第2章 嵌入式处理器体系结构
arm嵌入式技术原理与应用答案
arm嵌入式技术原理与应用答案【篇一：嵌入式系统原理与开发课后答案】章嵌入式系统概述：1、什么是嵌入式系统？是简单列举一些生活中常见的嵌入式系统的实例。
p3嵌入式系统是用于检测、控制、辅助、操作机械设备的装置。
以应用为中心，一计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统。
3、是比较嵌入式系统与通用pc的区别。
p3（1）嵌入式系统是专用的计算机系统，而pc是通用的计算机系统。
（2）技术要求不同，通用pc追求高速、海量的数据运算；嵌入式要求对象体系的智能化控制。
（3）发展方向不同，pc追求总线速度的不断提升，存储容量不断扩大；嵌入式追求特定对象系统的智能性，嵌入式，专用性。
4、嵌入式体统有哪些部分组成？简单说明各部分的功能与作用。
p6（1）硬件层是整个核心控制模块（由嵌入式微处理器、存储系统、通信模块、人机接口、其他i/o接口以及电源组成），嵌入式系统的硬件层以嵌入式微处理器为核心，在嵌入式微处理器基础上增加电源电路、时钟电路、和存储器电路（ram和rom等），这就构成了一个嵌入式核心控制模块，操作系统和应用程序都可以固化在rom 中。
（2）中间层把系统软件与底层硬件部分隔离，使得系统的底层设备驱动程序与硬件无关。
一般包括硬件抽象层（hardware abstract layer，hal）和板级支持包（board support package，bsp）。
（3）软件层由实时操作系统（real time operating system，rtos）、文件系统、图形用户接口（graphical user interfaces，gui）、网络组件组成。
（4）功能层是面向被控对象和用户的，当需要用户操作是往往需要提供一个友好的人际界面。
5、嵌入式系统是怎么分类的？p7按照嵌入式微处理器的位数分类（4位、8位、16位、32位、64位）；按照是实时性分类（硬实时系统式之系统对响应时间有严格的要求；软实时系统是对响应时间有一定要求）；按照嵌入式软件结构分类（循环轮询系统、前后台系统、多任务系统）；按照应用领域分类。
ARM嵌入式系统基础教程第二版课后习题答案
第1章嵌入式系统概述(1)举出3个本书中未提到的嵌入式系统的例子。
答：键盘、鼠标、扫描仪。
(2)什么叫嵌入式系统？答：嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。
(3)什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？答：嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。
分为3类：1.注重尺寸、能耗和价格；2.关注性能；3.关注全部4个需求——性能、尺寸、能耗和价格。
(4)什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？答：嵌入式操作系统是操作系统的一种类型，是在传统操作系统的基础上加入符合嵌入式系统要求的元素发展而来的。
原因：1.提高了系统的可靠性；2.提高了开发效率，缩短了开发周期。
3.充分发挥了32位CPU的多任务潜力。
第2章 ARM7体系结构1.基础知识(1)ARM7TDMI中的T、D、M、I的含义是什么？答：T：高密度16位Thumb指令集扩展；D：支持片上调试；M：64位乘法指令；I：Embedded ICE硬件仿真功能模块。
(2)ARM7TDMI采用几级流水线？使用何种存储器编址方式？答：3级；冯·诺依曼结构。
(3)ARM处理器模式和ARM处理器状态有何区别？答：ARM处理器模式体现在不同寄存器的使用上；ARM处理器状态体现在不同指令的使用上。
(4)分别列举ARM的处理器模式和状态？答：ARM的处理器模式：用户模式、系统模式、管理模式、中止模式、未定义模式、中断模式、快速模式；ARM的处理器状态:ARM状态、Thumb状态。
(5)PC和LR分别使用哪个寄存器？答：PC:R15；LR:R14。
(6)R13寄存器的通用功能是什么？答：堆栈指针SP。
(7)CPSR寄存器中哪些位用来定义处理器状态？答：位31~28：N、Z、C、V，条件代码标志位；27~8：保留位；7~0：I、F、T、M4~0，控制标志位。
(8)描述一下如何禁止IRQ和FIQ的中断。
