嵌入式系统应用与开发之ARM架构培训课件
嵌入式技术与应用ARM硬件结构幻灯片PPT
CAPn.1 与CAPn.0对应位功能相同（略）
CAPn.2 与CAPn.0对应位功能相同（略）
CAPn.3 与CAPn.0对应位功能相同（略）
复位值 0
0
0 0 0 0
• 寄存器描述 ——捕获功能寄存器
定时器计数器 TC
捕获控制 CCR
捕获寄存器 CR0～CRR33
每个捕获寄存器都与一个或几个器件管脚相关联。当管 脚发生特定的事件时，可将定时器计数值装入该寄存器。 捕获控制寄存器的设定决定捕获功能是否使能，以及捕 获事件在管脚的上升沿、下降沿或是双边沿发生。
操作流程
计算定时器的 计数频率
设置匹配值及 工作模式
设置捕获方式
设置定时器中断 VIC
操作流程
计算定时器C的代码：
V计oid数T频im率e0Init(void)
{
设置T匹0T配C 值=及0; 工T作0P模R 式= 0;
位 0
1
2 5:3 8:6 11 : 9
功能
描述
中断 (MR0)
为1时，MR0与TC值的匹配将产生中断。为0时禁止。
复位 (MR0)
匹配控制
匹配值
定时器计数器
为M1C时R ，MR0与TCM值R的0～匹M配R将3 使TC复位。为TC0时禁止。
停止 为1时，MR0与TC值的匹配将清零TCR的bit0位，使TC (MR0) 和PC停止。为0时该匹特配性输被出禁止。
在发生捕获事件时，捕获控制寄存器用于控制是否将定 时器计数值装入寄存器。同时还可以设置被捕获信号的 特征。
定时器计数器 TC
捕获控制 CCR
捕获寄存器 CR0～CR3
• 寄存器描述 ——捕获功能寄存器
捕获控制 CCR
嵌入式系统设计与开发第7章 ARM处理器体系结构1PPT课件
17
ARM体系结构版本-2
V3版本推出32位寻址能力,结构扩展变化为
T—16位压缩指令集
M—增强型乘法器,产生全64位结果(32X3264or32X32+64 64)
V4版本增加了半字load和store指令 V5版本改进了ARM和Thumb之间的交互,结构
扩展变化为
E---增强型DSP指令集 J----支持新的JAVA
消费电子产品
数字音频播放器 数字机顶盒 游戏机
成像和安全产品
绝大部分的数码相机和打印机 32位SIM智能卡
08.11.2020
信息学院-通信教研室-油海东
6
第2章 ARM处理器体系结构
1.ARM简介 2.ARM体系结构概览 3.ARM编程模型 4.ARM指令集
08.11.2020
信息学院-通信教研室-油海东
08.11.2020
信息学院-通信教研室-油海东
16
ARM体系结构版本-1
Version1
基本数据处理 字节,字以及多字 load/store 软件中断 26 bit 地址总线
Version2
支持协处理器 支持线程同步 26 bit 地址总线
08.11.2020
信息学院-通信教研室-油海东
08.11.2020
信息学院-通信教研室-油海东
18
ARM7 Family
Unified 内存管理 流水线 Thumb DSP Jaze
Cache
级别
ARM7TDMI
无
无
3
有
无
无
ARM7TDMI-S
无
无
3
有
无
无
ห้องสมุดไป่ตู้
ARM和嵌入式技术_培训课件_第2章.ppt
2.1 RISC体系结构
▪ RISC概论
RISC出现的结果证明使用相对较少的晶体管可设计出极 快的微处理器，而RISC处理器的产生且能在当时大量使用 的直接原因是工作站的出现。在80年代，由于PC机不能满 足图形处理和科学计算等高性能应用的需求，而大型机又 非常昂贵，因此造就了工作站这种相对便宜的台式系统。 但是，当时用于PC机的处理器不可能满足工作站的需求， 所以才大量采用RISC处理器的思想进行处理器设计。
2.1 RISC体系结构
▪ CISC体系结构
