LPC2000系列ARM硬件结构与功能简介

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件仿真 模式
1.4 处理器状态及模式
用户和系统模式
处理器模式 用户 用户 系统 系统 快中断 中断 管理 中止 未定义 说明 备注 不能直接切换到其它模式 (usr) 正常程序工作模式 (usr) 用于支持操作系统的特 与用户模式类似,但具有可以 (sys) (sys) 权任务等 直接切换到其它模式等特权 而且它们使用完全相同的寄存器组。 (fiq) (irq) (svc) (abt) (und) 支持高速数据传输及通 系统模式是特权模式,不受用 FIQ异常响应时进入此模式 道处理
ARM公司简介
ARM是Advanced RISC Machines的缩写,它是 一家微处理器行业的知名企业,该企业设计了大量 高性能、廉价、耗能低的RISC (精简指令集)处 理器。 公司的特点是只设计芯片,而不生产。 它将技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和 OEM厂商,并提供服务。
1.2 ARM体系结构简介
(svc) 操作系统保护代码 (abt) (und) 用于支持虚拟内存和/或 存储器保护 支持硬件协处理器的软 件仿真
1.4 处理器状态及模式
特权模式
处理器模式 用户 系统 系统 说明 用于支持操作系统的特 权任务等 备注 不能直接切换到其它模式 与用户模式类似,但具有可以 直接切换到其它模式等特权 (usr) 正常程序工作模式 (sys) (sys)
处理器模式说明备注用户usr正常程序工作模式不能直接切换到其它模式系统sys用于支持操作系统的特权任务等与用户模式类似但具有可以直接切换到其它模式等特权快中断fiq支持高速数据传输及通道处理fiq异常响应时进入此模式中断irq用于通用中断处理irq异常响应时进入此模式管理svc操作系统保护代码系统复位和软件中断响应时进入此模式中止abt用于支持虚拟内存和或存储器保护在arm7tdmi没有大用处未定义und支持硬件协处理器的软件仿真未定义指令异常响应时进入此模式14处理器状态及模式?处理器模式14处理器状态及模式?特权模式处理器模式说明备注用户usr正常程序工作模式不能直接切换到其它模式系统sys用于支持操作系统的特权任务等与用户模式类似但具有可以直接切换到其它模式等特权快中断fiq支持高速数据传输及通道处理fiq异常响应时进入此模式中断irq用于通用中断处理irq异常响应时进入此模式管理svc操作系统保护代码系统复位和软件中断响应时进入此模式中止abt用于支持虚拟内存和或存储器保护在arm7tdmi没有大用处未定义und支持硬件协处理器的软件仿真未定义指令异常响应时进入此模式除用户模式外其它模式均为特权模式
• LPC2000系列器件信息
器件型号 LPC2114 LPC2124 LPC2210 LPC2212 LPC2214 LPC2119 LPC2129 LPC2194 LPC2290 LPC2292 LPC2294 LPC2131 LPC2132 LPC2134 LPC2136 LPC2138 引脚数 64 64 144 144 144 64 64 64 144 144 144 64 64 64 64 64 片内RAM 16KB 16KB 16KB 16KB 16KB 16KB 16KB 16KB 16KB 16KB 16KB 8KB 16KB 16KB 16KB 32KB 片内Flash 128KB 256KB - 128KB 256KB 128KB 256KB 256KB - 256KB 256KB 32KB 64KB 128KB 256KB 512KB 10位AD通道数 4 4 8 8 8 4 4 4 8 8 8 8 8 双8路 双8路 双8路 CAN控制器 - - - - - 2 2 4 2 2 4 - - - - - 带1路 DAC 备注 - - 带外部 存储器 接口 - - - 带外部 存储器 接口 -
LPC2000系列ARM硬件结构与 功能简介
主要内容
第一章 ARM及其体系结构简介 第二章 LPC2000系列ARM简介 第三章 LPC2000系列ARM硬件结构
第一章 ARM及其体系结构简介
1.1 1.2 1.3 1.4 ARM公司简介 ARM体系结构简介 ARM处理器核 处理器状态及模式
1.1 ARM简介
1.4 处理器状态及模式
处理器状态