答：当控制位I置位时，IRQ中断被禁止，否则允许IRQ中断使能；当控制位F置位时，FIQ 中断被禁止，否则允许FIQ中断使能。
嵌入式期末复习资料（9）
嵌⼊式期末复习资料（9）第⼀章嵌⼊式系统概论本章主要内容：1.什么是嵌⼊式系统（嵌⼊式系统是计算机软件与计算机硬件集成在⼀起，并嵌⼊到应⽤对象内部的计算机系统）嵌⼊式系统是以应⽤为中⼼，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适⽤于应⽤系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专⽤计算机系统。
它⼀般由嵌⼊式微处理器、外围硬件设备、嵌⼊式操作系统以及⽤户的应⽤程序等四个部分组成，⽤于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。
2.嵌⼊式系统分类（按技术复杂度分类：⽆操作系统控制的嵌⼊式系统NOSES；⼩型操作系统控制的嵌⼊式系统SOSES；⼤型操作系统控制的嵌⼊式系统LOSES。
按⽤途分类：军⽤，⼯业⽤，民⽤。
）系统级，板级，⽚级芯⽚级嵌⼊含程序或算法的处理器模块级嵌⼊系统中的某个核⼼模块板系统级嵌⼊主计算机系统3.嵌⼊式操作系统分类（按照源代码分类：商⽤型和开源型；按照实施性能分类：强实时性型和普通实时型；按内核结构分类：单内核型和为内核型。
）按⽤途分类：军⽤/民⽤按载体分类：宇航/车载? ? ?按通信性质分类：⽆线/有线按⽹络性质分类：联⽹/单机按环境分类：普通/恶劣按功耗分类：低功耗/普通功耗主要分类⽅法按硬件软件性质根据控制技术的复杂度可以把嵌⼊式系统分为三类：⽆操作系统控制的嵌⼊式系统NOSES，Non-OS control Embedded System；⼩型操作系统控制的嵌⼊式系统SOSES，Small OS control Embedded System；⼤型操作系统控制的嵌⼊式系统LOSES，Large OS control Embedded System。
4.嵌⼊式处理器特点,常见缩写特点：1.对实施多任务有较强的⽀持能⼒，能完成多任务处理，并且中断响应速度快2.处理器结构可扩展3.内部集成了测试电路4.低功耗常见缩写：通⽤型嵌⼊式微处理器（简称：EMPU，或者MPU）微控制器（MCU）数字信号处理器（DSP）(嵌⼊式DSP处理器：EDSP）混合处理器和⽚上系统（SOC）嵌⼊式双核处理器，双核（dual core）；多核处理器，多核DSP。
第二章 Wince的体系结构和功能
驱动 程序
BSP当中应该包括对应开发板上所有的外部设备的 驱动程序，保证WinCE操作系统能够发挥此开发 板的最大效能。
配置 文件
运行时所需的二进制文件 包括：.DB、 reginit.ini、 .DAT。
O E M 层 的 组 成
OAL
• 主要负责内核与硬件通讯 • 硬件平台初始化
硬件初始化
内核性能 监测
LOGO
www.themegalle
3
OEM层
OEM（Original Equipment Manufacturer，原始设
备制造商）表示，一些制作硬件主板的厂商可根据自己 的产品特点对Windows CE进行定制，从而使Windows CE可以运行在这些厂商的主板上，在出售硬件开发板的
同时，也会把OEM层以BSP的形式提供给客户供其使用。
WinCE5.0的系统架构
OEM适配层 (OAL)
LOGO
www.themegalle
(OEM adaptation layer)内核抽象出来的与硬件交互 的接口；代码通常是与硬件高度相关；负责内核与 硬件的通信。
引导 程序
初始化硬件，加载操作系统映像（OS Image）到内 存，然后跳转到操作系统代码去执行。
2.1 Windows Ce的结构功能概览
• 2.1.1 层次体系结构 • 微内核，进程、线程，调度、内存管理等基本模 块，其他作为用户进程 • 多层次设计，层层之间，下层服务上层，上层依 赖下层 • 扩展性、可维护性
WinCE5.0的系统架构 WinCE的可剪裁性，使其体积也非常小。
实质
单体内核
2.1.2 硬件层
Why
1. 2. 3. 4. 处理体系结构不统一 硬件资源通常受限 外部设备的种类繁多 实时性和可靠性
嵌入式系统基础-复习提纲
嵌入式系统基础复习题第1章嵌入式系统概论1、什么是嵌入式系统？嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。