计算机体系结构描述：从用户角度看到的计算机属性， 如计算机的指令集，可见寄存器，存储器管理单元和异常处 理模式都是体系结构的一部分。 CISC（Complex Instruction Set Computer）复杂指令集计 算机。如果想要处理器运行性能更佳，那么必须首先明白在 计算机程序运行中，这些指令是如何工作的。一个普遍的误 解就是，计算机花大量时间在“计算”，也就是说，它在对 用户的数据进行算术操作。实际上，它只用很少的时间进行 这个意义上的“计算”。尽管它也做相当数量的算术运算， 但是这些运算多数需要寻址，以便找到相关数据与程序的位 置。找到用户的数据后，多数工作是把它们移来移去，而不 是进行计算。
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。
2.2 ARM简介
▪ 各ARM体系结构版本——V1
该版本的ARM体系结构，只有26位的寻址空间， 没有商业化，其特点为：
2.1 RISC体系结构
▪ RISC体系结构的特点
★采用固定长度的指令格式 ★使用单周期指令，便于流水线操作执行 ★使用大量寄存器，数据处理器只对寄存器进行操作 ★采用加栽／存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率 ★所有的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从而 提高指令的执行效率 ★在一条数据处理指令中，可同时完成逻辑处理和移位处理两 个功能 ★在循环处理中使用地址的自动增减，提高运行效率
ARM嵌入式系统 第2章 ARM体系结构.ppt
数 据 总
数据线总线
线
扫扫
描链描链1 扫描11 链
CPU
EmbeddedICE-RT TAP 控制器
协处理器 信号接口
CPU协处 理接口信
号
DBGTCKEN DBGTMS
DBGnTRST DBGTDI DBGTDO
片上调试系 统
ARM功能框图
时钟 中断 总线控制 仲裁
调试
CLK CLKEN
nIRQ nFIQ nRESET
处理器模式说明备注用户usr正常程序运行的工作模式不能直接从用户模式切换到其它模式特权模式系统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异常模式快中断fiq快速中断请求处理只有在fiq异常响应时才进入此模式中断irq中断请求处理只有在irq异常响应时才进入此模式管理svc供操作系统使用的一种保护模式只有在系统复位和软件中断响应时才进入此模式中止abt用于虚拟内存和或存储器保护在arm7内核中没有多大用处未定义und支持软件仿真的硬件协处理器只有在未定义指令异常响应时才进入此模式?处理器模式?处理器复位之后进入管理模式操作系统内核通常处于管理模式
取指 译码 执行
取指 译码 执行
取指 译码 执行
1234 在第1234个个周周期期，，PP指CC令指指1向向执指指行令令完123成，，，此此指时时令指指2令令和1 进 1指进入 令入3三三流级级水流流线水水推线线进的的一取译 执级指码 行，阶阶同段段时。，开同指始时令指取2令进出4入的指译 令 码 取2阶 指。段 处， 理取 。出指令3。
下面主要对ARM7系列核做简单介绍。
ARM7系列简介
该系列包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、 带有高速缓存处理器宏单元的ARM720T和扩充 了Jazelle的ARM7EJ-S。该系列处理器提供 Thumb 16位压缩指令集和EmbededICE软件调试 方式，适用于更大规模的SoC设计中。
嵌入式系统应用与开发之ARM架构培训课件PPT(共 65张)
3.多处理器状态模式
ARM可以支持用户、快中断、中断、 管理、中止、系统和未定义等七种处理 器模式，除了用户模式外，其余的均为 特权模式。这也是ARM的特色之一，可以 大大提高ARM处理器的效率。
表2.2 ARM version4 processor modes
4.嵌入式在线仿真调试
ARM架构的处理器芯片都嵌入了在线 仿真ICE—RT逻辑，便于通过了JTAG来仿 真调试ARM架构芯片。另外，在处理器核 中还可以嵌入跟踪宏单元ETM（Embedded Trace Macrocell），用于监控内部总线， 实时跟踪指令和数据的执行。