ARM7TDMI处理器内核使用V4T版本的ARM结 构,该结构包含32位ARM指令集和16位Thumb指令 集。因此ARM7TDMI处理器有两种操作状态: ARM状态:32位,这种状态下执行的是字方式 的ARM指令; Thumb状态:16位,这种状态下执行半字方式 的Thumb指令。 注意:两个状态之间的切换并不影响处理器模式或 寄存器内容。
1.4 处理器状态及模式
处理器模式简介
ARM体系结构支持7种处理器模式,分别为: 用户模式、快中断模式、中断模式、管理模式、中 止模式、未定义模式和系统模式,如下表所示。这 样的好处是可以更好的支持操作系统并提高工作效 率。ARM7TDMI完全支持这七种模式。
1.4 处理器状态及模式
处理器模式
处理器模式 用户 系统 快中断 中断 管理 中止 未定义 说明 用于支持操作系统的特 权任务等 支持高速数据传输及通 道处理 用于通用中断处理 备注 不能直接切换到其它模式 与用户模式类似,但具有可以 直接切换到其它模式等特权 FIQ异常响应时进入此模式 IRQ异常响应时进入此模式 系统复位和软件中断响应时进 入此模式 在ARM7TDMI没有大用处 未定义指令异常响应时进入此 模式 (usr) 正常程序工作模式 (sys) (fiq) (irq)
1.2 ARM体系结构简介
体系结构直接支持的数据类型
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为(必须分配为占用4个字节)
1 1 1 2 2 3 4
1.2 ARM体系结构简介
体系结构直接支持的数据类型
注意: V4版本之后的ARM结构都支持这3种结构(包括 V4版本),而以前的版本只支持字节和字; 当数据类型定义为无符号型时,N位数据值使用正 常的二进制格式表示范围为0~2N-1的非负整数; 当数据类型定义为有符号型时,N位数据值使用2 的补码格式表示范围为-2N-1~+2N-1-1的整数;
1.2 ARM体系结构简介
体系结构直接支持的数据类型
注意: 所有数据操作,例如ADD,都以字为单位; 装载和保存指令可以对字节、半字和字进行操作, 当装载字节或半字时自动实现零扩展或符号扩展; ARM指令的长度刚好是1个字(分配为占用4个字 节),Thumb指令的长度刚好是半字(占用2个字 节)。
1.3 ARM处理器核
ARM7TDMI简介
ARM7TDMI处理器是ARM通用32位微处理器 家族的成员之一。它具有优异的性能,但功耗却很 低,使用门的数量也很少。它属于精简指令集计算 机(RISC),比复杂指令集计算机(CISC)要简单 得多。这样的简化实现了: 高的指令吞吐量; 出色的实时中断响应; 小的、高性价比的处理器宏单元。
ARM体系结构
ARM处理器为RISC芯片,其简单的结构使 ARM内核非常小,这使得器件的功耗也非常低。 它具有经典RISC的特点: 大的、统一的寄存器文件; 装载/保存结构,数据处理 操作只针对寄存器的 内容,而不直接对存储器进行操作; 简单的寻址模式; 统一和固定长度的指令域,简化了指令的译码。
1.2 ARM体系结构简介
ARM体系结构的特点:
每条数据处理指令都对算术逻辑单元和移位器控 制,以实现ALU和移位器的最大利用; 地址自动增加和减少寻址模式,优化程序循环; 多寄存器装载和存储指令实现最大数据吞吐量; 所有指令的条件执行实现最快速的代码执行。
1.2 ARM体系结构简介
ARM体系结构版本
ARM体系结构从最初开发到现在有了巨大的 改进,并仍在完善和发展。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5 种主要的ARM指令集体系结构版本,以版本号 V1~V5表示。
这五种模式称为异常模式。 支持高速数据传输及通 FIQ异常响应时进入此模式 它们除了可以通过程序切换进入外, 道处理 也可以由特定的异常进入。当特定 用于通用中断处理 IRQ异常响应时进入此模式 的异常出现时,处理器进入相应的 系统复位和软件中断响应时进 操作系统保护代码 入此模式 模式。每种异常模式都有一些独立 用于支持虚拟内存和/或 在ARM7TDMI没有大用处 的寄存器,以避免异常退出时用户 存储器保护 模式的状态不可靠。 支持硬件协处理器的软 未定义指令异常响应时进入此
这两种模式都不能由异常进入,
户模式的限制。操作系统在该模式 用于通用中断处理 IRQ异常响应时进入此模式 下访问用户模式的寄存器就比较方 系统复位和软件中断响应时进 操作系统保护代码 便,而且操作系统的一些特权任务 入此模式 用于支持虚拟内存和/或 可以使用这个模式访问一些受控的 在ARM7TDMI没有大用处 存储器保护 资源。
1.3 ARM处理器核
ARM7TDMI简介