2、嵌入式系统的3个基本特点？嵌入性、专用性、计算机3、什么是嵌入式处理器，嵌入式处理器可以分为几大类？嵌入式处理器是为了完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。
分为嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP处理器、嵌入式片上系统（SOC）。
4、什么是嵌入式操作系统和？有何特点？列出常见的几种嵌入式操作系统及特点。
5、试比较说明JA TG工具和ISP工具的异同点？6、从硬件系统来看，嵌入式系统由哪几部分组成？画出简图。
第2章ARM7体系结构1、什么是RISC指令系统？什么是CISC指令系统？RISC是精简指令集计算机的缩写。
CISC是复杂指令集计算机的缩写。
2、ARM与ARM公司有什么区别？举出2个以上的ARM公司当前应用比较多的ARM处理器核？ARM7系列、ARM9系列、ARM10系列、ARM11系列、intel的Xscale系列和MPCore系列。
3、ARM7TDMI中的T、D、S、I分别表示什么含义？T：支持高密度16位的Thumb指令集D：支持片上调试S：ARM7TDMI 的可综合（synthesizable）版本（软核）I：支持EmbededICE观察硬件M：支持64位乘法4、ARM7TDMI处理器采用什么样的体系结构，其可寻址地址空间多大？ARM处理器使用冯.诺依曼结构使用单个平面的232个8位字节地址空间。
地址空间可以看作是包含230个32位字，或231个16位半字。
5、ARM7TDMI与ARM9处理器采用几级流水线处理，使用何种存储器编址方式？ARM7TDMI处理器采用三级流水线。
ARM处理器将存储器看做是一个从0开始的线性递增的字节集合。
6、ARM处理器有几种模式和ARM处理器状态有什么区别？各种工作模式下分别有什么特点?R M处理器模式指用户模式、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。
嵌入式系统概述ppt
Connecting SRAM
服务特 权
共享文档下载特权
VIP用户有效期内可使用共享文档下载特权下载任意下载券标价的文档（不含付费文档和VIP专享文档），每下载一篇共享文
档消耗一个共享文档下载特权。
年VIP
月VIP
连续包月VIP
享受100次共享文档下载特权，一次 发放，全年内有效
赠每的送次VI的发P类共放型的享决特文定权档。有下效载期特为权1自个V月IP，生发效放起数每量月由发您放购一买次，赠 V不 我I送 清 的P生每 零 设效月 。 置起1自 随5每动 时次月续 取共发费 消享放， 。文一前档次往下，我载持的特续账权有号，效-自
包权
人书友圈7.三端同步
一、嵌入式系统的定义
嵌入式系统：
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，
其软硬件可配置，对功能、可靠性、成本、体积、 功耗有严格约束的一种专用系统。
专用计算机系统(非PC智能电子设备)
以应用为中心
以计算机技术为基础
软件硬件可裁剪
适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、 功耗严格要求
嵌入式系统硬件
Power Supply Oscillation Circuit
Reset Circuit
Ports
Chip Board Ciruit
Prescaler
CPU CORE
Interrupt Controler
Timer DMA
CPU
I/O Port A/D
Connectong for Debugging
前言
课程设置的必要性 嵌入式系统涉及现代生活的方方面面 应用日趣复杂 微处理器技术长足发展 嵌入式软件技术成为核心
周立功ARM培训精华(全套
周立功单片机
第1章 目录
1. 嵌入式系统 2. 嵌入式处理器 3. 嵌入式操作系统
周立功单片机
1.3 嵌入式操作系统
• 概述
计算机系统由硬件和软件组成，在发展初期没有 操作系统这个概念，用户使用监控程序来使用计算机。 随着计算机技术的发展，计算机系统的硬件、软件资 源也愈来愈丰富，监控程序已不能适应计算机应用的 要求。于是在六十年代中期监控程序又进一步发展形 成了操作系统(Operating System)。发展到现在，广泛 使用的有三种操作系统即多道批处理操作系统、分时 操作系统以及实时操作系统。