ARM9系列微处理器主要应用于下一代无 线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、 存储设备和网络设备等领域。ARM9E系列微 处理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和 ARM966E-S三种类型。
ARM9E系列微处理器的主要特点如下： •支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场 合。
第二章 ARM体系结构
ARM公司是嵌入式RISC处理器的知 识产权IP供应商,它为ARM架构处理器提 供了ARM处理器内核(如ARM7TDMI、 ARM9TDMI、ARM10TDMI等)和ARM处 理器核(ARM710T/720T/740T、 ARM920T/922T/940T、ARM926E/966E 及ARM1020E等)。
2. Thumb指令集
由于RISC型处理器的指令功能相对比较弱， ARM为了弥补此不足，在新型ARM架构（V4T版以 上）定义了16位的Thumb指令集。Thumb指令集比 通常的8位和16位CISC/RISC处理器具有更好的代 码密度，而芯片面积只增加6%。可以使程序存储 器更加小。
Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与 等价的ARM代码相比较，可节省30％～40％以上 的存储空间，同时具备32位代码的所有优点。
嵌入式系统基础-第3章--ARM体系结构-PPT
N
N=1表示运算的结果为负数；N=0表示运算的结果为正
数或零
共页
41
标志位
含义
Z
Z=1表示运算的结果为零；Z=0表示运算的结果为非
零。
C
当运算结果产生了进位时（无符号数溢出），C=1；
否则C=0
V
V=1表示有溢出；V=0表示无溢出
Q
在ARM v5及以上版本的E系列处理器中，用Q标志位
指示增强的DSP运算指令是否发生了溢出。在其他版
将上图中的CPU部分叫做处理器核。
把处理器核与其通用功能模块的组 合叫做处理器。
共页
11
把在处理器基础上经芯片厂商二次开 发，以芯片形式提供的用于嵌入式系统的 产品叫做嵌入式处理器。
IP商提供的是处理器核和处理器的知 识产权，而半导体芯片生产厂商生产的则 是嵌入式处理器芯片。
世界上知名的IP商当属ARM公司和 MIPS公司。
共页
3
3.1.1 SoC与嵌入式处理器 计算机SoC的概念如下图所示：
共页
4
计算机的这种单片系统特别适合于嵌 入式应用，所以这种SoC也叫做嵌入式处 理器。
3.1.2 嵌入式处理器的研发和生产方式
宿主对象的多样化，势必决定了嵌 入式系统的多样化、个性化。
1、在SoC技术出现之前
共页
5
CPU和与其配合的接口及功能模块都 是单独的芯片。 2、在SoC技术出现之后
37
3、程序计数器R15（PC）
在ARM中，基本寄存器R15固定地作为 程序计数器来使用。为了提高程序的可读 性，也通常使用PC来标识。
4、程序状态寄存器PSR
基本寄存器R16专门用作程序状态寄 存器。同样为了提高程序的可读性，在程 序中用PSR来标识他。
ARM和嵌入式技术_培训课件_第5章
5.1 ARM伪指令
概述
ARM伪指令不属于ARM指令集中的指令，是为 了编程方便而定义的。伪指令可以像其它ARM指令 一样使用，但在编译时这些指令将被等效的ARM指 令代替。ARM伪指令有四条，分别为ADR伪指令、 ADRL伪指令、LDR伪指令、NOP伪指令。
• ARM伪指令——小范围的地址读取ADR
expr
32位立即数
label-expr 基于PC的地址表达式或外部表达式。
应用示例： LDR R0,=0x12345678 LDR R0,=DATA_BUF+60
;加载32位立即数0x123456778 ;加载DATA_BUF地址+60
... LTORG
地址范围不超过1KB ;声明文字池
• Thumb伪指令——NOP
应用示例（源程序）：
... LDR ... InitStack MOV ...
