ARM嵌入式系统复习要点

《ARM嵌入式系统复习要点》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ARM嵌入式系统复习要点（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、虎山爬1嵌入式复习要点嵌入式复习要点操作系统的分类：操作系统的分类： （1）多道批处理系统：）多道批处理系统：在内存同时保存多个作业，CPU 以交替的方式处理各个作 业无交互能力；作业排队，依次处理，周期较长,无法确定执行时间; 提高了 CPU 的利用率和 I/O 设备的利用率 （2）分时操作系统：）分时操作系统：把 CPU 的时间分按顺序分成若干片，每个时间片内执行不同 的程序，系统内同时可以有多个程序运行，如 UNIX，Windows；(有交互能力) （3）实时操作系统：）实时操作系统：能够在指定或者确定的时间内完成系统功能以及对外部或内 部事件在同步或异步时间内做出响应的系统 嵌入式系统

2、的定义嵌入式系统的定义: 以应用为中心应用为中心、以计算机技术为基础计算机技术为基础、软件硬件可裁剪软件硬件可裁剪、适用于应用系统对功能功能、可可 靠性靠性、成本成本、体积体积、功耗功耗严格要求的专用专用计算机系统。 一般由嵌入式微处理器嵌入式微处理器、外围硬件设备外围硬件设备、嵌入式操作系统嵌入式操作系统以及用户应用程序用户应用程序等四个部 分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能嵌入式系统与通用计算机的差异：嵌入式系统与通用计算机的差异： 目的的差异目的的差异 通用计算机的特点就是通用通用，希望用户拿到计算机后就可以开始使用，不管是做影音、 还是办公自动化，科研都能得到广泛的应用

3、，这是 PC 的发展方向。 但是嵌入式系统完全不同的特点，它需要的是专用专用，如何最大限度的裁剪精简设备，如何最大限度的裁剪精简设备， 降低造价，提升可靠度，才是嵌入式系统的发展方向降低造价，提升可靠度，才是嵌入式系统的发展方向 技术方向的差异技术方向的差异 通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算高速、海量的数值计算；技术发展方向是总线速度的无总线速度的无 限限提升升，存储容量的无限扩大存储容量的无限扩大。 而嵌入式系统的技术要求是对象的智能化控制能力智能化控制能力（有限） ；技术发展方向是与对象系 统密切相关的嵌入性能嵌入性能（如何高效嵌入） 、控制能力与控制的可靠性控制能力与控制的

4、可靠性（嵌入式系统最关注， 通用计算机系统 较少关注） （课件版本）嵌入式系统的特点：（课件版本）嵌入式系统的特点： 专门用于特定任务专门用于特定任务 技术集成技术集成-软硬件集成-计算机和网络通信集成 有实时约束有实时约束-一般采用实时操作系统-及时完成任务 有功耗约束有功耗约束（输电线路的监控系统） 软件通常没有系统和应用的区别，软件固化软件通常没有系统和应用的区别，软件固化 系统内核小系统内核小-软件内核小，CPU 处理能力小 高可靠性高可靠性-分布式系统，适应各种环境虎山爬2资源比资源比 PC 少得多少得多-CPU 片内片外资源比 PC 少，造价和功耗降低 嵌入式系统需要专用的开发工具

5、嵌入式系统需要专用的开发工具ADS、MDK、GCC、eVC、.net 非垄断市场非垄断市场（书上版本）嵌入式系统的特点：（书上版本）嵌入式系统的特点： 系统内核小系统内核小 专用性强专用性强 系统精简系统精简 软件固化软件固化 嵌入式软件开发要想走标准化，就必须使用多任务的操作系统嵌入式软件开发要想走标准化，就必须使用多任务的操作系统 嵌入式系统开发需要开发工具和环境嵌入式系统开发需要开发工具和环境嵌入式系统的组成：嵌入式系统的组成： 硬件平台硬件平台 嵌入式处理器（嵌入式微控制器嵌入式微控制器 MPU、嵌入式微处理器嵌入式微处理器 MCU、嵌入式嵌入式 DSP 处理器处理器、 嵌入式片上系统

