匯編及嵌入式C語言-第一章

匯編及嵌入式C語言教師：王茜Email:wqwypmyhww@課程內(nèi)容安排第一章ARM微處理器概述嵌入式系統(tǒng)的概念、組成以及與通用計算機的區(qū)別；嵌入式微處理器的概念、特點、架構和分類；ARM微處理器的應用領域、特點、體系結構、系列產(chǎn)品以及在選擇ARM微處理器時應該考慮的因素。

課程內(nèi)容安排第二章ARM編程模型和指令集介紹ARM微處理器的編程模式，包括編程模型、指令格式、以及指令尋址方式；ARM指令集介紹，這部分是匯編程序的基礎。

課程內(nèi)容安排第三章ARM程序設計基礎ARM偽指令；匯編語言程序設計；C語言和匯編語言混合程序設計；編譯器的使用，包括ARM編譯器關鍵詞、ARM編譯器支持的數(shù)據(jù)類型；程序設計示例。

課程內(nèi)容安排第四章S3C2410A處理器硬件結構S3C2410A硬件部分概述；S3C2410A特殊功能寄存器；最小應用系統(tǒng)設計，包括電源、晶振和復位電路；JTAG調(diào)試接口設計。

課程內(nèi)容安排第五章存儲系統(tǒng)設計存儲器控制器介紹；地址線接口設計；NorFlash與NandFlash接口設計；SDRAM接口設計。

課程內(nèi)容安排第六章時鐘和定時器時鐘和功耗管理；PWM定時器設計；實時時鐘（RTC）設計；看門狗設計。

課程內(nèi)容安排第七章通用端口和中斷設計I/O端口設計；中斷控制設計。

第八章串行接口設計UART接口設計；I2C總線接口設計；SPI接口設計。課程內(nèi)容安排第九章LCD接口設計LCD控制器的特性；LCD設計。

第十章ADC和觸摸屏接口設計ADC的基礎知識；觸摸屏原理；編程示例。課程內(nèi)容安排第十一章引導程序設計引導機理分析；ARM9初始化代碼分析。第十二章嵌入式操作系統(tǒng)及其應用開發(fā)嵌入式操作系統(tǒng)介紹第一章ARM微處理器概述

1.1嵌入式系統(tǒng)概述

1.1.1嵌入式系統(tǒng)定義嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。從定義可得知，嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應用的，它必須與具體應用相結合才會具有生命力、才更具有優(yōu)勢，即是嵌入式系統(tǒng)是與應用緊密結合的，它具有很強的專用性，所以必須結合實際系統(tǒng)需求對軟硬件進行合理的裁剪利用。

1.1.2嵌入式系統(tǒng)的組成

嵌入式系統(tǒng)一般由嵌入式硬件和軟件組成。硬件以微處理器為核心集成存儲器和系統(tǒng)專用的輸入輸出設備；軟件包括初始化代碼及驅(qū)動、嵌入式操作系統(tǒng)和應用程序等，這些軟件有機地結合在一起，形成系統(tǒng)特定的一體化軟件。

1.1.2嵌入式系統(tǒng)的組成

硬件：MPU微處理器電源模塊時鐘復位FlashRAMROMUSBLCDKeyboard外圍電路Other外設

1.1.2嵌入式系統(tǒng)的組成

軟件：處理器存儲器輸入輸出操作系統(tǒng)應用程序軟件結構硬件結構

1.1.3嵌入式系統(tǒng)與通用計算機的異同

相同：都具有一個微處理器芯片、隨機存儲器（RAM）、非易失性存儲器和輸入輸出設備。

1.1.3嵌入式系統(tǒng)與通用計算機的異同

區(qū)別：系統(tǒng)配置不同。如通用計算機一般配置較大容量的RAM，而某些嵌入式系統(tǒng)配置的內(nèi)存只有幾百個存儲單元；通用計算機是一個通用的計算平臺，而嵌入式系統(tǒng)一般是用于特定任務的專用系統(tǒng)，其硬件和軟件都必須高效率的設計，量體裁衣，去除冗余；通用計算機是面向計算和處理的，而嵌入式系統(tǒng)一般是面向控制的；