R1,=InitStack R0, LR
使用伪指令将程序标号 InitStack的地址存入R1
• ARM伪指令——大范围的地址读取LDR
LDR伪指令用于加载32位的立即数或一个地址值到指定寄存器。在汇 编编译源程序时，LDR伪指令被编译器替换成一条合适的指令。若加载的 常数未超出MOV或MVN的范围，则使用MOV或MVN指令代替该LDR伪指 令，否则汇编器将常量放入文字池，并使用一条程序相对偏移的LDR指令 从文字池读出常量。
指令执行的条件码 加载的目标寄存器 地址表达式
地址表达式expr的取指范围： 当地址值不是字对齐时，其取指范围为-255～255； 当地址值是字对齐时，其取指范围为-1020～1020； 当地址值是16字节对齐时，其取指范围将更大。
最新版《嵌入式系统技术》精品课件第3章ARM体系结构
ARM体系结构的3级流水线
由于取指的存储器访问和执行的数据通路占用都是不可同时共享的资 源，因此对多周期指令来说，会产生流水线阻塞。如图3-12所示下图的影 印框周期都是与存储器访问有关的。因此在流水线设计中不允许重叠 。
ARM体系结构的5级流水线
5级流水线把存储器的取指与 数据存取分开，增加了I-Cache 和D-Cache以提高存储器存取的 效率，增加了数据写回的专门 通路和寄存器，以减少数据通 路冲突。 这样，5级流水线分为：取指、 指令译码、执行、数据缓存和 写回。
高速乘法器
ARM 为了提高运算速度，采用两位乘法的方法 。 两位 乘法根据乘数的2位来实现“加-移位”运算。
乘数An-1An： 00--原部分积S右移2位； 01--原部分积S加被乘数后右移2位； 10--原部分积S加2倍被乘数后，右移2位； 11--原部分积S加3倍被乘数后，右移2位。
2倍被乘数可通过将被乘 数左乘1位来实现； 3倍可看作4-1(11＝1001)，故先减1倍被乘数， 再加4倍被乘数来实现。 4倍被乘数的操作实际上 是在该2位乘数11的高1位 乘数加“1”，且此“1” 可暂存在Cout进位触发器 中。
3.1.2 ARM处理器结构
1 ARM的体系结构 2 ARM的流水线结构 3 ARM存储器结构
4
ARM I/O结构
5 ARM协处理器接口
6 7 ARM AMBA接口
ARM JTAG 调试接口
ARM存储器结构
ARM架构的处理器，有的带有指令Cache和数据Cache，但片内不带有 片内RAM和片内ROM，系统所需的RAM和ROM须通过总线外接，如下图。
3.1.2 ARM处理器结构
1 ARM的体系结构 2 ARM的流水线结构 3 ARM存储器结构
《嵌入式ARM教案》课件
《嵌入式ARM教案》课件第一章：嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统的定义介绍嵌入式系统的概念、特点和应用领域解释嵌入式系统与通用计算机系统的区别1.2 嵌入式系统的历史与发展概述嵌入式系统的发展历程介绍嵌入式系统在不同领域的应用发展情况1.3 嵌入式系统的组成与架构讲解嵌入式系统的常见架构介绍嵌入式系统的主要组成部分及其作用1.4 嵌入式系统的优势与挑战阐述嵌入式系统的优势分析嵌入式系统面临的挑战和发展趋势第二章：ARM处理器简介2.1 ARM处理器的发展历程介绍ARM公司的起源和发展历程讲解ARM处理器的发展阶段和产品系列2.2 ARM处理器的特点与优势阐述ARM处理器的特点分析ARM处理器在嵌入式系统中的应用优势2.3 ARM处理器的架构与工作原理讲解ARM处理器的架构设计介绍ARM处理器的工作原理和指令集2.4 ARM处理器的选型与评估指导如何选择合适的ARM处理器介绍评估ARM处理器性能的方法和指标第三章：嵌入式操作系统基础3.1 嵌入式操作系统的概念与分类解释嵌入式操作系统的定义和分类介绍常见的嵌入式操作系统及其特点3.2 嵌入式操作系统的核心功能与架构讲解嵌入式操作系统的核心功能阐述嵌入式操作系统的常见架构设计3.3 嵌入式操作系统的移植与优化介绍嵌入式操作系统移植的基本步骤讲解嵌入式操作系统的优化方法和技巧3.4 