ARM體系結(jié)構(gòu)

ARM處理器為RISC（reduceinstructionsetputing)芯片，其簡單的結(jié)構(gòu)使ARM內(nèi)核非常小，這使得器件的功耗也非常低。它具有經(jīng)典而先進(jìn)的RISC特點：數(shù)據(jù)處理操作絕大多數(shù)只針對寄存器（暫時存儲數(shù)據(jù)，在CPU內(nèi)部，離cpu最近，速度最快）的內(nèi)容，而不直接對存儲器（內(nèi)存和外存，在CPU外部，存儲器能夠保存的數(shù)據(jù)量大）進(jìn)行操作；通過load/store指令在寄存器和存儲器之間傳遞數(shù)據(jù)。簡單的尋址模式;統(tǒng)一和固定長度的指令域(32位）簡化了指令的譯碼。具有大量的寄存器ARM體系還采用一些特別技術(shù)，見教材第2頁78ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第78頁!1.1ARM簡介各ARM體系結(jié)構(gòu)版本(這里主要指指令集）目前ARM公司定義了6種主要的ARM指令集體系結(jié)構(gòu)版本，以版本號V1～V6表示。擁有相同指令集版本的ARM芯片，雖然出自不同的生產(chǎn)廠商，但它們使用的指令和應(yīng)用軟件是相互兼容的。79ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第79頁!1.1ARM簡介各ARM體系結(jié)構(gòu)版本——V2同樣為26位尋址空間，如今現(xiàn)在已經(jīng)廢棄不再使用，它相對V1版本有以下改進(jìn)：具有乘法和乘加指令；支持協(xié)處理器（專門用于進(jìn)行輔助運(yùn)算的芯片，其本身除了運(yùn)算功能外沒有其他功能，因此不能獨(dú)立工作，必須和CPU一起工作）；快速中斷模式(FIQ)中，提供兩個額外備份寄存器；原子性（不可分割）加載/存儲指令SWP和SWPB（見備注）。80ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第80頁!1.1ARM簡介各ARM體系結(jié)構(gòu)版本——V4 目前大多使用的arm核，使用的是V4t，v5te版本，它相對V3版本作了以下的改進(jìn)：增加了半字加載（LDRH）/存儲（STRH）指令；增加了字節(jié)（LDRSB/STRSB）和半字的加載和符號擴(kuò)展指令（LDRSH/STRSH）；增加了T變種，具有可以轉(zhuǎn)換到Thumb狀態(tài)的指令；增加了新的特權(quán)處理器模式。81ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第81頁!1.1ARM簡介各ARM體系結(jié)構(gòu)版本——V6ARM體系版本6是2001年發(fā)布的。其主要特點是增加了SIMD(SingleInstructionMultipleData，單指令多數(shù)據(jù)流)功能擴(kuò)展。它適合使用電池供電的高性能的便攜式設(shè)備，便攜式設(shè)備一方面需要處理器提供高性能，另一方面又需要低功耗。ARM體系版本6首先在2002年春季發(fā)布的ARM11處理器中使用。82ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第82頁!1.1ARM簡介ARM處理器核簡介——ARM7該系列包括ARM7TDMI和擴(kuò)充了Jazelle（Java加速器）的ARM7EJ-S等等。高檔的單片機(jī)，除了ARM720T外，都缺少mmu（memorymanagementunit)不能運(yùn)行真正的操作系統(tǒng)。ARM7系列廣泛應(yīng)用于多媒體和嵌入式設(shè)備，包括Internet設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備，以及移動電話、PDA等無線設(shè)備。83ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第83頁!1.2ARM7簡介ARM7基于ARM體系結(jié)構(gòu)V4版本，是目前低端的ARM核。具有廣泛的應(yīng)用，其最顯著的應(yīng)用為數(shù)字移動電話。注意：“ARM核”并不是芯片，ARM核與其它部件如RAM、ROM、片內(nèi)外設(shè)、GPIO（GeneralPurposeI/O通用的輸入輸出端口）組合在一起才能構(gòu)成現(xiàn)實的芯片。84ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第84頁!1.1ARM簡介ARM處理器核簡介——ARM9該系列包括ARM9TDMI、ARM920T、ARM940T。除了兼容ARM7系列，而且能夠更加靈活的設(shè)計。ARM9系列主要應(yīng)用于無線通信、儀器儀表、安全系統(tǒng)和機(jī)頂盒等領(lǐng)域。85ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第85頁!1.1ARM簡介ARM處理器核簡介——ARM10該系列包括ARM1020E和ARM1022E處理器核，其核心在于使用向量浮點（VFP）單元VFP10提供高性能的浮點解決方案，從而極大提高了處理器的整型和浮點運(yùn)算性能?？梢杂糜谝曨l游戲機(jī)和高性能打印機(jī)等場合。86ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第86頁!

