ARM9基礎(chǔ)知識(shí)詳解

ARM9WinCEWinCE1WinCEWinCE1基礎(chǔ)知識(shí)（必記）ARM9微處理器系列ARM9系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特點(diǎn)：－5級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。－提供1.1MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)。－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)。－MPU支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。－支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。大小都為16K。ARM9系列微處理器主要應(yīng)用于無(wú)線設(shè)備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機(jī)頂盒、高端打印機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等。ARM9系列微處理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三種類型，以適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。ARM920T=ARM9TDMIcorepluscacheandMMUARM微處理器結(jié)構(gòu)1、RISC體系結(jié)構(gòu)：RISC結(jié)構(gòu)優(yōu)先選取使用頻最高的簡(jiǎn)單指令，避免復(fù)雜指令1、RISC體系結(jié)構(gòu)應(yīng)具有如下特點(diǎn)：－采用固定長(zhǎng)度的指令格式，指令歸整、簡(jiǎn)單、基本尋址方式有2～3種。－使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行。－大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對(duì)寄存器進(jìn)行操作，只有加載/存儲(chǔ)指令可以訪問(wèn)存儲(chǔ)器，以提高指令的執(zhí)行效率。除此以外，ARM體系結(jié)構(gòu)還采用了一些特別的技術(shù)，在保證高性能的前提下盡量縮小芯片的面積，并降低功耗：－所有的指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結(jié)果決定是否被執(zhí)行，從而提高指令的執(zhí)行效率。－可用加載/存儲(chǔ)指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。－可在一條數(shù)據(jù)處理指令中同時(shí)完成邏輯處理和移位處理。－在循環(huán)處理中使用地址的自動(dòng)增減來(lái)提高運(yùn)行效率。2、ARM微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)ARM處理器共有37個(gè)寄存器，被分為若干個(gè)組（BANK），這些寄存器包括：－31個(gè)通用寄存器，包括程序計(jì)數(shù)器（PC指針），均為32位的寄存器。－6個(gè)狀態(tài)寄存器，用以標(biāo)識(shí)CPU的工作狀態(tài)及程序的運(yùn)行狀態(tài)，均為32位，目前只使用了其中的一部分。同時(shí)，ARM處理器又有7種不同的處理器模式，在每一種處理器模式下均有一組相應(yīng)的寄存器與之對(duì)應(yīng)。即在任意一種處理器模式下，可訪問(wèn)的寄存器包括15個(gè)通用寄存器（R0～R14）、一至二個(gè)狀態(tài)寄存器和程序計(jì)數(shù)器。在所有的寄存器中，有些是在7種處理器模式下共用的同一個(gè)物理寄存器，而有些寄存器則是在不同的處理器模式下有不同的物理寄存器。3、ARM微處理器的指令結(jié)構(gòu)ARM微處理器的在較新的體系結(jié)構(gòu)中支持兩種指令集：ARM指令集和Thumb指令集。其中，ARM指令為32位的長(zhǎng)度，Thumb指令為16位長(zhǎng)度。Thumb指令集為ARM指令集的功能子集，但與等價(jià)的ARM代碼相比較，可節(jié)省30％～40％以上的存儲(chǔ)空間，同時(shí)具備32位代碼的所有優(yōu)點(diǎn)。ARM微處理器的啟動(dòng)過(guò)程1、Bootloader的啟動(dòng)：其一般要實(shí)現(xiàn)的功能如下：(1)初始化CPU速度、存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器配置寄存器以及串口等；(2)激活指令／數(shù)據(jù)Cache、建立堆棧指針、建立啟動(dòng)參數(shù)區(qū)、構(gòu)造參數(shù)結(jié)構(gòu)和標(biāo)識(shí)列表；(3)通過(guò)上電自檢，來(lái)識(shí)別存在哪些設(shè)備，并報(bào)告異常，提供對(duì)電源管理中休眠／恢復(fù)的支持；(4)跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核起始處，系統(tǒng)啟動(dòng)。ARM微處理器的工作狀態(tài)從編程的角度看，ARM一般有兩種工作狀態(tài)：ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài)。并可在兩個(gè)狀態(tài)之間隨時(shí)切換。ARM狀態(tài)下，大多數(shù)指令都是有條件執(zhí)行的；而Thumb狀態(tài)下，只有分支指令是有條件執(zhí)行的。ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)ARM體系結(jié)構(gòu)可以用兩種方式存儲(chǔ)：大端格式和小端格式。最大尋址空間為4GB（232字節(jié)）在big-endian格式中，對(duì)于地址為A的字單元其中字節(jié)單元由高位到低位字節(jié)順序?yàn)锳,A+1,A+2,A+3;這種存儲(chǔ)器格式如下所示：3124231615870------------------------------------------------------------------------------------字單元A|------------------------------------------------------------------------------------半字單元A|半字單元A+2|------------------------------------------------------------------------------------字節(jié)單元A|字節(jié)單元A+1|字節(jié)單元A+2|字節(jié)單元A+3|------------------------------------------------------------------------------------在little-endian格式中，對(duì)于地址為A的字單元由高位到低位字節(jié)順序?yàn)锳+3,A+2,A+1,A，這種存儲(chǔ)格式如下所示3124231615870----------------------------------------------------------------------------------字單元A|----------------------------------------------------------------------------------半字單元A+2|半字單元A|----------------------------------------------------------------------------------字節(jié)單元A+3|字節(jié)單元A+2|字節(jié)單元A+1|字節(jié)單元A|----------------------------------------------------------------------------------指令長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)類型ARM處理器的指令長(zhǎng)度可以是32位（ARM狀態(tài)下），也可以是16位（Thumb狀態(tài)下）。ARM處理器支持字節(jié)（8位）、半字（16位）、字（32位）三種數(shù)據(jù)類型。其中字需要4字節(jié)對(duì)齊（地址的低兩位為0）、半字需要2字節(jié)對(duì)齊（地址的最低位為0）。處理器模式ARM微處理器支持7種運(yùn)行模式：――用戶模式（usr）――快速中斷模式（fiq）――外部中斷模式（irq）――管理模式（svc）――數(shù)據(jù)訪問(wèn)中止模式（abt）――系統(tǒng)模式（sys）――未定義指令中止模式（und）ARM體系結(jié)構(gòu)所支持的異常類型復(fù)位、未定義指令、軟件中斷、指令預(yù)取中止、數(shù)據(jù)中止、IRQ（外部中斷請(qǐng)求）、FIQ（快速中斷請(qǐng)求）。對(duì)中斷的響應(yīng)：1、將下一條指令的地址存入相應(yīng)連接寄存器LR，以便程序在處理異常返回時(shí)能從正確的位置重新開(kāi)始執(zhí)行。若異常是從ARM狀態(tài)進(jìn)入，LR寄存器中保存的是下一條指令的地址（當(dāng)前PC＋4或PC＋8，與異常的類型有關(guān)）；若異常是從Thumb狀態(tài)進(jìn)入，則在LR中保存當(dāng)前