目录
• • • • • • • • 第一章 嵌入式系统概述 第二章 嵌入式系统工程设计 第三章 ARM7体系结构 第四章 ARM7TDMI(-S)指令系统 第五章 LPC2000系列ARM硬件结构 第六章 接口技术与硬件设计 第七章 移植μC/OS-II到ARM7 第八章 嵌入式系统开发平台
周立功单片机
●从系统的角度定义：嵌入式系统是设计完成复杂 功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算 机系统。术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系 统中的一个完整的部分，称为嵌入的系统。嵌入的 系统中可以共存多个嵌入式系统。
周立功单片机
• 嵌入式系统示例 ——汽车控制系统
周立功单片机
• 嵌入式系统示例 ——汽车控制系统
周立功单片机
• 嵌入式处理器
——嵌入式DSP处理器
DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执 行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、 FFT、谱分析等方面DSP算法正在大量进入嵌入式领域，DSP应用正 从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能，过渡到采用嵌入式 DSP处理器。 嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是Texas Instruments的 TMS320系列和Motorola的DSP56000 系列。TMS320系列处理器包括 用于控制的 C2000系列，移动通信的C5000系列，以及性能更高的 C6000和C8000系列。DSP56000目前已经发展成为DSP56000， DSP56100，DSP56200和DSP56300等几个不同系列的处理器。另外 PHILIPS公司近年也推出了基于可重臵嵌入式DSP结构低成本、低功 耗技术上制造的R. E. A. L DSP处理器，特点是具备双Harvard结构和 双乘/累加单元，应用目标是大批量消费类产品。
中北大学嵌入式习题答案第2章
第二章 ARM体系结构一、填空1、 ARM微处理器支持7种运行模式为、、、、、、。
用户模式（usr）： ARM处理器正常的程序执行状态快速中断模式（fiq）：用于高速数据传输或通道处理外部中断模式（irq）：用于通用的中断处理管理模式（svc）：操作系统使用的保护模式数据访问终止模式(abt)：当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟存储与存储保护。
系统模式（sys）：运行具有特权的操作系统任务。
未定义指令中止模式（und：当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。
2、嵌入式微处理器的体系结构可以采用或结构，指令系统可以选和。
冯·诺依曼体系结构:程序和数据共用一个存储空间，程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，采用单一的地址与数据总线，程序和数据的宽度相同。
例如：8086、ARM7、MIPS…哈佛体系结构:程序和数据是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问，是一种将程序存储和数据存储分开的存储器结构。
例如：AVR、ARM9、ARM10…精简指令系统 RISC复杂指令集系统 CISC3、AMBA定义了3组总线、和。
AHB(AMBA高性能总线)：用于高性能。
高数据吞吐部件，如CPU、DMA、DSP之间的连接。
ASB(AMBA系统总线)：用来作处理器与外设之间的互连，将被AHB取代。
APB（AMBA外设总线）：为系统的低速外部设备提供低功耗的简易互连。
系统总线和外设总线之间的桥接器提供AHB/ASB部件与APB部件之间的访问代理与缓冲。
4、ARM系列微处理器支持的边界对齐格式有：、和字对齐。
字节对齐半字对齐5、RS-232C的帧格式由四部分组成，包括：起始位、、奇偶校验位和。
数据位停止位6、ARM微处理器有种工作模式，它们分为两类、。