1.1.3嵌入式系統(tǒng)與通用計算機的異同

區(qū)別：嵌入式系統(tǒng)需要專用的開發(fā)工具；嵌入式系統(tǒng)大都有成本和功耗的要求；嵌入式系統(tǒng)軟件故障帶來的后果比PC機大得多。

1.2嵌入式微處理器

1.2.1嵌入式微處理器概述

嵌入式處理器是整個嵌入式系統(tǒng)的核心部件，與通用計算機系統(tǒng)的CPU相比，它特別強調(diào)面向具體應用“量身定做”，不同的應用領域往往需要不同結構和性能指標的處理器產(chǎn)品，同時它還具有品種多、體積小、成本低、集成度高的特點。嵌入式處理器通常由三大部分組成：控制單元、算術邏輯單元和寄存器。

1.2.1嵌入式微處理器概述

1.2.1嵌入式微處理器概述

控制單元：主要負責取指、譯碼和取操作數(shù)等基本動作，并發(fā)送主要的控制指令，控制單元中包括兩個重要的寄存器，即程序計數(shù)器（PC）和指令寄存器（IR），PC用于記錄下一條程序指令在內(nèi)存中的位置，以便控制單元能到正確的內(nèi)存位置取指，IR負責存放控制單元所取的指令，通過譯碼產(chǎn)生必要的控制信號送到算術邏輯單元進行相關的數(shù)據(jù)處理工作；算術邏輯單元：算術邏輯單元分為兩個部分，一部分是算術運算單元，主要處理數(shù)值型的數(shù)據(jù)，進行數(shù)學運算，另一部分是邏輯運算單元，主要處理邏輯運算工作；寄存器：用于存儲暫時性的數(shù)據(jù)，主要是從存儲器中得到的數(shù)據(jù)和算術邏輯單元中處理好的數(shù)據(jù)。

1.2.3嵌入式微處理器的特點

功耗低：尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和通信設備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此；集成豐富的外圍設備接口：不僅滿足了系統(tǒng)的功能要求，還可以大大提高產(chǎn)品的集成度，從而達到縮小面積/體積、提高可靠性的目的；對實時多任務有很強的支持能力：能完成多任務并且有較短的中斷響應時間，從而使內(nèi)部的代碼和實時內(nèi)核的執(zhí)行時間減少到最低限度。

1.2.4CISC和RISC架構傳統(tǒng)的CISC（ComplexInstructionSetComputer）結構有其固有的缺點，即是隨著計算機技術的發(fā)展而不斷引入新的復雜的指令集，為支持這些新增的指令，計算機的架構會越來越復雜。然而，在CISC指令集的各種指令中，其使用頻率卻相差懸殊，大約有20%的指令會被反復使用，占整個程序代碼的80%，而剩下的不常使用的80%的指令在程序中只占20%，顯然，這種結構是不太合理的。

1.2.4CISC和RISC架構1979年美國加州大學伯克利分校提出了RISC（ReducedInstructionSetComputer）的概念，把著眼點放在了如何是計算機的結構更加簡單合理地提高運算速度上。RISC結構優(yōu)先選取使用頻率最高的簡單指令，避免復雜指令；將指令長度固定，指令格式和尋址方式種類減少。RISC架構具有如下特點：1.采用固定長度的指令格式，指令規(guī)整、簡單；2.使用單周期指令，便于操作執(zhí)行；3.大量使用cache，只有載入/存儲指令可以存取存儲器，以提高指令的執(zhí)行效率。

1.3ARM微處理器概述

1.3.1ARMARM（AdvancedRISCMachines），既可以認為是一個公司的名字，也可以認為是對一類微處理器的通稱，還可以認為是一種技術的名字。1990年ARM公司成立于英國劍橋，是專門從事基于RISC技術的芯片設計開發(fā)的公司，作為知識產(chǎn)權供應商，ARM本身不直接從事芯片生產(chǎn)，而是轉讓設計許可，由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片。

1.3.1ARMARM7TDMI是ARM公司最成功的微處理器IP之一，至今在蜂窩電話領域已銷售了數(shù)億個微處理器。DEC公司獲得ARM公司授權設計并生產(chǎn)了StrongARM系列微處理器，這款CPU的主頻達到了233MHz，而功率不到1瓦。后來DEC公司StrongARM部門被Intel公司并購，Intel公司用StrongARM取代了他們境況不佳的i860和i960體系，并在此基礎上開發(fā)了新的體系結構XScale系列。1.3.1ARM將技術授權給其它芯片廠商形成各具特色的ARM芯片...

