ARM體系結(jié)構(gòu)與接口技術(shù)(一)

1、ARM920TDMA 處理器是哈佛結(jié)構(gòu) ,包括取指、譯碼、執(zhí)行、存儲、寫入的五級流水線。包括 cp14 和 cp15 兩個協(xié)處理器。 16k 數(shù)據(jù)緩存和 16k 指令緩存。虛擬地址 64 路相關(guān)緩存。每線 8 字。ARM 的基本數(shù)據(jù)類型 :ARM 采用的是 32 位架構(gòu) ,基本上數(shù)據(jù)類型有以下三種:Byte :字節(jié) ,8 位Halfword: 半字 ,16bit(半字必須與 2 字節(jié)邊界對齊Word:字 ,32bit(必須與 4 字節(jié)邊界對齊所有的數(shù)據(jù)類型指令的操作數(shù)都是字類型。ARM 指令編譯后是 4 字節(jié) (與字邊界對齊 ,Thumb 指令編譯后是 2 字節(jié) (與半字對齊存儲器大 /小端A

2、rm 支持大端模式和小端模式。在大端模式下 ,一個字的高地址放的是數(shù)據(jù)的地位 ,在小端模式下 ,數(shù)據(jù)的低地址放的是數(shù)據(jù)的低位。ARM920T, 有 7 中工作模式 :用戶模式 (User,正常程序執(zhí)行模式?？焖僦袛嗄Ｊ?(FIQ,當一個高優(yōu)先級中斷產(chǎn)生時將會進入該模式 ,一般用于高速數(shù)據(jù)傳輸和通道處理。外部中斷模式 (IRQ,當一個低優(yōu)先級中斷產(chǎn)生時將會進入該模式 ,一般用于通常的中斷處理特權(quán)模式 (Supervise,當復(fù)位或軟中斷指令執(zhí)行時進入該模式 ,是一種供操作系統(tǒng)使用的保護模式。數(shù)據(jù)訪問中止模式 (abort,當存取異常時將會進入該模式 ,用于虛擬存儲或存儲保護未定義指令中止模式 (

3、undef,當執(zhí)行未定義指令時進入該模式 ,有時用于通過軟件仿真協(xié)處理器硬件的工作方式系統(tǒng)模式 (system使用和 user模式相同的寄存器集模式 ,用于運行特權(quán)級操作系統(tǒng)任務(wù)除了用戶模式 ,其他六中均為特權(quán)模式。在特權(quán)模式下 ,程序可以訪問所有的系統(tǒng)資源 ,也可以任意的進行處理器模式切換。流水線的概念與原理處理器按照一系列的步驟來執(zhí)行每一條指令,典型的步驟如下 :1、從存儲器讀取指令 (fetch2、譯碼以鑒別它是屬于哪一條指令(decode3、從指令中提取指令的操作數(shù)(這些操作數(shù)往往存在于寄存器中(reg4、將操作數(shù)進行組合以得到結(jié)果或存儲器地址(ALU5、如果需要 ,則訪問存儲器以存儲

4、數(shù)據(jù)(mem6、將結(jié)果寫回到寄存器堆(res流水線的分類 :1、3 級流水線 ARM 組織取指令 >譯碼 >執(zhí)行2、5 級流水線 ARM 組織取指令 >譯碼 >執(zhí)行>緩沖 /數(shù)據(jù) >回寫3、6 級流水線 ARM 組織取指令 >發(fā)射 >譯碼>執(zhí)行 >存儲 >回寫影響流水線性能的因素 :1、互鎖 :即一條指令的結(jié)果被用作下一條指令的操作數(shù)2、跳轉(zhuǎn)指令 :ARM 為微處理器指令系統(tǒng)ARM 處理器的尋址方式 :1、立即數(shù)尋址方式2、寄存器尋址方式3、寄存器移位尋址方式內(nèi)存訪問指令尋址方式 :內(nèi)存訪問指令的尋址方式可以分為以下幾種1、字及