嵌入式操作系统的应用与案例分析分析嵌入式操作系统在实际应用中的案例探讨嵌入式操作系统的发展趋势和挑战第四章：嵌入式系统设计与开发流程4.1 嵌入式系统设计的基本原则介绍嵌入式系统设计的重要原则讲解设计过程中需要考虑的因素4.2 嵌入式系统硬件设计讲解嵌入式系统硬件设计的基本步骤和方法介绍硬件选型和硬件设计中的注意事项4.3 嵌入式系统软件设计阐述嵌入式系统软件设计的基本步骤和方法讲解软件开发工具和编程语言的选择4.4 嵌入式系统开发的流程与实践介绍嵌入式系统开发的典型流程分析实际开发过程中需要注意的问题和实践经验第五章：嵌入式系统编程基础5.1 嵌入式编程语言概述介绍嵌入式编程的常用语言及其特点分析不同编程语言在嵌入式系统中的应用场景5.2 C语言编程基础讲解C语言的基本语法和编程技巧介绍C语言在嵌入式编程中的应用和实践5.3 汇编语言编程基础介绍汇编语言的基本概念和语法讲解汇编语言在嵌入式编程中的应用和实践5.4 嵌入式编程的实践技巧讲解嵌入式编程的常见技巧和注意事项分析实际项目中遇到的问题和解决方法《嵌入式ARM教案》课件第六章：嵌入式系统硬件接口与驱动6.1 嵌入式系统硬件接口概述介绍嵌入式系统中常见的硬件接口类型讲解硬件接口的工作原理和功能6.2 UART接口与驱动编程讲解UART接口的基本概念和功能介绍UART接口的驱动编程方法和实践6.3 I2C接口与驱动编程介绍I2C接口的基本概念和协议讲解I2C接口的驱动编程方法和实践6.4 SPI接口与驱动编程讲解SPI接口的基本概念和协议介绍SPI接口的驱动编程方法和实践第七章：嵌入式系统存储与文件系统7.1 嵌入式系统存储概述介绍嵌入式系统中常见的存储设备和技术讲解存储器接口和存储器控制器的选择7.2 NAND闪存与驱动编程介绍NAND闪存的基本概念和特点讲解NAND闪存的驱动编程方法和实践7.3 NOR闪存与驱动编程讲解NOR闪存的基本概念和特点介绍NOR闪存的驱动编程方法和实践7.4 文件系统的设计与实现讲解嵌入式文件系统的设计原理介绍常见嵌入式文件系统的实现方法和实践第八章：嵌入式系统网络通信8.1 嵌入式系统网络通信基础介绍嵌入式系统网络通信的基本概念和技术讲解网络通信协议和网络架构8.2 TCP/IP协议栈与嵌入式网络应用讲解TCP/IP协议栈的基本原理和组成介绍基于TCP/IP协议栈的嵌入式网络应用实践8.3 Wi-Fi通信模块与驱动编程介绍Wi-Fi通信模块的基本概念和功能讲解Wi-Fi通信模块的驱动编程方法和实践8.4 蓝牙通信模块与驱动编程讲解蓝牙通信模块的基本概念和功能介绍蓝牙通信模块的驱动编程方法和实践第九章：嵌入式系统实时性与调度策略9.1 嵌入式系统实时性概述讲解嵌入式系统实时性的概念和重要性介绍实时系统的分类和实时性要求9.2 嵌入式调度策略与算法讲解嵌入式系统的调度策略和算法分析不同调度策略的优缺点和适用场景9.3 实时操作系统（RTOS）简介介绍实时操作系统的基本概念和特点讲解RTOS在嵌入式系统中的应用和实践9.4 实时调度器的实现与优化讲解实时调度器的实现方法和流程介绍调度器的优化技巧和注意事项第十章：嵌入式系统项目管理与实践10.1 嵌入式系统项目管理概述介绍嵌入式系统项目管理的概念和重要性讲解项目管理工具和方法在嵌入式系统中的应用10.2 项目需求分析与规划讲解项目需求分析和规划的方法介绍需求文档编写和项目进度管理的实践经验10.3 嵌入式系统开发的实践技巧讲解嵌入式系统开发中的实践技巧和注意事项分享实际项目开发中的经验和最佳实践10.4 项目验收与维护介绍项目验收的标准和方法讲解项目维护和升级的策略与实践《嵌入式ARM教案》课件第十一章：嵌入式系统安全与加密技术11.1 嵌入式系统安全概述讲解嵌入式系统安全的重要性介绍常见的嵌入式系统安全威胁和攻击手段11.2 加密技术在嵌入式系统中的应用介绍加密技术的基本原理和算法讲解加密技术在嵌入式系统中的应用场景和实践11.3 安全存储与传输讲解如何在嵌入式系统中实现安全存储和传输介绍常见的加密存储和传输技术及其实现方法11.4 安全认证与授权讲解嵌入式系统中的安全认证和授权机制介绍常见的认证和授权方法及其在嵌入式系统中的应用第十二章：物联网与嵌入式系统的融合12.1 