ARM公司在2003年4月29日宣布了其下一代ARM架構(gòu)的CPU－ARM11（又名Jaguar美洲虎），基于ARM11的微處理器具有更強(qiáng)的性能，尤其是多媒體處理能力。ARM11微處理器采用0.13微米工藝，低端產(chǎn)品運(yùn)行在350MHz～500MHz，高端產(chǎn)品運(yùn)行在533～750MHz，如果將加工工藝減小到0.10微米，那么芯片速度將達(dá)1GHz。1.1ARM簡介ARM處理器核簡介——ARM11E87ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第87頁!1.1ARM簡介ARM處理器核簡介——XscaleIntelXscale微控制器(ARMv5TE)"核",操作系統(tǒng)包括linux,WindowsCE,SymbianOS,和其他一些RTOS.提供全性能、高性價比、低功耗的解決方案，支持16位Thumb指令并集成數(shù)字信號處理（DSP）指令。

Xscale處理器是Intel目前主要推廣的一款A(yù)RM微處理器。 典型芯片：

PXA250/255/270/27288ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第88頁!ARM體系結(jié)構(gòu)更新89ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第89頁!1.2ARM7流水線技術(shù)三級流水線

有一種方法可以明顯改善硬件資源的使用率和處理器的吞吐量，這就是當(dāng)前一條指令結(jié)束之前就開始后面的指令，就是通常所說的流水線技術(shù)。這樣可使幾個操作同時進(jìn)行。ARM7的流水線分3級，分別為：取指譯碼執(zhí)行90ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第90頁!1.2ARM7三級流水線技術(shù)雖然ARM9和ARM10為5、6級流水線（流水線級數(shù)越多，說明單位時間內(nèi)執(zhí)行的指令條數(shù)可能就越多），但它們都使用了與ARM7相同的流水線機(jī)制（它們完全仿真3級流水線的行為），因此ARM7上的代碼也可以在ARM9和ARM10上運(yùn)行。91ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第91頁!1.7處理器狀態(tài)處理器狀態(tài)ARM處理器有兩種操作狀態(tài)：ARM狀態(tài)：執(zhí)行32位的ARM指令Thumb狀態(tài)：16位Thumb指令92ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第92頁!1.4處理器模式簡介ARM體系結(jié)構(gòu)支持7種處理器模式，分別為：用戶模式（usr）、快中斷模式（fiq）、中斷模式（irq）、管理模式（svc）、中止模式（abt）、未定義模式（und）、系統(tǒng)模式（sys）。如下表所示。這樣的好處是可以更好的支持操作系統(tǒng)并提高工作效率。93ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第93頁!1.4處理器模式特權(quán)模式處理器模式說明備注用戶(usr)正常程序工作模式不能直接切換到其它模式系統(tǒng)(sys)用于支持操作系統(tǒng)的特權(quán)任務(wù)等與用戶模式類似，但具有可以直接切換到其它模式等特權(quán)快中斷(fiq)支持高速數(shù)據(jù)傳輸及通道處理FIQ異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式中斷(irq)用于通用中斷處理IRQ異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式管理(svc)操作系統(tǒng)保護(hù)代碼系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時進(jìn)入此模式中止(abt)用于支持虛擬內(nèi)存和/或存儲器保護(hù)在ARM7TDMI沒有大用處未定義(und)支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真未定義指令異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式