5、無符號字節(jié)的load/store指令的尋址方式2、雜類 load/store指令的尋址方式3、批量 load/store指令的尋址方式4、協(xié)處理器 load/store 指令的尋址方式ARM 處理器的指令集操作數(shù)指令集 :MOV: 執(zhí)行的結(jié)果就是把一個數(shù)N 送到目標寄存器Rd,其中 N 可以是寄存器也可以是立即數(shù)MVN: 是反相傳送指令 ,它將操作數(shù)的反碼傳送到目的寄存器,多用于向寄存器傳送一個負數(shù)或者生成位掩碼。AND: 指令將 shifter_operand表示的數(shù)值與寄存器 Rn 的值按位做邏輯與操作 , 并將結(jié)果保存到目標寄存器 Rd 中,同時根據(jù)操作的結(jié)果更新 CPSR寄存器EOR:

6、指令時將寄存器 Rn 中的值和 shifter_operand的執(zhí)行行按位異或操作 ,并將執(zhí)行結(jié)果存儲到目的寄存器 Rd 中,同時根據(jù)指令的執(zhí)行結(jié)果更新到 CPSR 中相應(yīng)的條件標志位SUB:指令從急促安全 Rn 中減去 shifter_operand表示的數(shù)值 ,并將結(jié)果存到目標寄存器 Rd 中 ,同時更具指令的執(zhí)行結(jié)果設(shè)置 CPSR 中相應(yīng)的標志位RSB :指令從寄存器 shifter_operand中減去 Rn 表示的數(shù)值 ,并將結(jié)果保存到目標寄存器 Rd 中,同時更具指令的執(zhí)行結(jié)果設(shè)置 CPSR中的相應(yīng)位。ADC: 指令將寄存器 shifter_operand的值加上 Rn 表示的值

7、,再加上 CPSR中的 C 條件標志位的值 ,并將結(jié)果保存到目標寄存器 Rd 中,同時根據(jù)指令的執(zhí)行結(jié)果設(shè)置CPSR中相應(yīng)的標志位SBC 指令用于執(zhí)行操作數(shù)大于32 位時的減法操作。該指令從寄存器Rn 中減去 shifter_operand表示的數(shù)值 ,再減去寄存器 CPSR中 C 條件標志位的反碼 ,并將結(jié)果保存到目標寄存器 Rd 中 ,同時根據(jù)指令的執(zhí)行結(jié)果哦設(shè)置 CPSR中相應(yīng)的標志位。RSC 指令從寄存器 shifter_operand中減去 Rn 表示的數(shù)值 ,再減去寄存器 CPSR中 C 條件標志位的反碼 ,并將結(jié)果保存到目標寄存器 Rd 中,同時根據(jù)指令的執(zhí)行結(jié)果設(shè)置 CPSR

8、中相應(yīng)的標志位TST 測試執(zhí)行用于將一個寄存器的值和一個算術(shù)值進行比較,條件標志位根據(jù)兩個操作數(shù)做邏輯與后的結(jié)果設(shè)置。TEQ 指令用于將一個寄存器的值和一個算術(shù)值做比較 ,條件標志位根據(jù)兩個操作數(shù)做邏輯異或后的結(jié)果設(shè)置 ,以便以后的指令根據(jù)相應(yīng)的條件標志來判斷是否執(zhí)行。CMP 指令使用寄存器Rn 的值減去 shifter_operand的值 ,根據(jù)操作的結(jié)果更新CPSR中相應(yīng)的條件標志位 ,以便后面的指令根據(jù)相應(yīng)的條件標志來判斷是否執(zhí)行。CMN 指令使用寄存器 Rn 的值將去 shifter_operand表示的負數(shù)值 ,根據(jù)操作的結(jié)果跟新 CPSR中相應(yīng)的條件標志位 ,以便后面的指令更具相應(yīng)

