arm体系结构复习.docx.pdf
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1、/rA“ 第早 冯洛伊曼计算机结构特点: 计算机由运算器,存储器,控制器,输入设备和输出设备五部分组成。 指令与数据以同等地位存放在存储器中”并可按地址对它们进行访问。 指令在存储器中顺序存放。 机器以运算器为中心 , 数据的传输必须通过运算器。 实现 RI9C(精简指令系统计算机)的方法 1、 减少指令种类: RISC 的指令系统只提供能完成简单操作的指令复杂的操作宙编译器或者程序员 通过多条指令的组合来完成。 2、 Load/Store 纟部勾 : 存储器中的数据可以用Load/Store 指令不经处理器直接读入寄存器, 之后处 理器再对寄存器的数据的操作则是访问寄存器而不是存储器了。从而
2、提高系统工作速度。 3、 采用指令流水线技术 : 这种技术把一条指令的执行过程分解为多个步骤, 并在处理器中为每步都配置一个硬 件装置来同时工作 , 从而实现多条指令的并行处理。 4、 在处理器中配置更多的通用寄存器 利于提高计算机系统的工作速度。 嵌入式计算机系统的特点 1、专用性强:嵌入式系统通常是面相某个特定应用的,所以嵌入式系统的硬件是 为特定用户群设计的,它通常都具有某种专用性的特点。 2、可裁剪性好:嵌入式系统的硬件和操作系统都必须设计成可裁剪的,以便用户 可以根据实际应用去除冗余吗,从而达到最精简的配置。 3、实时性与可靠性好:嵌入式系统中的软件都固化在存储器芯片或单片系统的存
3、储器里,加上精心设计的操作系统,可以快速地响应外部事件,同时提高了系统的可 罪性。 4、功耗低 : 由于嵌入式系统中的软件都固化在存储器芯片或单片系统的存储器之 中”所以它具有功耗低的特点。 寄存器是处理器访问速度最快的存储装, 大量地配置处理器中的寄存器有 第二章 并行总践: 由多条传输线组成 , 其数目与被传输的数据的位数相同, 每条线负责传输一位二进制代码。 它可以一次同时传送一个多位二进制代码。 串行总线: 在实际系统中使用一根线来传送多位二进制信息, 这个多位二进制代码在这根线上一彳站 妾着一位地逐 T专输”这样的总线叫做串行总线。 总线:连接计算机系统多个部件的信息传输线数据总线
4、: 在计算机的各个部件之间传送数据的 通路。 地址总线 : 用莉专送由指令或程序计数器经地址寄存器送出的地址信息。 控制总线 : 用来传递控制信息的总线叫控制总线。 总线标准 : 1、 ISA 标准:慢速 10 与高速存储器总线分开的一种双线结构。 2、 PCI 总线:先进的局部总线。 3、 USB 通用串行总线接口:通用串行总线接口。 EPROM 芯片在写入数据后 , 还要以不透光的贴纸或胶布把窗口封住 z以免受到周围的紫外线照 射而腳据受损。 信号卿: 1、数字量:二进制形式的数据 2、模拟量:用电压的高低或电流的大小来表示物理量大小的信号 3、 开关量:可以表示为0、1 两种状态的信号
5、4、 脉冲量:以脉冲形式来表示的信号 外部设备的特点 : 信号种类繁多、没有地址、工作速度与处理器的工作速度不匹配 端口:接口中每一个具有地址的寄存器叫做端口 I/O 端的编址方式 1、 存储器映像方式:把IO 端口与存储器的存储单元同等看待并注编址的方式 2、 隔离 IO 方式:即存储器和IO 端口两者的地址空间互相隔离,各自进行编址。 外部设备和处理器的联络方式 1、 查询方式:当处理器需要与外设交换信息时,处理器主动读取对应设备接口的状态信 息,如果设备准备就绪,就进行数据通信,否则, 就重复读取设备接口的状态信息, 直到设备状 态信息为就绪状态为止。 2、中断方式:此方式是外部设备进行
6、主动联络的方式”使用此方式的前提是处理器必须 具有一个中断请求信号输入端。当外部设备准备就绪时,使用状态信号端通过处理器的中断请 求输入端向处理器发出一个通知信号,告知处理器本外设已经具备通信的条件了,而处理器可 在条件允许时中断现行程序的执行,而转向执行另一个与外 设进行数据交换的程序。优点是避免了高速的处理器因等待低速的外设而造成的时间 浪费,从而大大提高了处理器的工作效率,因此它是目前处理器与外设进行信息沟通的最普遍 方式。 3、DMA 方式: 直接存储器蠅传输控制器, 它的工作原理是当io 设备需要与主存进 行数据传输时 , 由 io 设备向 DMA 控制器发出数据传输请求信号,而DM
7、A 控制逻辑向处理器发 出总线请求信号 HRQ ; 处理器让出总线控制权的同时,处理器发岀应答信号 HLDA , 通过控制逻辑再以DACK 信号发到 10 设备,至此主机与10 设备的联络成功。 接着,就按预先设置于地址指针控制机构中的存储缓; 中区起始地址开始在10 设备与主存之间 传输数据,数据传输完毕后,则由中断机构向处理器发出一个中断请求信号,以告知处理器。 异步和同步串行通信 串行通信根据时t 中的控制方式可分为同步通信方式和异步通信方式。如果发送设备和接 收设备各自使用自己的时钟来控制通信,那么这种通信方式叫做异步串行通信方式,这种通信 方式允许双方的时钟在准确度和稳定度上有一定的