除用戶模式外，其它6種模式均為特權(quán)模式。特權(quán)模式下，可以訪問所有系統(tǒng)資源。此外，特權(quán)模式可以自由的切換處理器模式，而用戶模式不能直接切換到別的模式，當(dāng)用戶模式需要進(jìn)行處理器模式切換時，應(yīng)用程序可以產(chǎn)生異常處理，在異常處理過程中進(jìn)行處理模式的切換。未定義(und)中止(abt)管理(svc)中斷(irq)快中斷(fiq)系統(tǒng)(sys)94ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第94頁!1.4處理器模式用戶和系統(tǒng)模式處理器模式說明備注用戶(usr)正常程序工作模式不能直接切換到其它模式系統(tǒng)(sys)用于支持操作系統(tǒng)的特權(quán)任務(wù)等與用戶模式類似，但具有可以直接切換到其它模式等特權(quán)快中斷(fiq)支持高速數(shù)據(jù)傳輸及通道處理FIQ異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式中斷(irq)用于通用中斷處理IRQ異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式管理(svc)操作系統(tǒng)保護(hù)代碼系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時進(jìn)入此模式中止(abt)用于支持虛擬內(nèi)存和/或存儲器保護(hù)在ARM7TDMI沒有大用處未定義(und)支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真未定義指令異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式這兩種模式使用完全相同的寄存器組。系統(tǒng)模式是特權(quán)模式，該模式為操作系統(tǒng)提供可以訪問所有資源的權(quán)限，并可以通過指令(mrs/msr)對CPSR設(shè)置，直接進(jìn)行模式切換。系統(tǒng)(sys)用戶(usr)95ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第95頁!1.5內(nèi)部寄存器簡介在ARM處理器內(nèi)部有37個用戶可見的通用寄存器。在不同的工作模式和處理器狀態(tài)下，程序員可以訪問的寄存器也不同。96ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第96頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiqARM狀態(tài)各模式下的寄存器SPSR_fiqSPSR_irqSPSR_undSPSR_abtSPSR_svcCPSRR15R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiq R12R11_fiq R11R10_fiq R10R9_fiq R9R8_fiq R8 R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0所有的37個寄存器，分成兩大類：綠色區(qū)：31個通用寄存器，每個32位。黃色區(qū)：6個狀態(tài)寄存器，每個32位，但目前僅使用其中12位。97ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第97頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15（即PC）狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq一般的通用寄存器R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8R7R6R5R4R3R2R1R0寄存器R0～R15為保存數(shù)據(jù)或地址值的通用寄存器。98ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第98頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15（即PC）狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq一般的通用寄存器R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8寄存器R8～R14為分組（備份）寄存器。它們所對應(yīng)的物理寄存器取決于當(dāng)前的處理器模式。不同模式下寄存器的使用，要使用寄存器后綴加以區(qū)分。99ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第99頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq一般的通用寄存器寄存器R13、R14分別有6個分組的物理寄存器。1個用于用戶和系統(tǒng)模式，其余5個分別用于5種異常模式。剛才提到過，不同模式下寄存器的使用，要使用寄存器后綴加以區(qū)分。R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13100ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第100頁!1.5內(nèi)部寄存器R13寄存器每一種異常模式擁有自己的R13_<mode>。應(yīng)先初始化好各模式的R13_<mode>，以便異常發(fā)生時，供各模式使用。其中<mode>為下面幾種模式之一：usr、svc、abt、und、irq、fiq101ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第101頁!Lable程序A程序BR141.5內(nèi)部寄存器R14寄存器與子程序調(diào)用BLLable地址A???MOVPC,LRR14(地址A)Lable???1.程序A執(zhí)行到BLLable語句時，將調(diào)用程序B；操作流程2.程序跳轉(zhuǎn)至標(biāo)號Lable，執(zhí)行程序B。同時硬件自動將“BLLable”指令的下一條指令所在地址存入R14（即LR)；3.程序B執(zhí)行最后，將R14寄存器的內(nèi)容放入PC，返回程序A；102ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第102頁!1.5內(nèi)部寄存器R14寄存器注意要點R14R14_irq用戶模式下的程序IRQ的程序AareturnB...XA返回用戶模式地址1.執(zhí)行用戶模式下的程序；2.發(fā)生IRQ中斷，硬件將某個地址存入IRQ模式下的R14_irq寄存器，用戶模式下的R14沒有被破壞；3.IRQ服務(wù)程序A執(zhí)行完畢，將返回之前被中斷的程序；未被破壞103ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章備份共131頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第103頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq程序計數(shù)器R15（PC）寄存器R15為程序計數(shù)器（PC