ARM体系结构及其嵌入式处理器期末复习

微型计算机基础知识

①、指令，就是向系统发出的、指示系统做某种操作的指令。指令译码器，负责对指令进行解释和翻译，并由与译码器相连接的控制器发出相应的控制信息，指挥运算器和存储器协同完成指令所要求的操作。计算机系统的指令译码器所能够解释的指令集合为指令集。

②、存放程序首地址的存储装置叫做程序计数器。

③、执行指令的三个阶段：取指令、指令译码、执行指令

④、冯诺依曼计算机特点：计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五部分组成；指令与数据以同等地位存放在存储器中，并可按地址对他们进行访问；指令在存储器中顺序存放；机器以运算器为中心，数据的传输必须通过运算器。

⑤、数据总线DB用来在计算机各个部件之间传输数据及指令代码。地址总线AB用于传输CPU要访问的存储单元或接口的地址信号。控制总线CB是在计算机各个部件之间传输“读”、“写”之类的控制信号的。

⑥、实现RISC的主要方法：减少指令种类；Load/Store结构；采用指令流水线技术；在处理器中配置更多的通用寄存器

⑦、嵌入式计算机系统与通用型计算机系统相比，特点：专用性强、可裁剪性好、实时性与可靠性好、功耗低

总线、存储器和接口

①、并行总线是由多条传输线组成，其数目与被传输数据的位数相同，每条线负责传输一位二进制代码，可以一次同时传送一个多位二进制代码。串行总线使用一根线来传送多位二进制信息，多位二进制代码在这根线上一位接着一位地逐一

传输。

②、系统总线分为：数据总线、地址总线、控制总线

③、ISA标准：工业标准体系结构PCI总线：主板插槽USB通用串行总线接口

④、外部设备的特点：信号种类繁多（数字量、模拟量、开关量、脉冲量）、没有地址、工作速度与处理器的工作速度不匹配

⑤、接口中每一个具有地址的寄存器叫做端口。

⑥、I/O端口的编址方式：存储器映像方式和隔离I/O方式

⑦、计算机与外部设备主要有三种联络和数据传输方式：查询方式（处理器主动进行）、中断方式（外部设备主动进行）、DMA方式（数据不经处理器而直接在内存和接口之间进行交换）

⑧、串行通信根据时钟的控制方式可分为同步通信方式和异步通信方式。如果发送设备和接收设备各自使用自己的时钟来控制通信，那么这种通信方式叫做异步通信方式，这种通信方式允许双方的时钟在准确度和稳定度上有一定的差异；如果发送和接收双方使用同一个时钟来控制通信，那么这种通信方式叫做同步通信方式，要求双方的时钟必须严格一致。

⑨、波特率是衡量传输速率的指标。表示每秒传输的二进制位数。

ARM体系结构

①、算术逻辑运算单元ALU：ALU是一个可以进行算术和逻辑运算的电路，是处理器进行运算的核心部件；桶式移位寄存器：加快数据的移位运算；高速乘法器：为了提高嵌入式处理器的工作速度以保证实时性的要求；寄存器：为了提高嵌入式处理器的工作速度以保证实时性的要求；指令流水线：ARM体系结构采

用了流行的指令流水线技术

②、哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。

③、ARM的7种运行模式：用户模式（USER）：用户程序运行的模式；快速中断模式（FIQ）：当需要与外设进行高速数据传输时使用的模式；中断模式（IRQ）：用于普通中断处理的模式；管理模式（SVC）：操作系统使用的保护模式；中止模式（ABT）：当数据或指令预取出错时进入的模式；系统模式（SYS）：具有特权的操作系统任务运行的模式；未定义指令中止模式（UND）：当处理器试图执行未定义指令时进入的模式

④、系统默认小端方式：字的低位字节在地址的底端

⑤、堆栈的工作方式：满递增堆栈（堆栈指针指向最后压入的数据，且由低地址向高地址生成）、满递减堆栈（堆栈指针指向最后压入的数据，且由高地址向低地址生成）、空递增堆栈（堆栈指针指向下一个将要放入数据的空位置，且由低地址向高地址生成）、空递减堆栈（堆栈指针指向下一个将要放入数据的空位置。且由高地址向低地址生成）

ARM指令系统

ARM指令集与Thumb指令集区别：Thumb指令集中的指令不能使用“S”后缀来影响程序状态寄存器PSR中的标志；Thumb指令集只有一条分支指令可以是条件指令，而其余的Thumb指令都是无条件指令；大多数指令为2操作数指令，只有极少数的指令为3操作数指令；由于指令字长比较短，所以立即数的取值范围要小得多；具有逻辑移位操作指令，堆栈操作更加灵活

中断和异常

①、中断嵌套：处理器正在处理一个较低级中断的过程中又接收到了另外一个较

高级中断请求的情况。因较高级中断所请求的事件比正在处理的中断时间紧急，所以现代计算机系统都允许级别较低的中断服务被另一个具有更高级别的中断源所中断。当处理器接收到中断源的中断请求时，会立即按某种方法找到这个中断源的中断服务程序并执行它，这个处理中断事件的程序叫做中断服务程序。

②、处理器响应中断的条件：处理器程序状态寄存器的中断屏蔽标志处于非屏蔽状态；没有更高级的中断请求正在响应或正发出、正挂起；处理器在现行指令执行结束后

③、计算机响应中断请求，并自动将被中断程序的下一条指令地址保存到堆栈和关闭中断；接下来便将自中断向量表查得的与该中断源对应的中断向量送入PC，并转去执行中断服务程序；当执行到中断服务程序末尾时，执行中断返回指令或跳转指令，把保存的断点地址送回PC，以在断点处继续执行被中断的程序。③、ARM为快速中断采取了两个措施：为快中断FIQ设置了一个FIQ模式，并为这个模式配置了较多的私有寄存器，从而可使中断服务程序有足够的寄存器来使用，而不必与被中断程序使用同一组寄存器，这样也就免去了因寄存器冲突而必须的保护及回复现场工作，从而大大地减少了中断的延迟时间，提高了实时性。ARM把FIQ的中断向量放在了中断向量表末尾0C0000001C处，因在它后面没有其他中断向量，允许用户把FIQ的中断服务程序直接存放在从0X0000001C开始处，从而使处理器在响应了FIQ中断之后只需一次跳转就可以执行中断服务程序，从而减少延时。

④、当处理器响应中断请求后，系统的硬件电路一般需要进行四项工作：把程序计数器PC中的当前地址值保存到连接寄存器LR中；把当前程序状态寄存器CPSR中的内容保护到模式私有寄存器SPSR中；将寄存器CPSR中的MODE域