节目预告415周一阶段设计者.ppt
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1、节目预告 (415周) 第一阶段:设计者,第二阶段:学生(复习) 第三阶段:工程师(案例) 最后:考试(开卷)or PAPER,学生教程,ARM体系结构 ARM指令系统 XScale 微架构的系统结构,一个Strong ARM板卡,DATA ADDR control,Memory control,LCD port,GPIO,USB Port,Memory sheet,NaNo PCI,LCD port,以太网,串口,几个问题?,有了开发板,我们能作什么? 我们成功的仿制出来,我们成功了吗? 我们是真正的设计者吗?,预备知识,计算机体系结构分类 冯诺依曼结构 哈佛体系结构 精简指令系统计算机(R
2、ISC),冯诺依曼结构,哈佛体系结构,第二部分 ARM的体系结构,ARM体系结构,ARM公司是把ARM作为知识产权IP推向嵌入式处理器市场,目前,已占有75%左右的市场。因此,ARM架构在市场出现也有多种形式,既有处理器内核(如ARM7TDMI)形式,也有处理器核(如ARM720T)形式。半导体厂商或片上系统SOC设计应用厂商采用ARM架构生产相应的MCU/MPU(如ATMEL公司的AT91单片机MCU)或SOC芯片。,关于ARM,ARM=Advanced RISC Machine RISC 的典型代表 32位处理器技术 嵌入式领域的主力军 ARM的产品 ARM处理器内核,以IP的形式提供给I
3、C生产厂家 硬核 软核 ARM开发工具、SOC开发工具、评估板等 ARM公司不生产芯片,2.1 ARM的特点(1),ARM微处理器的主要特点 系列化:ARM7, ARM9, ARM10, 独特的指令系统 32位架构,定长。 32位ARM指令 16位Thumb指令 大部分为单周期指令 条件执行 Load/Store 流水线结构 ARM7:3级流水线 ARM9:5级流水线 高性能、低功耗,ARM的特点(2),ARM微处理器的主要特点 支持JTAG调试 7种工作模式 User : 用户模式,非特权 FIQ : 快速中断 IRQ : 普通中断 Supervisor 管理模式 Abort : 存取异常模
4、式 Undef : 未定义指令模式 System : 系统模式 2种工作状态 ARM Thumb 支持ARM/Thumb的交互工作,典型指令使用频度,Thumb指令集,Thumb 是16-bit 指令集 代码密度优化 (总代码大小约为ARM指令的65%) 使用窄总线存储器时可以大大提高性能。 是 ARM 指令集的一个子集。 核存在一个执行状态 Thumb状态 ARM和Thumb之间切换使用BX 指令,2.2 ARM架构,ARM7TDMI 处理器内核,ARM7TDMI 是基于 ARM7 内核 3 级流水线-0.9MIPS/MHz 冯.诺依曼架构 CPI(Cycle Per Instruction
5、) 约为1.9 T - Thumb 架构扩展, 提供两个独立的指令集: ARM 指令,均为 32位 Thumb指令,均为 16位 两种运行状态,用来选择哪个指令集被执行 D - 内核具有Debug扩展结构 M - 增强乘法器 (32x8) 支持64位结果. I - EmbeddedICE-RT逻辑-提供片上断点和调试点支持,ARM7TDMI 内核信号,ARM7TDMI 内核,MCLK,nIRQ,nFIQ,nRESET,BUSEN,BIGEND,ISYNC,nWAIT,VDD,VSS,APE,DBE,协处理器接口,存储器管理,存储器接口,ABORT,nOPC,CPB,CPA,nCPI,nTRAN
6、S,nM4:0,MAS1:0,nRW,nMREQ,LOCK,SEQ,nENOUT,A31:0,DOUT31:0,DIN31:0,D31:0,电源,总线控制,时钟,配置,中断,ARM7TDMI 方框图,ARM7TDMI 内核,外部地址产生,2.3 ARM处理器模式,处理器模式分为用户和系统模式,系统模式包括了: 快中断请求FIQ(Fast Interrupt Request) 中断请求IRQ(Interrupt Request) 管理SVC(Supervisor) 中止Abort 未定义Undefined等几种模式。,r0-r15为32位通用寄存器,其中,r15常用作程序计数器PC、r14常用作
7、链接寄存器LR、r13常用作堆栈指针SP 当前程序状态寄存器CPSR(Current Program Status Register),CPSR,1、条件码标识 N:负数标识 Z:结果为零标识 C:进位位标识 V:溢出标识 *Q:DSP的溢出/饱和(选用) 2、控制位 I:IRQ中断禁止位 F:FIQ快中断禁止位 T:Thumb位 Mode:处理器工作模式 保护程序状态寄存器SPSR(Saved Program Status Register)是处理器系统模式下保存当前程序状态寄存器CPSR的内容。,2.4 Thumb状态,Thumb状态下的寄存器是ARM状态下寄存器组的一部份:r0-r7、r
8、13(SP)、r14(LR)、r15(PC)和CPSR,Thumb状态寄存器与ARM状态寄存器映象,2.5 异常处理模式,异常(Exception)是由内部或外部源产生以引起处理器处理一个事件,在处理异常之前,处理器状态必须保留;以便在异常处理程序完成后,原来的程序能够重新执行。同一时刻有可能出现多个异常。,异常类型,2.5.1 复位,处理器上一旦有复位输入,处理器立即停止执行当前指令。复位完成下列操作: r14_svc=UNPREDICTABLE Value SPSR_svc=UNPREDICTABLE Value CPSR4:0=0b10011 /*进入管理模式*/ CPSR5=0 /*在
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