ARM期末复习总结

嵌入式系统的特点

专用、软硬件可剪裁可配置

低功耗、高可靠性、高稳定性

软件代码短小精悍

代码可固化

实时性

弱交互性

软件开发需要专门的开发工具和开发环境

要求开发、设计人员有较高的技能

ARM体系结构的命名规则

ARM {x} {y} {z} {T} {D} {M} {I} {E} {J} {F} {-S}

大括号内的字母可选

x —— 系列号，例如：ARM9中的“9”；

y —— 内部存储管理/保护单元，例如ARM92中的“2”、ARM94中的“4”；

z —— 内含有高速缓存Cache；

T —— 支持16位的Thumb指令集；

D ——支持JTAG片上调试；

M ——支持用于长乘法操作（64位结果）的ARM指令，包含快速乘法器；

I —— 带有嵌入式追踪宏单元ETM（Embedded Trace Macro），用来设置断点和观察点的调试硬件；

E —— 增强型DSP指令（基于TDMI）；

J —— 含有Java加速器Jazelle，与Java虚拟机相比，Java加速器Jazelle使Java代码运行速度提高了8倍，功耗降低到原来的80%；

F——向量浮点单元；

S——可综合版本，意味着处理器内核是以源代码形式提供的。这种源代码形式又可以被编译成一种易于EDA工具使用的形式。

ARM9流水线：

5级流水线结构，分别是取指，译码、执行、存储器访问、寄存器写操作。

与3级对比，5级将存储器访问和寄存器写操作分别由流水线来处理，增加处理指令的执行效率。

取指：从指令Cache中读取指令。

译码：对指令进行译码，识别出是对哪个寄存器进行操作并从通用寄存器中读取操作数。

执行：进行ALU运算和移位操作，如果是对存储器操作的指令，则在ALU中计算出要访问的存储器地址。

存储器访问：如果是对存储器访问的指令，用来实现数据缓冲功能（通过数据Cache）。

寄存器回写：将指令运算或操作结果写回到目标寄存器中。

例子：MOV R0,R1 ADD R5,R5,#1 LDR R3,[R4] STR R9,[R13] MOV R6,R7 MOV R8,R7 ADD R0, R0, R2

5级流水线互锁分析：当前指令的执行可能需要前面指令的执行结果，当这时前面的指令没有执行完毕，从而会导致当前指令的执行无法获得合法的操作数，这时就会引起流水线的等待，这种现象在流水线机制里称为互锁。

ARM微处理器的工作模式(7种)
User-用户模式（usr）
ARM处理器正常的程序执行状态
FIQ-快速中断模式（fiq）
用于高速数据传输或通道处理
IRQ-外部中断模式（irq）
用于通用的中断处理
Supervisor-管理模式（svc）
操作系统使用的保护模式
复位、软中断调用（SWI）
Abort-中止模式(abt)
当数据访问或指令预取中止时进入该模式
可用于虚拟存储及存储保护
Undefined-未定义指令异常模式（und）
当未定义的指令执行时进入该模式
可用于支持硬件协处理器的软件仿真
System-系统模式（sys）
运行具有特权的操作系统任务
使用和User模式相同寄存器组

嵌入式处理器的特点

对实时多任务有很强的支持能力

具有功能很强的存储区保护功能

可扩展的处理器结构

嵌入式微处理器必须功耗很低。

ARM通用寄存器，专用寄存器

ARM 有37个32-Bits长的寄存器

30 个通用寄存器

1个用作CPSR(current program status register)

5个用作SPSR(saved program status registers)

1 个用作PC( program counter)

这些寄存器不能被同时访问取决于处理器的工作状态和工作模式

通用寄存器包括R0～R14，可以分为两类

未分组寄存器R0～R7

分组寄存器R8～R14

未分组寄存器R0～R7

在所有的工作模式下，每个未分组寄存器都指向对应的一个物理寄存器

在中断或异常处理进行工作模式转换时，由于不同的处理器工作模式均使用相同的物理寄存器，可能会造成寄存器中数据的破坏

分组寄存器R8～R14

R8～R12

每个寄存器对应2个不同的物理寄存器

当使用FIQ模式时，访问R8_fiq～R12_fiq

当使用其他模式时，访问R8_usr～R12_usr

R13、R14

每个寄存器对应6个不同的物理寄存器

其中一个寄存器是用户模式与系统模式共用

另外5个物理寄存器对应于其他5种不同的工作模式



不同物理寄存器的区分

R13_<mode>

R14_<mode>

mode为：sys_usr(系统_用户模式)、fiq(快速中断模式)、irq
(外部中断模式)、svc（管理模式）、abt(中止模式)、und(未定义指令异常模式)

