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1、北京大学软件与微电子学院北京大学软件与微电子学院2006.22006.2嵌入式系统设计嵌入式系统设计嵌入式系统设计嵌入式系统设计第二章第二章第二章第二章 ARM ARM 体系结构体系结构体系结构体系结构北京大学软件与微电子学院北京大学软件与微电子学院2006.22006.2ARMARM体系结构体系结构体系结构体系结构? ?概述概述概述概述? ?ARMARM存储器结构存储器结构存储器结构存储器结构? ?ARM I/OARM I/O结构结构结构结构? ?ARM ARM 协处理器接口协处理器接口协处理器接口协处理器接口? ?ARM JTAGARM JTAG调试接口调试接口调试接口调试接口? ?对高级
2、语言的支持对高级语言的支持对高级语言的支持对高级语言的支持? ?ARM CPUARM CPU? ?小结小结小结小结北京大学软件与微电子学院北京大学软件与微电子学院2006.22006.2ARMARM体系结构体系结构体系结构体系结构- -概述（概述（概述（概述（1 1）1. 1. ARM ARM 架构的特点（续）架构的特点（续）架构的特点（续）架构的特点（续）? ?RISCRISC型处理器结构型处理器结构型处理器结构型处理器结构? ?一个机器周期执行一条指令一个机器周期执行一条指令一个机器周期执行一条指令一个机器周期执行一条指令? ?只有只有只有只有Load/StoreLoad/Store指令可
3、与存储器交换数据指令可与存储器交换数据指令可与存储器交换数据指令可与存储器交换数据? ?具有指令缓存具有指令缓存具有指令缓存具有指令缓存I I- -CacheCache和数据和数据和数据和数据D D- -CacheCache? ?多寄存器使指令的操作尽可能在寄存器中进行多寄存器使指令的操作尽可能在寄存器中进行多寄存器使指令的操作尽可能在寄存器中进行多寄存器使指令的操作尽可能在寄存器中进行? ?采用硬件接线采用硬件接线采用硬件接线采用硬件接线PLAPLA的方式，不用微指令的方式，不用微指令的方式，不用微指令的方式，不用微指令? ?所有指令都采用所有指令都采用所有指令都采用所有指令都采用3232b
4、itsbits定长定长定长定长北京大学软件与微电子学院北京大学软件与微电子学院2006.22006.2ARMARM体系结构体系结构体系结构体系结构- -概述（概述（概述（概述（2 2）1. 1. ARM ARM 架构的特点架构的特点架构的特点架构的特点? ?ThumbThumb指令集指令集指令集指令集? ?提高了指令密度，减少代码长度提高了指令密度，减少代码长度提高了指令密度，减少代码长度提高了指令密度，减少代码长度? ?多处理器状态模式多处理器状态模式多处理器状态模式多处理器状态模式? ?可支持可支持可支持可支持7 7种处理器模式。种处理器模式。种处理器模式。种处理器模式。? ?嵌入式在线仿
5、真调试嵌入式在线仿真调试嵌入式在线仿真调试嵌入式在线仿真调试? ?嵌入了在线仿真嵌入了在线仿真嵌入了在线仿真嵌入了在线仿真ICEICE- -RTRT逻辑，便于通过逻辑，便于通过逻辑，便于通过逻辑，便于通过JTAGJTAG来仿真调试来仿真调试来仿真调试来仿真调试北京大学软件与微电子学院北京大学软件与微电子学院2006.22006.2ARMARM体系结构体系结构体系结构体系结构- -概述（概述（概述（概述（3 3）1. 1. ARM ARM 架构的特点（续）架构的特点（续）架构的特点（续）架构的特点（续）? ?灵活方便的接口灵活方便的接口灵活方便的接口灵活方便的接口? ?协处理器接口，允许协处理器