其中用户模式属于。
七非特权模式特权模式非特权模式7、ARM7TDMI采用级流水线结构，ARM920TDMI采用级流水线。
arm嵌入式技术原理与应用答案
arm嵌入式技术原理与应用答案【篇一：嵌入式系统原理与开发课后答案】章嵌入式系统概述：1、什么是嵌入式系统？是简单列举一些生活中常见的嵌入式系统的实例。
p3嵌入式系统是用于检测、控制、辅助、操作机械设备的装置。
以应用为中心，一计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统。
3、是比较嵌入式系统与通用pc的区别。
p3（1）嵌入式系统是专用的计算机系统，而pc是通用的计算机系统。
（2）技术要求不同，通用pc追求高速、海量的数据运算；嵌入式要求对象体系的智能化控制。
（3）发展方向不同，pc追求总线速度的不断提升，存储容量不断扩大；嵌入式追求特定对象系统的智能性，嵌入式，专用性。
4、嵌入式体统有哪些部分组成？简单说明各部分的功能与作用。
p6（1）硬件层是整个核心控制模块（由嵌入式微处理器、存储系统、通信模块、人机接口、其他i/o接口以及电源组成），嵌入式系统的硬件层以嵌入式微处理器为核心，在嵌入式微处理器基础上增加电源电路、时钟电路、和存储器电路（ram和rom等），这就构成了一个嵌入式核心控制模块，操作系统和应用程序都可以固化在rom 中。
（2）中间层把系统软件与底层硬件部分隔离，使得系统的底层设备驱动程序与硬件无关。
一般包括硬件抽象层（hardware abstract layer，hal）和板级支持包（board support package，bsp）。
（3）软件层由实时操作系统（real time operating system，rtos）、文件系统、图形用户接口（graphical user interfaces，gui）、网络组件组成。
（4）功能层是面向被控对象和用户的，当需要用户操作是往往需要提供一个友好的人际界面。
5、嵌入式系统是怎么分类的？p7按照嵌入式微处理器的位数分类（4位、8位、16位、32位、64位）；按照是实时性分类（硬实时系统式之系统对响应时间有严格的要求；软实时系统是对响应时间有一定要求）；按照嵌入式软件结构分类（循环轮询系统、前后台系统、多任务系统）；按照应用领域分类。
最新嵌入式系统2PPT课件
是否包括目标硬件设备驱动程序
是否具有可裁剪性
选择编程语言
大部分系统使用C、C++、Java
有严格时间要求和访问硬件部分使用汇编语言
可视化应用使用Embedded Visual Tools
8
评估板的选择
具有设计参考价值，使系统的硬件、软件开发同时进行，可
加快开发进度，降低开发风险。
编写板级支持包BSP代码
与硬件结构有关。不同操作系统供应商会提供BSP的开发方
法和开发模板。
软件开发过程
开发过程
建立交叉开发环境（如gcc、ARM SDT、Tornado等）
交叉编译和链接
重定位和下载
联机调试
9
在主机系统上对软件进行仿真验证 在目标系统上运行，测试软件功能 代码优化
清除无用代码 清除调试代码 浮点运算尽量使用浮点处理器 访问最频繁的变量使用寄存器型或自动变量 耗时大的函数使用汇编语言编写 编译时设置较高的优先级（通常0～3级，3级最高）
10
2.4 系统测试
硬件测试
部件功能测试、可靠性测试、电磁兼容性测试、性 能指标测试（如通信系统的误码率）等
软件测试
功能测试（黑盒测试）
输入测试数据，观察输出是否为预期结果。 极限情况测试（如使输入通道、内存缓冲区、磁盘控制器
等超载） 边界测试（输入特定输入范围边界的值） 异常测试（测试触发异常模式） 随机测试（如测试用户界面代码的健壮性）
特定部分。
性能测试
对系统的综合性能进行测试
12
第2章 嵌入式系统开发过程
本章主要介绍以下内容：
需求分析 系统设计 系统实现 系统测试
1
选择操作系统
实时系统？非实时系统？有无人机界面要求？无需操作 系统？
《嵌入式系统设计》教学大纲
《嵌入式系统设计》课程教学大纲一、课程简介该课程主要以ARM公司的STM32F429微控制器为对象讲解嵌入式系统的设计方法和设计实例。
重点讲述嵌入式系统的基础知识、ARM cortex-M体系架构、STM32F429为微控制器内部构造及其常用的片上外设结构、应用实例、程序开发方法。
通过本课程的学习，使学生基本掌握嵌入式系统的构成，嵌入式系统软件、硬件系统的设计，进而为后续嵌入式系统的学习打好基础。