6、嵌入式片上系统 SoC） 存储器（Cache、主存、辅助存储器） 通用设备接口和 IO 接口 模拟电路及电源 软件结构软件结构 设备驱动层（Device Driver）：硬件抽象层硬件抽象层 HAL、板级支持包（板级支持包（BSP） 、设备驱动程设备驱动程 序序 实时操作系统层（RTOS） 应用程序接口 API 层（Application Programming Interface） 应用程序层 冯冯诺依曼体系结构：诺依曼体系结构：由于取指令和存取数据要从同一个存储空间存取同一个存储空间存取，经由同一总线同一总线 传输传输，因而它们无法重叠执行无法重叠执行哈佛体系结构：哈佛体系结构：由于取指令

7、和存取数据分别经由不同的存储空间不同的存储空间和不同的总线不同的总线，使得各 条指令可以重叠执行可以重叠执行虎山爬3CISC：复杂指令集（：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer） 具有大量的指令和寻址方式具有大量的指令和寻址方式指令条数多，是不等长的指令集，复杂功能有硬件实现（硬件方式） ，效率高， 但是功耗大。 大多数程序只使用少量的指令就能够运行。大多数程序只使用少量的指令就能够运行。 （好处）（好处） RISC：精简指令集（：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer) 8/2 原则：原则：80%的程序只使用的程序

8、只使用 20%的指令的指令 在通道中只包含最有用的指令在通道中只包含最有用的指令指令条数少，简单，是等长的精简指令集，复杂功能用多条指令组成完成（软指令条数少，简单，是等长的精简指令集，复杂功能用多条指令组成完成（软 件方式）件方式） ，再使用流水线降低指令的执行周期数，再使用流水线降低指令的执行周期数 确保数据通道快速执行每一条指令确保数据通道快速执行每一条指令 使使 CPU 硬件结构设计变得更为简单硬件结构设计变得更为简单流水线技术：几个指令可以并行执行流水线技术：几个指令可以并行执行 提高了提高了 CPU 的运行效率的运行效率 内部信息流要求通畅流动内部信息流要求通畅流动大端的数据存放格

9、式：大端的数据存放格式：word a=0x f6 73 4b cd虎山爬4小端的数据格式：小端的数据格式：ARM 默认格式默认格式 ARM7 寄存器：寄存器： 所有的 37 个寄存器，分成两大类： 31 个通用个通用 32 位寄存器位寄存器：R0R12 为保存数据或地址值的通用寄存器通用寄存器，R0R7 为未未 分组的寄存器分组的寄存器，R8R14 为分组寄存器分组寄存器 6 个状态寄存器：个状态寄存器： 虎山爬5R15（PC）：）： 从 R15 读取的值是处理器正在取指正在取指的地址，即当前正在执行指令正在执行指令的地址加上地址加上 8 个字个字 节节 CPSR：状态切换：设置状态切换：设置

10、 CPSR 模式位模式位 T（不推荐）或使用（不推荐）或使用 BX 跳转指令跳转指令防止重入中断覆盖返回地址：防止重入中断覆盖返回地址： 解决办法是确保 R14 的对应版本在发生中断嵌套时不再保存任何有意义的值（将 R14 入栈） ，或者切换到其它处理器模式下。虎山爬6异常：只要正常的程序流被暂时中止，处理器就进入异常模式异常：只要正常的程序流被暂时中止，处理器就进入异常模式 FIQ :快速中断请求，CPSR:I=1（特权模式下才能修改 I、F） IRQ(Interrupt ReQuest):外部中断请求，CPSR:F=0，系统的外设 未定义指令未定义指令:ARM 处理器或协处理器遇到不能处理

11、的指令 预取中止：预取中止：预取指令地址不存在，并执行该预取的指令的时候 数据中止：数据中止：数据访问指令的地址不存在 复位：复位：处理器复位电平有效 软件中断软件中断 Software interrupt：执行 SWI 指令产生，可用于用户模式下的程序调用特 权操作指令，可使用该异常机制实现系统功能调用 未定义的指令陷井未定义的指令陷井 进入异常过程：进入异常过程：异常总是在异常总是在 ARM 状态状态中进行处理处理。当处理器处于 Thumb 状态时发生了 异常，在异常向量地址装入 PC 时，会自动切换到自动切换到 ARM 状态状态。 在适当的在适当的 LR 中保存下一条指令的地址中保存下一