物联网概述介绍物联网的概念、架构和应用领域讲解物联网与嵌入式系统的关联和融合趋势12.2 物联网协议与技术讲解物联网中常用的通信协议和技术介绍物联网协议栈和网络架构12.3 物联网在嵌入式系统中的应用案例分析物联网在嵌入式系统中的应用案例探讨物联网技术在嵌入式系统中的实践经验和挑战12.4 物联网安全与隐私保护讲解物联网安全的重要性和挑战介绍物联网中的安全技术和隐私保护措施第十三章：嵌入式系统在智能家居的应用13.1 智能家居系统概述介绍智能家居系统的概念、架构和应用讲解智能家居系统与嵌入式系统的关联和融合13.2 智能家居设备与控制讲解智能家居设备的选择和控制方法介绍智能家居设备的嵌入式系统设计和开发实践13.3 智能家居平台的构建与优化讲解智能家居平台的构建方法和实践介绍智能家居平台的优化技巧和注意事项13.4 智能家居安全与隐私保护讲解智能家居系统中的安全问题和隐私保护需求介绍智能家居系统中的安全技术和隐私保护措施第十四章：嵌入式系统在工业控制的应用14.1 工业控制系统概述介绍工业控制系统的概念、架构和应用领域讲解嵌入式系统在工业控制中的应用和重要性14.2 工业控制设备与接口讲解工业控制设备的选择和接口技术介绍工业控制设备的嵌入式系统设计和开发实践14.3 工业控制协议与通信讲解工业控制中常用的通信协议和技术介绍工业控制协议的实现和通信实践14.4 工业控制系统的安全性与优化讲解工业控制系统中的安全问题和优化需求介绍工业控制系统中的安全技术和优化措施第十五章：嵌入式系统在自动驾驶的应用15.1 自动驾驶系统概述介绍自动驾驶系统的概念、架构和应用前景讲解嵌入式系统在自动驾驶中的应用和挑战15.2 自动驾驶感知与决策讲解自动驾驶系统中的感知技术和决策算法介绍嵌入式系统在自动驾驶感知和决策中的应用15.3 自动驾驶控制与执行讲解自动驾驶系统中的控制技术和执行策略介绍嵌入式系统在自动驾驶控制和执行中的应用15.4 自动驾驶安全与伦理问题讲解自动驾驶系统中的安全问题和伦理挑战介绍自动驾驶系统中的安全技术和伦理指导原则重点和难点解析1. 嵌入式系统的基本概念、特点和应用领域。
ARM体系结构培训课件(ppt 84页)
寄只换换时的C特访些P存允处进，寄权问特SR除这这器 许 理 入 处 存模 用 权，用五两和）器外理式户任而户种种一特模，器，，模务且模模些权式也进以不式可它式式片模，可入避受的以们外称都内式而以相免用寄使使，为不外下用由应异户存用用其异能设访户特的常模器这完它常由在问模定模退式就个全模异硬。式的式出的比模相式常件此不异。时限较式同均。进设外能常每用制方访的为它入计，直进种户。便问寄特们，上特接入异模操，一存权除想只权切。常式作而些器模了要允模换当的系且受组式可进许式到特状统操控。以。入（可别定都态在作的系通A必或以的的有不该系资统R过须者自模异一可模统源M模程修可由式常些靠式的。内式序改选的。出独下一部是切为切现立
3. ARM处理器的流水线概念及运行原理
三级流水线
ARM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
处理指令并将结果写回寄存器 识别将要被执行的指令 从寄存器装载一条指令
程序和数据分开独立放在不同的内存 块中，彼此完全分离的结构称为哈佛 结构。譬如大部分的单片机（MCS51 、ARM9等）均采用哈佛结构。
优劣对比
冯诺依曼结构中程序和数据不区分的 放在一起，因此安全和稳定性是个问 题，好处是处理起来简单。
哈佛结构中程序（一般放在ROM、 flash中）和数据（一般放在RAM中） 独立分开存放，因此好处是安全和稳 定性高，缺点是软件处理复杂一些（ 需要统一规划链接地址等）
整个编程及运行过程
• 程序员用汇编指令编程 --经汇编器汇编成 二进制可执行程序文件-->二进制文件被 CPU读取进去-->CPU内部电路对二进制文 件解码-->解码通过则CPU执行指令、完成 指令动作。
arm与嵌入式技术培训课件第1章
1.1 嵌入式计算机
▪ 经过发展，到80年代初微处理器及微控制器各自已发展 为一个庞大的家族，以Intel公司x86为主流的应用于个人计 算机PC的微处理器格局已形成。