6、接口，允许协处理器接口，允许协处理器接口，允许1616个协处理器个协处理器个协处理器个协处理器? ?片上总线片上总线片上总线片上总线OCBOCB（OnOn- -Chip Bus)Chip Bus)的的的的AMBAAMBA （Advanced MicroAdvanced Micro- -controller Bus controller Bus Architecture)Architecture)? ?低电压、低功耗低电压、低功耗低电压、低功耗低电压、低功耗? ?降低电源电压降低电源电压降低电源电压降低电源电压? ?减少门的翻转次数减少门的翻转次数减少门的翻转次数减少门的翻转次数? ?减少门的数
7、目减少门的数目减少门的数目减少门的数目? ?降低时钟频率降低时钟频率降低时钟频率降低时钟频率北京大学软件与微电子学院北京大学软件与微电子学院2006.22006.2ARMARM体系结构体系结构体系结构体系结构- -概述（概述（概述（概述（4 4）2. 2. ARM ARM 架构架构架构架构? ?架构图架构图架构图架构图? ?3232bits ALUbits ALU? ?3131个个个个3232bitsbits 通用寄存器通用寄存器通用寄存器通用寄存器? ?6 6bitsbits状态寄存器状态寄存器状态寄存器状态寄存器? ?3232X8bitsX8bits乘法器乘法器乘法器乘法器? ?3232X
8、32X32桶形移位寄存器桶形移位寄存器桶形移位寄存器桶形移位寄存器? ?指令译码器及控制器指令译码器及控制器指令译码器及控制器指令译码器及控制器? ?指令流水线和指令流水线和指令流水线和指令流水线和 数据数据数据数据/ /地址寄存器地址寄存器地址寄存器地址寄存器北京大学软件与微电子学院北京大学软件与微电子学院2006.22006.2ARMARM体系结构体系结构体系结构体系结构- -概述（概述（概述（概述（5 5）2. 2. ARM ARM 架构（续）架构（续）架构（续）架构（续）? ?ALUALU结构结构结构结构北京大学软件与微电子学院北京大学软件与微电子学院2006.22006.2ARMAR
9、M体系结构体系结构体系结构体系结构- -概述（概述（概述（概述（5 5）2. 2. ARM ARM 架构（续）架构（续）架构（续）架构（续）? ?桶形移位寄存器桶形移位寄存器桶形移位寄存器桶形移位寄存器 （一次完成（一次完成（一次完成（一次完成n n位移位）位移位）位移位）位移位）北京大学软件与微电子学院北京大学软件与微电子学院2006.22006.2ARMARM体系结构体系结构体系结构体系结构- -概述（概述（概述（概述（6 6）2. 2. ARM ARM 架构（续）架构（续）架构（续）架构（续）? ?高速乘法器高速乘法器高速乘法器高速乘法器? ?将一位乘法（根据乘数的一位来实现加将一位乘法
10、（根据乘数的一位来实现加将一位乘法（根据乘数的一位来实现加将一位乘法（根据乘数的一位来实现加- -移位运算）改为两位乘移位运算）改为两位乘移位运算）改为两位乘移位运算）改为两位乘 法（根据乘数的二位来实现加法（根据乘数的二位来实现加法（根据乘数的二位来实现加法（根据乘数的二位来实现加- -移位运算）移位运算）移位运算）移位运算）? ?两位乘法法则两位乘法法则两位乘法法则两位乘法法则北京大学软件与微电子学院北京大学软件与微电子学院2006.22006.2ARMARM体系结构体系结构体系结构体系结构- -概述（概述（概述（概述（7 7）2. 2. ARM ARM 架构（续）架构（续）架构（续）架构
11、（续）? ?浮点部件（浮点部件（浮点部件（浮点部件（ARMARM选用，选用，选用，选用，FPA10FPA10协处理器协处理器协处理器协处理器) )? ?8 8个个个个8080位浮点寄存器组位浮点寄存器组位浮点寄存器组位浮点寄存器组? ?采用采用采用采用Load/StoreLoad/Store结构结构结构结构北京大学软件与微电子学院北京大学软件与微电子学院2006.22006.2ARMARM体系结构体系结构体系结构体系结构- -概述（概述（概述（概述（8 8）2. 2. ARM ARM 架构（续）架构（续）架构（续）架构（续）? ?控制器控制器控制器控制器北京大学软件与微电子学院北京大学软件与微