12、条指令的地址 将将 CPSR 复制到适当的复制到适当的 SPSR 中；中； 将将 CPSR 模式位强制设置为与异常类型相对应的值；模式位强制设置为与异常类型相对应的值； 强制强制 PC 从相关的异常向量处取指。从相关的异常向量处取指。 退出异常过程：退出异常过程： 将将 LR 中的值减去偏移量后存入中的值减去偏移量后存入 PC，偏移量根据异常的类型而有所不同，偏移量根据异常的类型而有所不同 将将 SPSR 的值复制回的值复制回 CPSR虎山爬7退出异常三种方式：复位进入管理模式，不用返回退出异常三种方式：复位进入管理模式，不用返回 MOVS PC, LR SUBS PC, LR, #4 LDM

13、FD SP!, PC （STMFD SP!,R0-R3,LR进入中断前保存使用到的寄存器进入中断前保存使用到的寄存器 LDMFD SP!,R0-R3,PC中断返回中断返回）可重入中断设计：可重入中断设计：虎山爬8ARM 指令系统指令系统: ARM 指令系统属于 RISC 指令系统指令系统，ARM 指令包括标准 ARM 指令集指令集和 Thumb 指令集指令集。标 准的 ARM 指令每条都是 32 位位，Thumb 指令集是 ARM 指令集的子集，每条指令只有 16 位位。ARM 指令集的特点：指令集的特点：指令长度固定指令长度固定、指令格式的种类少指令格式的种类少、寻址方式简单寻址方式简单 1

14、 、标准的、标准的 ARM 指令都是指令都是 32 位。位。 2 、大多数、大多数 ARM 指令都在单周期内完成。指令都在单周期内完成。 3 、所有的、所有的 ARM 指令都可以条件执行。指令都可以条件执行。 4 、具有灵活的第、具有灵活的第 2 操作数操作数,它既可以是立即数，也可以是逻辑运算数它既可以是立即数，也可以是逻辑运算数,使得使得 ARM 指指 令可以在读取数值的同时进行算术和移位操作，可以在几种模式下操作令可以在读取数值的同时进行算术和移位操作，可以在几种模式下操作,包括通过包括通过 使用中断指令使用中断指令 SWI 从用户模式进入的管理模式。从用户模式进入的管理模式。 5、AR

15、M 指令属于指令属于 RISC 指令，具有指令，具有 RISC 指令指令 的特点：的特点：指令少，且等长，便于充分利用流水线技术；使用多寄存器，且多为简单的 Load/Store 指令，即为 Load/Store 体系结构(从内存取值，执行完后再放回内存) 6、指令中的立即数和直接地址：、指令中的立即数和直接地址：由于指令统一为 32 位，所以一般立即数为立即数为 5-12 位位。通过采用一些特殊方法，使它能够处理 32 位立即数。同理，直接直接/相对地址一相对地址一 般为般为 24 位位，由于指令地址最低二位为指令地址最低二位为 00，故寻址范围为 226，相对地址范围为225。 7、指令集

16、可以通过协处理器进行扩展。、指令集可以通过协处理器进行扩展。虎山爬9ARM 指令的寻址方式：指令的寻址方式：ARM 指令可以有 3 个操作数，首先是结果寄存器结果寄存器，然后是第一第一 操作数寄存器操作数寄存器，最后是第二操作数第二操作数基本寻址方式：基本寻址方式： 寄存器寻址：寄存器寻址：MOV R0，R1 ；（R1）R0 立即数寻址：立即数寻址：MOV R0，#20 ；20 R0 寄存器间接寻址：寄存器间接寻址：LDR R0，R3 ；（R3） ）R0 寄存器变址：寄存器变址：LDR R0，R1，#4 ；（R1）+4） R0 相对寻址：相对寻址：B rel ；（pc）+rel pc复合寻址方式复合寻址方式：可以有第 2 个和第 3 个操作数 第二操作数寻址：第二操作数寻址： 立即寻址（#imme