1.3.1ARM

ARM微處理器的應用領域：1.工業(yè)控制領域：作為32位的RISC架構，基于ARM核的微控制器芯片不但占據(jù)了高端微控制器市場的大部分市場份額，同時也逐漸向低端微控制器應用領域擴展，ARM微控制器的低功耗、高性價比，向傳統(tǒng)的8位/16位微控制器提出了挑戰(zhàn)；2.無線通訊領域：目前已有超過85%的無線通訊設備采用了ARM技術，ARM以其高性能和低成本，在該領域的地位日益鞏固；3.網(wǎng)絡應用：隨著寬帶技術的推廣，采用ARM技術的ADSL芯片正逐步獲得競爭優(yōu)勢。此外，ARM在語音及視頻處理上行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，也對DSP的應用領域提出了挑戰(zhàn)；4.消費類電子產(chǎn)品：ARM技術在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機頂盒和游戲機中得到廣泛采用；5.成像和安全產(chǎn)品：現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機和打印機中絕大部分采用ARM技術。手機中的32位SIM智能卡也采用了ARM技術。1.3.1ARMARM微處理器的特點，采用RISC架構的ARM微處理器具有如下特點：

->體積小、低功耗、低成本、高性能；

->支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，兼容

8位/16位器件；

->大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；

->大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；

->尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高；

->指令長度固定。1.3.2ARM架構版本與產(chǎn)品系列迄今為止，ARM公司定義了7種主要的ARMISA（InstructionSetArchitecture），從版本1到版本7，ARM體系的指令集功能不斷擴大，ARM處理器系列種的各種處理器，雖然在實現(xiàn)技術、應用場合和性能方面都不相同，但只要支持相同的ARM體系版本，基于他們的應用軟件是兼容的。1.3.2ARM架構版本與產(chǎn)品系列版本處理器系列特點ARMv1ARM1該版架構只在原型機ARM1出現(xiàn)過，未用于商業(yè)產(chǎn)品。其基本性能如下：基本的數(shù)據(jù)處理指令（無乘法）26位尋址模式ARMv2ARM2ARM3該版架構對ARMv1版進行了擴展，版本ARMv2a是v2版的變種，ARM3芯片采用了ARMv2a。ARMv2版增加了以下功能：32位乘法和乘加指令支持32位協(xié)處理器操作指令快速中斷模式1.3.2ARM架構版本與產(chǎn)品系列版本處理器系列特點ARMv3ARMv3MARM6ARM7DIARM7MARMv3版架構對ARM體系結構作了較大改動：尋址空間增至32位（4GB）獨立的當前程序狀態(tài)寄存器CPSR和程序狀態(tài)保存寄存器SPSR，保存程序異常中斷時的程序狀態(tài)，以便于對異常的處理增加了中止（Abort）和未定義兩種處理器模式增加了MMU支持ARMv3M增加了有符號和無符號長乘法指令1.3.2ARM架構版本與產(chǎn)品系列版本處理器系列特點ARMv4ARMv4TStrongARMARM7TDMIARM9TARMv4版架構是目前應用最廣的ARM體系結構，在v3版上作了進一步擴充，指令集增加了以下功能：增加了系統(tǒng)模式增加了16位Thumb指令集完善了軟件中斷SWI指令的功能不再支持26位尋址模式1.3.2ARM架構版本與產(chǎn)品系列版本處理器系列特點ARMv5TEARMv5TEJARM9EARM10EXscaleARM7EJARM926EJARMv5版架構是在ARMv4版基礎上增加了一些新的指令：增加了ARM與Thumb狀態(tài)之間切換的指令增強乘法指令和快速乘法累加指令增加了數(shù)字信號處理指令（ARMv5TE版）增加了Java加速功能（ARMv5TEJ版）1.3.2ARM架構版本與產(chǎn)品系列版本處理器系列特點ARMv6ARM11ARMv6版架構是2001年發(fā)布的，首先在2002年春季發(fā)布的ARM11處理器中使用，增加了以下功能：Thumb-2：增強代碼密度SIMD：增強的媒體和數(shù)字處理功能TrustZone：提供增強的安全性能IEM：提供增強的功耗管理功能1.3.2ARM架構版本與產(chǎn)品系列版本處理器系列特點ARMv7CortexARMv7版架構定義了3種不同的微處理器系列：A系列：面向應用的微處理器核，支持復雜操作系統(tǒng)和用戶應用R系列：深度嵌入的微處理器核，針對實時系統(tǒng)應用M系列：微控制核，針對成本敏感的嵌入式控制應用1.3.2ARM架構版本與產(chǎn)品系列ARM7微處理器系列為低功耗的32位RISC處理器，最適合用于對價位和功耗要求較高的消費類應用，具有如下特點：