12、电子学院2006.22006.2ARMARM体系结构体系结构体系结构体系结构- -概述（概述（概述（概述（9 9）2. 2. ARM ARM 架构（续）架构（续）架构（续）架构（续）? ?寄存器组寄存器组寄存器组寄存器组北京大学软件与微电子学院北京大学软件与微电子学院2006.22006.2ARMARM体系结构体系结构体系结构体系结构- -概述（概述（概述（概述（1010）3. 3. 处理器模式处理器模式处理器模式处理器模式? ?ARMARM编程模式编程模式编程模式编程模式? ?用户：正常工作用户：正常工作用户：正常工作用户：正常工作? ?系统系统系统系统? ?FIQ: FIQ: 支持高速数据
13、传输支持高速数据传输支持高速数据传输支持高速数据传输? ?IRQIRQ：通用中断处理通用中断处理通用中断处理通用中断处理? ?SVCSVC：操作系统保护模式操作系统保护模式操作系统保护模式操作系统保护模式? ?AbortAbort：实现虚拟存储实现虚拟存储实现虚拟存储实现虚拟存储/ /或存储保护或存储保护或存储保护或存储保护? ?SysSys：运行特权操作系统任务运行特权操作系统任务运行特权操作系统任务运行特权操作系统任务? ?UndefinedUndefined：支持硬件协处理器仿真支持硬件协处理器仿真支持硬件协处理器仿真支持硬件协处理器仿真? ?CPSRCPSR（Current Progr
14、am Status Register)Current Program Status Register)包含模式信息包含模式信息包含模式信息包含模式信息? ?不同模式时系统寄存器的使用有差别（见寄存器表）不同模式时系统寄存器的使用有差别（见寄存器表）不同模式时系统寄存器的使用有差别（见寄存器表）不同模式时系统寄存器的使用有差别（见寄存器表）北京大学软件与微电子学院北京大学软件与微电子学院2006.22006.2ARMARM体系结构体系结构体系结构体系结构- -概述（概述（概述（概述（1 11 1）3. 3. 处理器模式（续）处理器模式（续）处理器模式（续）处理器模式（续）? ?ARMARM编成模
15、式（续）编成模式（续）编成模式（续）编成模式（续）? ?CPSRCPSR位定义位定义位定义位定义? ?条件（状态位）条件（状态位）条件（状态位）条件（状态位） N: N: 负数负数负数负数 Z: 0Z: 0 C: C: 进位进位进位进位 V: V: 溢出溢出溢出溢出 Q: DSPQ: DSP溢出溢出溢出溢出/ /饱和饱和饱和饱和? ?控制控制控制控制 I: IRQI: IRQ中断禁止中断禁止中断禁止中断禁止 F: FIQF: FIQ中断禁止中断禁止中断禁止中断禁止 T: ThumbT: Thumb Mode: Mode: 处理器工作模式处理器工作模式处理器工作模式处理器工作模式北京大学软件与微
16、电子学院北京大学软件与微电子学院2006.22006.2ARMARM体系结构体系结构体系结构体系结构- -概述（概述（概述（概述（1 12 2）3. 3. 处理器模式（续）处理器模式（续）处理器模式（续）处理器模式（续）? ?ThumbThumb模式下寄存器的使用模式下寄存器的使用模式下寄存器的使用模式下寄存器的使用北京大学软件与微电子学院北京大学软件与微电子学院2006.22006.2ARMARM体系结构体系结构体系结构体系结构- -概述（概述（概述（概述（1 13 3）3. 3. 处理器模式（续）处理器模式（续）处理器模式（续）处理器模式（续）? ?异常异常异常异常? ?异常处理模式异常处理模式异常处理模式异常处理模式? ?异常出现时异常模式的异常出现时异常模式的异常出现时异常模式的异常出现时异常模式的 R14R14和和和和SPSRSPSR用于保存状态用于保存状态用于保存状态用于保存状态北京大学软件与微电子学院北京大学软件与微电子学院2006.2