二、IntroductionThis course mainly takes stm32f429 microcontroller of arm company as the object to explain the design method and design example of embedded system. It focuses on the basic knowledge of embedded system, arm Cortex-M architecture, stm32f429 as the internal structure of microcontroller and its commonly used on-chip peripheral structure, application examples and program development methods. Through the study of this course, students can basically master the composition of embedded system, the design of embedded system software and hardware system, and then lay a good foundation for subsequent embedded system learning.三、课程的目的和任务1.目的和任务STM32F429是ST公司基于ARM公司Cortex-M系列内核设计的一款32位微控制器。
第2章 嵌入式处理器(第三版)参考答案
第2章嵌入式处理器习题2-1 什么是CISC和RISC，各自有什么特点？答：CISC复杂指令集体系结构，RISC精减指令集体系结构。
CISCRISC一条指令仅执行简单操作，把微处理器能执行的指令数目减少到最低限度,以提高处理速度。
RISC处理器比同等的CISC(复杂指令集计算机)处理器要快50%～75%,CISC一条指令可以执行许多操作。
2-2 冯．诺依曼结构与哈佛结构各自的特点是什么？答：冯·诺依曼结构的处理器使用同一个存储器，即程序和数据共用同一个存储器；而哈佛结构则是程序和数据采用独立的总线来访问程序存储器和数据存储器。
2-3 目前有哪些主要嵌入式内核生产厂商及典型嵌入式内核？ARM处理器核有哪三大特点？答：主要内核厂商有：美国的MIPS公司MIPS处理器内核、美国的IBM与Apple和Motorola 联合开发的PowerPC、Motorola公司独立开发的68K/COLDFIRE、英国的ARM公司ARM处理器内核等等。
ARM内核的三大主要特点如下：（1）功耗低（2）性价比高（3）代码密度高2-4 简述ARM体系结构的技术特征。
答：（1）单周期操作：ARM指令系统中的指令只需要执行简单而和基本的操作，因此其执行过程在一个机器周期内完成。
（2）采用加载/存储指令结构：由于存储器访问指令的执行时间长（通过总线对外部访问），因此只采用了加载和存储两种指令对存储器进行读和写的操作，面向运算部件的操作都经过加载指令和存储指令，从存储器取出后预先存放到寄存器对内，以加快执行速度。
（3）固定的32位长度指令：指令格式固定为32位长度，这样使指令译码结构简单，效率提高。
（4）地址指令格式：编译开销大，尽可能优化，采用三地址指令格式、较多寄存器和对称的指令格式便于生成优化代码。
（5）指令流水线技术：ARM采用多级流水线技术，以提高指令执行的效率。
2-5 简述Thumb、Thumb-2及Thumb-2EE的主要特点。
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第2章 嵌入式处理器体系结构
• 保留位：用于ARM版本的扩展，采用 “位运算”修改
CPSR时，不修改保留位； • 在有DSP扩展的ARM内核中，Q位表示增强的DSP指令是 否发生了溢出或饱和。 c.3 说明
• 条件执行：大多数ARM指令可根据条件标志位决定该指令
是否被执行； • 条件属性作为指令助记符的后缀被编进指令，若没有条件 符号则默认为无条件(AL――always execute)执行；
第2章 嵌入式处理器体系结构 ·执行一条分支指令或直接修改pc而发生跳转时，会使ARM
内核清空流水线