了根本性的变化。例如在70年代末定义的微型计算机演变出
来的个人计算机PC，其处理速度已远远超过了当年对大、中、
小型计算机的定义。
1.1 嵌入式计算机
▪ 随着计算机技术对其它行业的广泛渗透和与其它行业应用 技术的相互结合，以应用为中心的分类方法变得似乎更加切 合实际发展。按计算机的嵌入式应用和非嵌入式应用将其分 为通用计算机和嵌入式计算机。
10 MIPs 处理器 … RISC集
惠普－康柏掌上电脑
彩色显示 200 MIPs 处理器 64MB 内存 … 袖珍型
+
=
1.2 嵌入式系统--应用范围 航海仪器的发展
地图、时钟、指南针 印刷及磁技术
无晶体管
Raytheபைடு நூலகம்n 船用航海仪器
GarminGPS定位器 约1亿个晶体管
2-3个处理器
… + 4个人造卫星!
1.2 嵌入式系统—分类
▪ 嵌入式系统按表现形式及使用硬件种类分为：
➢ 系统中使用含程序或算法的处理器的嵌入式系统为芯片级 嵌入；
➢ 系统中使用某个核心模块的嵌入式系统为模块级嵌入；
▪ 嵌入式系统按软件实时性需求分：
➢ 非实时系统（如PDA）； ➢ 软实时系统（如消费类产品）；
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小知识：RISC体系结构（续二）
表2.1 典型指令使用频度
指令类型
使用指令使用频度控制类
23%
算术运算类
15%
比较类
13%
逻辑运算类
5%
其他
1%
路漫漫其悠远
小知识：RISC体系结构（续三）
1979年美国加州大学伯克利分校提出了 RISC（Reduced Instruction Set Computer，精简 指令集计算机）的概念，RISC并非只是简单地 去减少指令，而是把着眼点放在了如何使计算 机的结构更加简单合理地提高运算速度上。 RISC结构优先选取使用频最高的简单指令，避 免复杂指令；将指令长度固定，指令格式和寻 地方式种类减少；以控制逻辑为主，不用或少 用微码控制等措施来达到上述目的。
路漫漫其悠远
小知识：RISC体系结构（续四）
RISC体系结构应具有如下特点： • 采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、
基本寻址方式有2～3种。 • 使用单周期指令，便于流水线操作执行。 • 大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进
行操作，只有加载/ 存储指令可以访问存储器， 以提高指令的执行效率。
路漫漫其悠远
2. V2版架构 该 版 架 构 对 V1 版 进 行 了 扩 展 , 如 ARM2 与
ARM3(V2a版)架构,增加了以下功能： ·乘法和乘加指令 ·支持协处理器操作指令 ·快速中断模式 ·SWP/SWPB的最基本存储器与寄存器交换指
令 ·寻址空间：64M字节
路漫漫其悠远
3. V3版架构 V3版架构对ARM体系结构作为较大的改动,把寻址空
路漫漫其悠远
小知识：RISC体系结构
传统的CISC（Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）结构越来越复 杂。在CISC指令集的各种指令中，其使用频率 却相差悬殊，大约有20％的指令会被反复使用， 占整个程序代码的80％。而余下的80％的指令 却不经常使用，在程序设计中只占20％，显然， 这种结构是不太合理的。
ARM架构自诞生至今,已经发生了很 大的演变,至今已定义5种不同的版本：
路漫漫其悠远
1. V1版架构 该版架构只在原型机ARM1出现过,其基本性
能： ·基本的数据处理指令(无乘法) ·字节、半字和字的LOAD/STORE指令 ·转移指令,包括子程序调用及链接指令 ·软件中断指令 ·寻址空间：64M字节(226)
现代的CPU往往采用CISC的外围，内部加 入了RISC的特性，如超长指令集CPU就是融合 了RISC和CISC的优势，成为未来的CPU发展 方向之一。
路漫漫其悠远
2. Thumb指令集 由于RISC型处理器的指令功能相对比较弱，