★具有嵌入式ICE－RT邏輯，調(diào)試開發(fā)方便

★極低的功耗★能夠提供0.9MIPS/MHz的三級流水線

★程序密度高并兼容16位的Thumb指令集★對操作系統(tǒng)的支持廣泛，包括WindowsCE、Linux、PalmOS等★指令系統(tǒng)與ARM9、ARM9E和ARM10E系列相容，便于用戶的產(chǎn)品升級換代★主頻最高可達130MIPS，高速的運算處理能力能勝任絕大多數(shù)的復雜應用1.3.2ARM架構版本與產(chǎn)品系列ARM9微處理器系列

ARM9在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能，具有如下特點：★5級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高；★1.1MIPS/MHz的哈佛結構

★支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集★支持32位的高速AMBA總線接口

★全性能的MMU，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)★支持數(shù)據(jù)cache和指令cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力1.3.2ARM架構版本與產(chǎn)品系列ARM9E微處理器系列

ARM9E系列微處理器為可綜合處理器，使用單一的處理器內(nèi)核提供了微控制器、DSP、Java應用系統(tǒng)的解決方案，極大的減少了芯片的面積和系統(tǒng)的復雜程度，具有如下特點：★支持DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號處理的場合★支持VFP9浮點處理協(xié)處理器★主頻最高可達300MIPS

1.3.2ARM架構版本與產(chǎn)品系列ARM10E微處理器系列

ARM10E具有高性能、低功耗的特點，由于采用了新的架構，與ARM9器件相比較，在同樣的時鐘頻率下，性能提高了近50%，同時，ARM10E采用了兩種先進的節(jié)能方式，使其功耗極低，具有如下特點：★6級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高★支持DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號處理的場合

★支持VFP10浮點處理協(xié)處理器

★主頻最高可達400MIPS★內(nèi)嵌并行讀/寫操作部件1.3.2ARM架構版本與產(chǎn)品系列ARM11微處理器系列

ARM11著重提高了多媒體處理性能，在處理流媒體和Java程序時的性能表現(xiàn)更為出色，ARM11具有更低的耗電量，可以滿足下一代手持設備對電池供應時間的要求。具有如下特點：★8級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高★主頻最高可達1GHz1.3.2ARM架構版本與產(chǎn)品系列SecurCore微處理器系列

SecurCore系列微處理器除了具有ARM體系結構的低功耗、高性能的特點外，還具有其獨特的優(yōu)勢，即提供了對安全解決方案的支持

。具有如下特點：★帶有靈活的保護單元，以確保操作系統(tǒng)和應用數(shù)據(jù)的安全

★采用軟內(nèi)核技術，防止外部對其進行掃描探測★可集成用戶自己的安全特性和其他協(xié)處理器

1.3.2ARM架構版本與產(chǎn)品系列StrongARM微處理器系列

InterStrongARMSA-1100處理器是采用ARM體系結構高度集成的32位RISC微處理器。它融合了Inter公司的設計和處理技術以及ARM體系結構的電源效率，采用在軟件上兼容ARMv4體系結構、同時采用具有Intel技術優(yōu)點的體系結構。IntelStrongARM處理器是便攜式通訊產(chǎn)品和消費類電子產(chǎn)品的理想選擇，已成功應用于多家公司的掌上電腦系列產(chǎn)品。

1.3.2ARM架構版本與產(chǎn)品系列Xscale微處理器系列

Xscale

處理器是基于ARMv5TE體系結構的解決方案，是一款全性能、高性價比、低功耗的處理器。它支持16位的Thumb指令和DSP指令集，已使用在數(shù)字移動電話、