·即使产生一个中断，处于“执行”阶段的指令也将会完 成(流水线中其它指令被放弃，处理器将从向量表的适当入口开 始填充流水线) ·ARM10使用分支预测技术，通过预测可能的分支并在指令
执行前装载新的分支地址，从而减小清空流水线的影响
第2章 嵌入式处理器体系结构 7.2 异常的类型 7.2.1 异常的触发条件
第2章 嵌入式处理器体系结构 四．ARM存储器接口 • ARM微处理器不带片内RAM和ROM，系统所需的RAM和 ROM都通过总线与CPU相连；
• 32位的微处理器其最大寻址空间为4GB，ARM将存储器看
作从零地址开始的“字节”的线性组合；
• ARM寄存器宽度为4个字节，用两种方法存储“字节”数据：
第2章 嵌入式处理器体系结构 Ⅰ.R8-R12分别对应2个不同的物理寄存器 • FIQ模式具有使用独立的物理寄存器R8_fiq-R12_fiq • 其他模式使用R8-R12
Ⅱ. R13-R14分别对应6个不同的物理寄存器
• R13指向对应模式专用的堆栈空间，用于进入异常处理程
序时保护现场；
• R14用于程序跳转时保存返回地址。
用寄存器； • ARM包括1个当前程序状态寄存器(CPSR—Current Program Status Register)和5个备份程序状态寄存器(SPSR—Saved Program Status Register)；
• 每种异常模式对应一个SPSR，用户和系统模式没有对应的
SPSR； • 在任何模式都可以访问CPSR，但用户和系统模式下访问 SPSR会带来不可预测的后果。
第2章 嵌入式处理器体系结构 c.2 位域分配图
第2章 嵌入式处理器体系结构 • 条件标志位(N、Z、C、V)：其内容可以被算术或逻辑运
算的结果改变，并且可以决定指令的条件执行；
• 控制位(I、F、T、M[4:0])：发生异常时被改变，如果处理
器运行于特权模式也可通过软件对其进行修改；
A．I=1则禁止IRQ中断，F=1则禁止FIQ中断； B．T=1则ARMv5及以上版本的T系列处理器运行于Thumb 状态(对于ARMv5及以上版本的非T系列处理器，当T=1时执行下 一条指令以引起未定义指令异常)；
第2章 嵌入式处理器体系结构
第2章 嵌入式处理器体系结构
目前,世界上的四大嵌入式处理器内核生产厂家为: MIPS公司(MIPS处理 器内核)、ARM公司(ARM处理器内核)、IBM/Apple/Motorola联合开发
(PowerPC)、Motorola(68K/COLDFIRE)。
“体系结构描述了从用户角度看到的计算机(处理器内核)”----将具体的 电路抽象为各个功能模块和各种内核资源,是作为使用者的用户眼中的内核
第2章 嵌入式处理器体系结构
第2章 嵌入式处理器体系结构 五．处理器的数据类型
• ARM采用的是32位架构，基本数据类型分为：字、半字和
字节，存储器按照‘字节’编址(字的地址是4的整数倍)；
第2章 嵌入式处理器体系结构 • 除了数据传送指令支持字节/半字操作外，ARM指令均面
向32位的操作数，当从存储器调用一个字节/半字时系统会自动
常处于这种模式
• 中止模式—处理器访问存储器失败(数据或指令预取中止) 时进入 • 未定义模式—处理器遇到没有定义的指令或处理器不支持 的指令时进入
第2章 嵌入式处理器体系结构 2.2.3 相关寄存器CPSR
第2章 嵌入式处理器体系结构
第2章 嵌入式处理器体系结构
2.2.4 工作模式的切换
ARM处理器的工作模式在一定的条件下是可以相互转换的,转 换方式有两种： • 硬件方式(内核响应异常或中断, CPSR SPSR) • 软件方式(在特权模式下修改CPSR的模式控制位，不复制)
第2章 嵌入式处理器体系结构
第2章 嵌入式处理器体系结构 七．异常中断
7.1 异常的定义
·任何打断程序正常执行顺序的情况都被视为异常(中断是
一种特殊的异常，是由外设引起的程序执行顺序的间断)；
·异常可以翻译为：a. Exception─从处理器被动接受异 常角度而言；b. Interrupt─从处理器主动申请角度而言； ·程序的运行状态总是在‘正常执行’和‘处理异常’之 间来回切换，所以异常处理是嵌入式系统的核心内容之一。
某一时刻处理器只能处于其中的一种状态中。由于Jazelle指
令集使用范围专一，故一般情况下只讨论ARM和Thumb两种指 令集。
第2章 嵌入式处理器体系结构 两种指令集各具特色，使用的场合也不同，同一个程序可以 同时包含上述两种指令集，因此涉及到二者相互转换的问题。