ARM为了弥补此不足，在新型ARM架构（V4T版以 上）定义了16位的Thumb指令集。Thumb指令集比 通常的8位和16位CISC/RISC处理器具有更好的代 码密度，而芯片面积只增加6%。可以使程序存储 器更加小。
·增加了MRS/MSR指令,以访问新增的CPSR/SPSR寄存 器
·增加了从异常处理返回的指令功能。
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4. V4版架构 V4版架构是目前应用最广的ARM体系结构,对V3版架构
进行了进一步扩充,有的还引进了16位的Thumb指令集,使 ARM使用更加灵活。ARM7、ARM8、ARM9和StrongARM都采 用该版架构。指令集中增加了以下功能：
间 增 至 32 位 (4G 字 节 ), 增 加 了 当 前 程 序 状 态 寄 存 器 CPSR(Current Program Status Register)和程序状态 保存寄存器SPSR(Saved Program Status Register)以 便于异常(Exception)的处理。增加了中止(Abort)和 未定义二种处理器模式。ARM6就采用该版架构。指令 集变化如下：
嵌入式系统应用与开发 之ARM架构培训课件
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2020/3/29
2.1 ARM架构的发展
ARM公司(Advanced RISC Machines Limited)正式成立于1990年。目前,ARM 架构处理器已在高性能、低功耗、低成 本的嵌入式应用领域占据领先地位，已 占有75%左右的市场。
Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与 等价的ARM代码相比较，可节省30％～40％以上 的存储空间，同时具备32位代码的所有优点。
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3.多处理器状态模式 ARM可以支持用户、快中断、中断、
管理、中止、系统和未定义等七种处理 器模式，除了用户模式外，其余的均为 特权模式。这也是ARM的特色之一，可以 大大提高ARM处理器的效率。
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表2.2 ARM version4 processor modes
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4.嵌入式在线仿真调试 ARM架构的处理器芯片都嵌入了在线
仿真ICE—RT逻辑，便于通过了JTAG来仿 真调试ARM架构芯片。另外，在处理器核 中还可以嵌入跟踪宏单元ETM（Embedded Trace Macrocell），用于监控内部总线， 实时跟踪指令和数据的执行。
·带有链接和交换的转移BLX指令 ·计数前导零CLZ指令 ·BRK中断指令 ·增加了信号处理指令(V5TE版) ·为协处理器增加更多可选择的指令
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2.2 ARM架构的特点
1. RISC(Reduced Instruction Set Computer) 型处 理器结构
• 尽量减少复杂功能指令 • 每条指令在单机器周期内执行 • 每条指令都是32bit，具有多种操作功能 • 访问存储空间指令采用LOAD/STORE结构 • 采用cache来提高存/取速度 • 多寄存器结构
·符号化和非符号化半字及符号化字节的存/取指令 ·增加了16位Thumb指令集 ·完善了软件中断SWI指令的功能 ·处理器系统模式引进特权方式时使用用户寄存器操 作 ·把一些未使用的指令空间捕获为未定义指令
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5. V5版架构 这是最近推出ARM架构,在V4版基本上增加了
一些新的指令,ARM10和XScale都采用该版架构, 这些新增指令有：