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1、广州周立功单片机发展有限公司 Tel (020)38730976 38730916 Fax 38730925 http / - 1 - ARM7TDMI-S(Rev 4)技术参考手册技术参考手册技术参考手册技术参考手册 广州周立功单片机发展有限公司 Tel (020)38730976 38730916 Fax 38730925 http / - 2 - 第第第第 1 章章章章 介绍介绍介绍介绍 这一章介绍 ARMTDMI-S 处理器包含以下小节 ?关于 ARM7TDMI-S 处理器 ? ARM7TDMI-S 结构 ? ARM7TDMI-S 模块内核和功能框图 ? ARM7TDMI-S 指令集汇
2、总 ? Rev 3a 和 Rev 4 之间的差异 1.1 关于关于关于关于 ARM7TDMI-S 处理器处理器处理器处理器 ARM7TDMI-S 处理器是 ARM 通用 32 位微处理器家族的成员之一ARM 处理器具有优异的性能但功耗却很低使用门的数量也很少ARM 结构是基于精简指令集计算机(RISC)原理而设计的指令集和相关的译码机制比复杂指令集计算机要简单得多这样的简化实现了 ? 高的指令吞吐量 ? 出色的实时中断响应 ? 小的高性价比的处理器宏单元 1.1.1 1.1.1 1.1.1 1.1.1 指令流水线指令流水线指令流水线指令流水线 ARM7TDMI-S 处理器使用流水线来增加处理器
3、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 流水线使用 3 个阶段因此指令分 3 个阶段执行 ? 取指 ? 译码 ? 执行 3 阶段流水线如图 1-1 所示 ARM Thumb PC PC 取指 指令从存储器中取出 PC-4 PC-2 译码 对指令使用的寄存器进行译码 PC-8 PC-4 执行 从寄存器组中读出寄存器 执行移位和 ALU 操作 寄存器写回到寄存器组 图 1-1 指令流水线 注程序计数器(PC)指向被取指的指令而不是指向正在执行的指令 在正常操作过程中在执行一条指令的同时对下一条指令进行译码并将第三条指令从存储器中取出 1.1.2 存储器访问存储器访问存储器
4、访问存储器访问 ARM7TDMI-S 处理器使用了冯诺依曼Von Neumann结构指令和数据共用一条 32 位总线只有装载存储和交换指令可以对存储器中的数据进行访问 数据可以是 8 位字节16 位半字或者 32 位字字必须分配为占用 4 字节而半字必须分配为占用 2广州周立功单片机发展有限公司 Tel (020)38730976 38730916 Fax 38730925 http / - 3 - 字节 1.1.3 存储器接口存储器接口存储器接口存储器接口 ARM7TDMI-S 处理器的存储器接口可以使潜在的性能得到实现这样减少了存储器的使用对速度有严格要求的控制信号使用流水线这样使系统控制
5、功能以标准的低功耗逻辑实现这些控制信号使许多片内和片外存储器技术所支持的快速突发访问模式得到充分利用 ARM7TDMI-S 处理器的存储器周期有 4 种基本类型 ? 内部周期 ? 非连续的周期 ? 连续的周期 ? 协处理器寄存器传输周期 1.2 ARM7TDMI-S 的结构的结构的结构的结构 ARM7TDMI-S 处理器有两个指令集 ? 32 位 ARM 指令集 ? 16 位 Thumb 指令集 ARM7TDMI-S 处理器使用了 ARM 结构 v4T关于 ARM 和 Thumb 指令集的详细信息请参阅ARM体系结构参考手册 1.2.1 指令压缩指令压缩指令压缩指令压缩 传统的微处理器结构对于
6、指令和数据有相同的带宽因此和 16 位结构相比32 位结构处理 32 位数据具有更高的性能并且在寻址更大的地址空间时要有效得多 16 位结构比 32 位结构具有更高的代码密度并且超过 32 位结构 50%的性能Thumb 在 32 位结构上实现了 16 位的指令集这样可提供 ? 比 16 位结构更高的性能 ? 比 32 位结构更高的代码密度 1.2.2 Thumb 指令集指令集指令集指令集 Thumb 指令集是最通用的 ARM 指令的子集 Thumb 指令长度为 16 位 每条指令都对应一条32 位ARM指令它对处理器模型有相同的效果 Thumb 指令使用标准的 ARM 寄存器配置进行操作 这
7、样 ARM 和 Thumb 状态之间具有极好的互用性在执行方面Thumb 具有 32 位内核所有的优点 ? 32 位地址空间 ? 32 位寄存器 ? 32 位移位器和算术逻辑单元(ALU) ? 32 位存储器传输 Thumb 因此提供了长的分支范围强大的算术操作和巨大的地址空间 Thumb 代码仅为 ARM 代码规模的 65%但其性能却相当于连接到 16 位存储器系统的 ARM 处理器性能的 160%因此 Thumb 使 ARM7TDMI-S 处理器非常适用于那些只有有限的存储器带宽并且代码密度很高的嵌入式应用 16 位 Thumb 和 32 位 ARM 指令集使设计者极大的灵活性使他们可以根
8、据各自应用的需求在子程序一级上实现对性能或者代码规模的优化例如应用中的快速中断和 DSP 算法可使用完全的 ARM 指令集编写并使用 Thumb 代码连接 广州周立功单片机发展有限公司 Tel (020)38730976 38730916 Fax 38730925 http / - 4 - 1.3 ARM7TDMI-S 模块模块模块模块内核和功能框图内核和功能框图内核和功能框图内核和功能框图 ARM7TDMI-S 处理器结构内核和功能框图见下 ? ARM7TDMI-S 模块见图 1-2 ? ARM7TDMI-S 内核见图 1-3 ? ARM7TDMI-S 功能框图见图 1-4 Embedded