例如：

R13_usr、R13_fiq、R13_irq

R14_svc、R14_abt、R14_und



R13寄存器

常用作堆栈指针SP（Stack Pointer），一种习惯用法

也可使用其他的寄存器作为堆栈指针

在Thumb指令集中，某些指令强制使用R13作为堆栈指针

在应用程序初始化时，一般都要初始化每种模式下的R13，使其指向该工作模式的栈空间

R14寄存器

也称链接寄存器LR（Link Register）

当执行BL子程序调用指令时，R14中得到R15（程序计数器PC）的备份

BL Label

；下一条指令地址→LR, Label→PC

当发生中断或异常时，对应的分组寄存器R14_svc、R14_irq、R14_fiq、R14_abt和R14_und用来保存R15的返回值

其他情况下，R14用作通用寄存器



R15寄存器

R15寄存器用作程序计数器（PC）

ARM状态：位[1:0]为0，位[31:2]用于保存PC

Thumb状态：位[0]为0，位[31:1]用于保存PC

由于ARM体系结构采用了多级流水结构，对于ARM指令集而言，PC总是指向当前执行指令的下两条指令的地址，即PC的值为当前执行指令的地址值加8个字节
（4字节*2 取指（PC）、译码）。

程序状态寄存器的构成

一个当前程序状态寄存器（CPSR）

五个备份程序状态寄存器（SPSR）

备份的程序状态寄存器用来进行异常处理

程序状态寄存器的功能

保存ALU中的当前运行状态

控制允许和禁止中断

设置处理器的工作模式

ARM体系结构的存储结构

从0地址开始的以字节为单位的线性组合

从0字节到3字节放置第一个存储的字数据，从第4个字节到第7个字节放置第二个存储的字数据，依次排列

作为32位的微处理器，ARM体系结构所支持的最大寻址空间为4GB（232字节）

受到物理地址线的限制，一般实际嵌入式处理器最大寻址空间为几百兆

存储器大/小端

RM存储字数据采用两种方法

大端模式（Big endian）

字数据的高字节存储在低地址中

字数据的低字节存放在高地址中

小端模式（Little endian）

低地址中存放的是字数据的低字节

高地址中存放的是字数据的高字节

大端和小端都支持,默认是小端模式

例子：

ARM的寻址方式（PPT第3章 第6页）
ARM的寻址方式分为数据处理指令寻址方式和内存访问指令寻址方式。
数据处理指令寻址方式
Operand2（第二个操作数）的寻址方式
立即数寻址方式
寄存器寻址方式
寄存器移位寻址方式
内存访问指令寻址方式
字及无符号字节的Load/Store指令的寻址方式；
杂类Load/Store指令的寻址方式；
批量Load/Store指令的寻址方式；
堆栈操作寻址方式。

Load/Store指令是对内存进行存储/加载数据操作的指令，根据访问的数据格式的不同，这列指令的寻址分为字、无符号字节的Load/Store指令寻址和半字、有符号字节Load/Store指令寻址两大类。

汇编指令语法格式：
LDR {<cond>}{B}{T}<Rd>,<addressing_mode>
STR {<cond>}{B}{T}<Rd>,<addressing_mode>
（1）偏移量为立即数
前变址不回写
[<Rn>，#+/-<immed_offset>]
前变址回写
[<Rn>，#+/-<immed_offset>]！
后变址回写
[<Rn>]，#+/-<immed_offset>