ARM7TDMI基于ARM体系结构V4版本,是目 前低端的ARM核。具有广泛的应用,其最显著的 应用为数字移动电话。 注意:“ARM核”并不是芯片,ARM核与其它部 件如RAM、ROM、片内外设组合在一起才能构成 现实的芯片。

1.3 ARM处理器核
ARM7TDMI简介
快中断 (fiq) 快中断 (fiq) 中断 中断 管理 管理 中止 中止 未定义 (irq) (svc) (svc) (abt) (abt) (und) (und)
除用户模式外,其它模式均 支持高速数据传输及通 FIQ异常响应时进入此模式 为特权模式。ARM内部寄存器和 道处理 一些片内外设在硬件设计上只允许 用于通用中断处理 IRQ异常响应时进入此模式 (或者可选为只允许)特权模式下 系统复位和软件中断响应时进 操作系统保护代码 入此模式 访问。此外,特权模式可以自由的 用于支持虚拟内存和/或 在ARM7TDMI没有大用处 切换处理器模式,而用户模式不能 存储器保护 直接切换到别的模式。 支持硬件协处理器的软 未定义指令异常响应时进入此
流水线上各指令的地址 ARM指令集 PC PC-4 PC-8 Thumb指令集 PC PC-2 PC-4 流水线工位 取指 译码 执行 描述 指令从存储器中取出 对指令使用的寄存器进行译码 从寄存器组中读出寄存器,执行移位 和ALU操作,寄存器被写回到寄存器 组中
1.3 ARM处理器核
存储器访问
ARM7TDMI处理器使用了冯·诺依曼(Von Neumann)结构,指令和数据共用一条32位总线。 只有装载、存储和交换指令可以对存储器中的数据 进行访问。 数据可以是字节( 8位)、半字( 16位)或者 字(32位)。
件仿真 模式
1.4 处理器状态及模式
异常模式
处理器模式 用户 系统 说明 用于支持操作系统的特 权任务等 备注 不能直接切换到其它模式 与用户模式类似,但具有可以 直接切换到其它模式等特权 (usr) 正常程序工作模式 (sys)
快中断 (fiq) 快中断 (fiq) 中断 中断 管理 管理 中止 中止 未定义 (irq) (svc) (svc) (abt) (abt) (und) (und)
ARM7系列广泛应用于多媒体和嵌入式设备,包括Internet设 备、网络和调制解调器设备,以及移动电话、PDA等无线设 备。 ARM9系列主要应用于引擎管理、仪器仪表、安全系统和机 顶盒等领域。 ARM10由于其高性能的整型和浮点运算性能,可用于视频游 戏机和高性能打印机等场合。 SecurCore系列主要用于新兴的安全市场。 Intel Xscale微控制器则提供全性能、高性价比、低功耗的解 决方案。
ARM7TDMI支持32位寻址范围,并弥补了 ARM6不能在低于5V电源电压下工作的不足。 ARM7TDMI的后缀意义为: ARM7 T D M I - S
ARM7TDMI 的可综合(synthesizable)版 本(软核),对应用工程师来说其编程模 型与ARM7TDMI 一致; 支持EmbededICE观察硬件; 支持64位乘法; 支持片上调试; 支持高密度16位的Thumb指令集;
1.3 ARM处理器核
ARM处理器核简介
ARM公司开发了很多系列的ARM处理器核, 目前最新的系列已经是ARM11了,而ARM6核以及 更早的系列已经很罕见了。目前应用比较广泛的系 列是:
ARM7 SecurCore Xscale ARM9 ARM9E ARM10
1.3 ARM处理器核
各系列ARM核应用领域
1.3 ARM处理器核
三级流水线
ARM7TDMI处理器使用流水线来增加处理器指 令流的速度。这样可使几个操作同时进行,并使处 理和存储器系统连续操作,能提供0.9MIPS/MHz的 指令执行速度。 ARM7TDMI的流水线分3级,分别为: 取指 译码 执行
1.3 ARM处理器核
三级流水线
正常操作过程中,在执行一条指令的同时对下 一条指令进行译码,并将第三条指令从存储器中取 出。这三条指令之间的位置关系如下表所示:
支持硬件协处理器的软 件仿真 未定义指令异常响应时进入此 模式
第二章 LPC2000系列ARM简介
2.1 功能概述 2.2 主要特性 2.3 引脚配置
2.1 功能概述
LPC2000系列微控制器概述
LPC2000系列微控制器基于ARM7TDMI-S CPU内核。支持ARM和Thumb指令集,芯片内集 成丰富外设,而且具有非常低的功率消耗。使该 系列微控制器特别适用于工业控制、医疗系统、 访问控制和POS机等场合。
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