9、ICE-RTCPUDBGRNG(0) DBGRNG(1) DBGEXT(0) DBGEXT(1)TAPADDR31:0LOCK WRITE SIZE1:0 PROT1:0 TRANS1:0WDATA31:0RDATA31:0DBGTDIDBGnTRSTDBGTMSDBGTCKENDBGTDO图 1-2 ARM7TDMI-S 模块 注数据总线上没有双向路径图 1-2 对这些作了简化 广州周立功单片机发展有限公司 Tel (020)38730976 38730916 Fax 38730925 http / - 5 - 31 x 32-32 x 832-ALUCLK CLKENCFGBIGEND n
10、IRQ nFIQ nRESET ABOR TCP CPDBGDBGTRANS1:0PROT1:0SIZE1:0WRITELOCKWDATA31:0RDATA31:0ADDR31:0APCB6 状态寄存器地址增加器增加器总线总线筒形移位器指令管线读数据寄存器Thumb图 1-3 ARM7TDMI-S 内核 广州周立功单片机发展有限公司 Tel (020)38730976 38730916 Fax 38730925 http / - 6 - CPBCPACPnICPTBITCPSEQCPnMREQCPnOPCCPnTRANSTRANS1:0PROT1:0SIZE1:0WRITEABORTRDATA
11、31:0WDATA31:0ADDR31:0DBGTDODBGnTDOENDBGnTRSTDBGTDIDBGTMSDBGTCKENDBGCOMMTXDBGCOMMRXDBGRNG0DBGRNG1DBGENDBGEXT0DBGEXT1DBGnEXECDBGACKDBGBREAKDBGRQLOCKCFGBIGENDnRESETnFIQnIRQCLKENCLKDBGINSTRVALIDARM7TDMI-SDMOREEmbededICE-RT图 1-4 ARM7TDMI-S 功能框图 1.4 ARM7TDMI-S 指令集汇总指令集汇总指令集汇总指令集汇总 该节提供了 ARM 和 Thumb 指令集的汇总
12、 ? ARM 指令汇总 ? Thumb 指令汇总 指令集详见 ARM体系结构参考手册 1.5 Rev 3a 和和和和 Rev 4 之间的差异之间的差异之间的差异之间的差异 ARM7TDMI-S(Rev 4)的变更见下面的章节 ? 增加的 EmbeddedICE-RT 逻辑 ? 改进的调试通信通道(DCC)带宽 ? 通过 JTAG 对 DCC 进行访问 ? TAP 控制器 ID 寄存器 ? 更加有效的多路传输 广州周立功单片机发展有限公司 Tel (020)38730976 38730916 Fax 38730925 http / - 7 - 1.5.1 增加的增加的增加的增加的 Embedde
13、dICE-RT 逻辑逻辑逻辑逻辑 EmbeddedICE-RT 对 ARM7TDMI-S(Rev 3)当中的 EmbeddedICE 逻辑作了改进EmbeddedICE-RT 可以使您在监控模式下执行调试在监控模式下内核在遇到断点或观察点时执行异常处理并不像在暂停模式中那样进入调试状态 如果内核在遇到断点或观察点时不进入调试状态它仍然可以像正常情况下一样响应硬件中断请求如果内核构成了机械系统反馈环的一部分那么在监控模式下进行调试非常有用因为如果停止内核会导致系统运转中断 更详细的信息请查阅第5章 调试您的系统 节电节电节电节电 当 DBGEN 被拉低时大部分的 EmbeddedICE-RT 逻
14、辑都被禁止以实现最低功耗 程序员模式的改变 程序员模式的改变如下 调试控制寄存器 增加了两个新的位 Bit4 监控模式使能使用该位来控制器件对断点或观察点的反应 ? 置位时内核执行指令或数据的异常中止 ? 当清零时内核进入调试状态 Bit5 EmbeddedICE-RT 禁止 在更改观察点和断点时使用该位 ? 置位时该位禁止断点和观察点断点或观察点寄存器可以编程为新的值 ? 清零时新的断点或观察点值生效 协处理器寄存器映射协处理器寄存器映射协处理器寄存器映射协处理器寄存器映射 协处理器寄存器映射中的一个新的寄存器R2指示处理器是因为一个真实的中止还是因为断点或观察点而进入预取指或数据异常中止更
15、详细的信息请参阅第 5 章的中止状态寄存器 1.5.2 改进的调试通信通道改进的调试通信通道改进的调试通信通道改进的调试通信通道(DCC)带宽带宽带宽带宽 在 ARM7TDMI-S 处理器(Rev 3)中 读取 DCC 数据需要对扫描链 2 进行两次访问 第一次访问状态位第二次访问数据本身 为了改进 DCC 带宽在 ARM7TDMI-S 处理器(Rev 4)中读取数据和状态位只需要一次访问状态位包含在扫描链所读取的地址区域的最低位当中 DCC 控制寄存器中的状态位保持不变以确保向下兼容性更多信息参考第 5 章的调试通信通道一节 1.5.3 通过通过通过通过 JTAG 访问访问访问访问 DCC DCC 控制寄存器可通过 ARM7TDMI-S 处理器(Rev 4)中的 JTAG 接口进行控制 处理器写操作清零 bit0数据读控制位更多信息请参考第 5 章的调试通信通道一节 1.5.4 TAP 控制器控制器控制器控制器 ID 寄存器寄存器寄存器寄存器 TAP 控制器 ID 寄存器值为 0x7F1F0F0F更多信息请参考第 5 章的 ARM7TDMI-S器件标识(ID)代码寄存器一节 广州周立功单片机发展有限公司 Tel (020)38730976 38730916 Fax 38