(2)偏移量为寄存器的值
前变址不回写
[<Rn>，+/-<Rm>]
前变址回写
[<Rn>，+/-<Rm>]！
后变址回写
[<Rn>]，+/-<Rm>

（3）偏移量通过寄存器移位获得
前变址不回写
[<Rn>，+/-<Rm>，<shift>#shift_amount ]
前变址回写
[<Rn>，+/-<Rm>，<shift>#shift_amount]！
后变址回写
[<Rn>]，+/-<Rm>，<shift>#shift_amount

半字、有符号字节Load/Store指令寻址（也叫杂类Load/Store指令的寻址方式）
这类指令可用来加载有符号字节、加载有符号半字、加载/存储无符号半字。

加载有符号字节到寄存器：
LDR {<cond>}SB <Rd>,<addressing_mode>
加载有符号半字到寄存器：
LDR {<cond>}SH <Rd>,<addressing_mode>
加载无符号半字到寄存器：
LDR {<cond>}H <Rd>,<addressing_mode>
存储无符号半字到内存：
STR {<cond>}H <Rd>,<addressing_mode>

（1）偏移量为立即数
前变址不回写
[<Rn>，#+/-<immed_offset8>]
前变址回写
[<Rn>，#+/-<immed_offset8>]！
后变址回写
[<Rn>]，#+/-<immed_offset8>

（2）偏移量为寄存器的值
前变址不回写
[<Rn>，+/-<Rm>]
前变址回写
[<Rn>，+/-< Rm >]！
后变址回写
[<Rn>]，+/-< Rm >

有关例题，直接看ppt第3章和第4章

PLL（锁相环）
PLL是一个相位误差控制系统。它比较输入信号和压控振荡器输出信号之间的相位差，从而产生误差控制电压来调整压控振荡器的频率，以达到与输出信号同频。
锁相环输出频率
MPLL =（m×Fin）/（p×2S）
m = M＋8， M：M寄存器的值
p = P＋2，P：P寄存器的值
S：S寄存器的值

S3C2410有4种电源管理模式：
正常模式：锁相环工作，为CPU和所有片内外设提供时钟

慢时钟模式：锁相环不工作
CPU等直接使用原始时钟、或原始时钟的分频工作，此模式工作时钟频率低而
使功耗低，并且锁相环不工作也使功耗降低

空闲模式：停止为CPU提供时钟，CPU不工作（其外设均工作）
退出方法：
任何中断请求可唤醒CPU工作，退出空闲模式

掉电模式：时钟模块断电，除了唤醒电路之外所有部分均不供电
系统需分成两部分供电。此模式功耗最低
退出方法：用中断唤醒必须设置外中断
（1）外部中断EINT0---15
（2）实时钟报警中断

S3C2410X串行通信（UART）单元
UART有三个独立的异步串行I/O端口：UART0、UART1、UART2，每个串口都可以在中断和DMA两种模式下进行收发。UART支持的最高波特率达230.4kbps。
3个UART都有遵从1.0规范的红外传输功能，UART0、UART1有完整的握手信号，可以连接MODEM。
每个UART包含：波特率发生器、接收器、发送器和控制单元。波特率发生器以PCLK或UCLK为时钟源。发送器和接收器各包含1个16字节的FIFO寄存器和移位寄存器。
当发送数据的时候，数据先写到FIFO
然后拷贝到发送移位寄存器，然后从数据输出端口（TxDn）依次被移位输出。被接收的数据也同样从接收端口（RxDn）移位输入到移位寄存器，然后拷贝到FIFO中。
波特率由一个专用的UART
波特率分频寄存器（UBRDIVn）控制。计算公式如下：
UBRDIVn = (int)(UCLK/(波特率×16) ) – 1
UBRDIVn = (int)(PCLK/(波特率× 16) ) –1
时钟选用UCLK还是PCLK由UART控制寄存器UCONn[10]的状态决定。
UCONn[10] = 0，选用PCLK
UCONn[10] = 1，选用UCLK
UBRDIVn的值必须在1～（216−1）之间

例子：若波特率为115200bps，时钟源频率PCLK为40MHz，除数UBRDIVn应如何计算？
解：UBRDIVn

=( int) (40000000/(115200×16))-1

=( int)(21.7)-1

=20

平时不听课，期末好辛苦QAQ