• 使用切换指令在ARM和Thumb指令集之间切换 Ⅰ. 执行BX指令时，如果操作数寄存器的状态位bit[0]=1， 处理器切换到Thumb状态；
第2章 嵌入式处理器体系结构
第2章 嵌入式处理器体系结构 • 条件标志的使用：比较指令或带有后缀S的ALU操作结果
可以设置其内容，后续指令可以根据其内容条件执行；
ADDEQ r1，r2，r2
• 为了方便阅读，可以使用符号表示CPSR的当前值：大写
字母表示1，小写字母表示0。
第2章 嵌入式处理器体系结构 3.3 Thumb状态下的寄存器组织
扩展为32位并在内部进行处理。 六．流水线技术 6.1 背景 采用流水线技术后,能够提高处理器的性能。这一结论可以
从分析处理器执行一个程序所花费的时间得到(Ninst----程序所包
含指令的数目，CPI----执行一条指令的平均周期数)：
T = ( Ninst*CPI )/fclk
第2章 嵌入式处理器体系结构 •单纯的提高fclk会带来处理器功耗的增加
第2章 嵌入式处理器体系结构 R14的使用方法如下： 1. 用BL或BLX指令调用子程序，将PC值自动赋给R14； 2. 执行完子程序后，再将R14的值复制到PC，实现子程序的调 用返回。
第2章 嵌入式处理器体系结构 c. 程序状态寄存器 c.1 概述
• ARM使用CPSR来监视和控制内部操作，是一个32位的专
第2章 嵌入式处理器体系结构 a. 未分组寄存器
对于任何工作模式，R0-R7都指向同一个物理寄存器。由于
不同的工作模式使用相同的物理寄存器，故可能造成其中的数
据损坏，在程序设计时要注意。
b. 分组寄存器 每个分组寄存器都对应多个物理寄存器，工作模式不同所 访问的物理寄存器也不一样。某种特定模式所对应的分组寄存 器采用“寄存器__模式标记”的方式来表示，如R14_abt。
Thumb状态下的寄存器集是ARM状态下寄存器集的子集 (缺
少了R8-R12)： • 8个通用寄存器R0-R7 • 堆栈指针SP • 链接寄存器LR
• 程序计数器PC
• 程序状态寄存器CPSR和SPSR 高位寄存器不是标准寄存器集的一部分，但可以使用汇编程 序“受限制”地访问----仅能使用MOV、CMP和ADD三条指令。
大端模式和小端模式。
第2章 嵌入式处理器体系结构 ARM微处理器的寄存器宽度为4个字节，而存储器中却是
以字节为单位组织的，每个存储器地址对应的是一个“字节”，
这就导致一个问题：如何安排与寄存器对应的存储器中的4个
相邻字节？
于是，ARM体系结构中用两种方法存储数据：大端模式 (数据的高位保存在内存的低地址中)和小端模式(数据的低位保 存在内存的低地址中)。
相关(借助于指令预测来解决)
第2章 嵌入式处理器体系结构 6.4 关于PC=PC+8
ARM7采用3级流水线，ARM9采用5级流水线，但二者在程
序中使用PC时都同样涉及PC+8的问题。 ·3级和5级流水线中“执行”阶段都位于第3个阶段 ·PC的值总是保存正在被取指的指令的地址 ·PC = PC + 4x中的x和流水线的级数没有关系，只和“执 行阶段”所处的“位置”有关
第2章 嵌入式处理器体系结构 2.2.2 工作模式一览表
第2章 嵌入式处理器体系结构 • 用户模式—ARM处理器运行应用程序
• 系统模式—一种特殊的用户模式，允许对cpsr的完全读/写
访问 • 快速中断模式—用于支持特殊的高速数据传输与通道处理 • 外部中断模式—用于通用的中断处理 • 管理模式—处理器复位后进入的模式，操作系统内核也通
Ⅱ． 执行BX指令时，如果操作数寄存器的状态位bit[0]=0，
处理器切换到ARM状态。
第2章 嵌入式处理器体系结构
第2章 嵌入式处理器体系结构 • 所有异常处理均在ARM状态执行(处理器总是从ARM状态
开始执行代码 )
2.2 处理器的工作模式
2.2.1 概述
• ARM支持7种工作模式(每个人都有几套不同风格的衣服)； • 工作模式功能各异、所能访问的寄存器资源有所不同； • 区分工作模式是为了避免资源的相互竞争。
每种工作状态及其工作模式都对应一组可编程访问的寄存器组。
第2章 嵌入式处理器体系结构
第2章 嵌入式处理器体系结构 3.2 详述
3.2.1 通用寄存器
通用寄存器包括R0-R15，主要用于保存数据、地址值和PC 的当前值，共分为3类： • 未分组寄存器(R0-R7) • 分组寄存器(R8-R14) • 程序计数器PC(R15)。