9、的條件標志來判斷是否執(zhí)行。ORR 位邏輯或操作指令 ,它將第二個源操作數(shù) shifter_operand的值與寄存器 Rn 的值按位做邏輯或操作 ,并將結(jié)果保存到 Rd 中BIC 位清零指令 ,將寄存器 Rn 中的值與第二個源操作數(shù)shifter_operand的值的反碼按位做邏輯與操作 ,并將結(jié)果保存到目標寄存器中乘法指令集ARM 異常中斷處理概述ARM 處理器中有 7 中類型的異常 ,按優(yōu)先級從高到低的排序如下 :復(fù)位異常(reset、數(shù)據(jù)異常 (data abort、快速中斷異常 (FIQ、外部中斷異常 (IRQ 、預(yù)取異常 (prefetch abort、軟中斷異常 (swi 和未定義

10、異常 (undefined instruction。當異常發(fā)生的時候處理器會把PC 設(shè)置為一個特定的存儲器地址,之一地址房子被稱為向量表的特定地址范圍內(nèi)。向量表的入口是一些跳轉(zhuǎn)指令,跳轉(zhuǎn)到專門處理摸個異常或者中斷的子程序。存儲器映射地址 0x00000000 是為向量表 (一組 32 位字保留的。在有些處理器中 ,向量表可以選擇定位在存儲空間的高地址 (從偏移量 0xffff0000 開始 ,一些嵌入式系統(tǒng) ,如 Linux 和 windows CE 就是利用這一特性。當異常發(fā)生時 ,分組寄存器 r14 和 SPSR用于保存處理器狀態(tài)。異常返回式 ,SPSR內(nèi)容回復(fù)到 CPSR 中,連接寄存器

11、 r14 的內(nèi)容回復(fù)到程序計數(shù)器 PC。1、復(fù)位異常 :當處理器的復(fù)位引腳有效時,系統(tǒng)產(chǎn)生復(fù)位異常中斷 ,程序跳轉(zhuǎn)到復(fù)位異常中斷處理程序處執(zhí)行。復(fù)位異常中斷有以下兩種情況:系統(tǒng)上電和系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位異常中斷處理程序的主要功能:A、設(shè)置異常中斷向量表B、初始化數(shù)據(jù)棧和寄存器C、初始化存儲系統(tǒng) ,如系統(tǒng)中的 MMUD、初始化關(guān)鍵的I/0 設(shè)備E、使能中斷F、處理器切換到合適的模式G、初始化 c 變量 ,跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序執(zhí)行2、未定義指令異常3、軟中斷 SWI: 軟中斷發(fā)生時 ,處理器進入特權(quán)模式 ,執(zhí)行一些特權(quán)模式下的操作系統(tǒng)功能。4、預(yù)取指令異常 :是由系統(tǒng)存儲器報告的 ,當處理器試圖去取一條被標記

12、為預(yù)取無效的指令式 ,發(fā)生預(yù)取異常5、數(shù)據(jù)訪問異常 :數(shù)據(jù)訪問異常是由存儲器發(fā)出數(shù)據(jù)中止信號,它由存儲器訪問指令 load/store產(chǎn)生。當數(shù)據(jù)訪問指令的目標地址不存在或者改地址不允許當前指令訪問時 ,處理器產(chǎn)生數(shù)據(jù)訪問中止異常。當數(shù)據(jù)訪問中止異常發(fā)生時,寄存器的值將根據(jù)以下規(guī)則進行修改:A、返回地址寄存器r14 的值只與發(fā)生數(shù)據(jù)異常的指令地址有關(guān),與 PC 無關(guān)B、如果指令中沒有指定基址寄存器回寫,則基址寄存器的值不會改變C、如果指令中指定了機制寄存器回寫,則寄存器的值與具體芯片的ABORTMODELS 有關(guān) ,由芯片的生產(chǎn)商指定D、如果指令只加載一個通用寄存器的值,則通用寄存器的值不變E、