8、差异,如果发送和接收双方使用同一个时钟 来控制通信z那么这种通信方式就叫做同步串行通信方式,同步通信要求双方的时钟必须严格 一致。 波特率:是衡量数据传输速率的指标。表示每秒钟传输的二进制位数。 堆栈的组纟肪式 : 满递增堆栈 : 堆栈指针指向最后压入的娄媚且由低地址向高地址生成。 满递减堆栈:堆栈指针指向最后压入的娠且由高地址向低地址生成。 空递增堆栈 : 指向下一个将要放入麴居的空位置,且由低地址向高地址生成。 空递减堆栈 : 指向下一个将要放入数据的空位置, 且由高地址向低地址生成。 ARM 核具有两种指令集: 32 位 ARM 和 16 位 Thumb ARM 指令分为数据处理指令、程
9、序期傑专指令、程序状态寄存器操作指令、load/store 指令、 协处理器指令和异常指令。 AMR 指令集和 Thumb 指令集的区别 : Thumb 指令集中的指令不能使用” S 后缀来影响程序状态寄存器PSR 中的标志。 Thumb 指令集只有 F分支指令可以使条件指令, 而其余的 Thumb 指令都是无条借旨令。 大多谿旨令为 2 操作数指令 , 只有极少数的指令为3 操作数指令 由于指令字长 t 匕较短,所以立即数的取值范围要小得多 具有逻辑移位操作指令 , 堆栈操作更加灵活 例:有两个 128 位数,第 f 数由高到低存放在寄存器R7?R4 中,第二个数由高到低存放在 寄存器 R1
10、1-R8 中,编写程序把两个数相加后,运算结果由高到低存放到寄存器R3?R0 中。 ADDSR0,R4,R8 ;加低位的字,不带进位 ADCS R1,R5,R9 ; 加第二个字,带进位 ADCS R2,R6,R10 ; 加第三个字,带进位 ADCSR3,R7,R11 ; 加第四个字,带进位 注:ADC 是带进位加法指令 MLA 带加法运算的 32 位积的 32 位乘法指令、 SMULL64 位积的 32 乘法运算指令、 SMLAL 带加法运算的 64 位积 32 位乘法运算指令、 指令。 例:现已知寄存器no 中存放了数据 a , 寄存器 R1 中存放了数据 b , 编写程序求 a 和 b 的
11、最大公 约数并将其存入寄存器RO RSB 逆向减法指令、R9C 带进位逆向减法指令、MUL32 位积的 32 位乘法运算指令、 LDR 字节加载指令、 STR 字节存储 例:已知 R0= 0x00000000 和 R1 = 0x00009000 , 并已知在存储器中首地址为0x00009000 的 区域中存放了数据0x01010101 , 在首地址为 0x00009004 的区域存放了数据 0x02020202o写 出执行命令 LDR RO , 【R1 , #4 】后 R0 和 R1 的数据 R0= 0x02020202 , R1 = 0x00009000 例:执行命令 LDRRO, R1 ,
12、#4 ! 后用和皿中的数据 R0= 0x02020202 , R1 = 0x00009004 例:执行命令 LDRRO, 【R1】,#4 后 R0 和 R1 中的数据 R0= 0x01010101 , R1 = 0x00009004 LDMIA RO ! , R1?R3倉旨将 RO 所指的单元格中的蠅读出到R1 中,RO 自增 1 后 再重复上述步骤。 I 表示增加 , D 表示减少 , A 表示取数后自增 , B 表示矽前自增。 非屏蔽中断信号输入端:带有开关能阻止中断请求的中断输入端 中断管理原理 : 在中断源和处理器之间有f 中断控制器z用来对每个中断源设置相应的开关来决定一个 中断源是
13、否能发出中断请求。其中,中断控制开关受中断屏蔽寄存器的装置来控制,寄存器的 每 T立都控制一个开关。人们把这个中断屏蔽寄存器作为中断控制器的一个端口 , 从而使程序 可以通过这个端口设置数据来对这些开关接通与断开进行控制。 中断的实现方法 : 硬件实现方法 : 为计算机系统配备一套能按优先等级对中断源进行排队的硬件电路, 以 保证级 高的中断能先于级 低的中断被处理器所响应。 软件实现方法:把所有中断源的中断请求信号分成两路, 其中一路经或逻辑送到处理器 的中断请求输入端,而另一路则送入中断接口电路经数据总线送入处理器。当处理器发现有中 断请求而响应中断并执行中断服务程序时, 在中断服务程序中
14、按中断优先级丿 II 诵对各个中断 gcb CMPR0,R1 SUBGTR0,R0,R1 SUBLTR1,R1,R0 BNEgcb MOVPC,LR ;比较 a 和 b 的大小 ; 如果 a 大于 b , a=a-b ; 如果 a 小于 b , b= b-a ; 如果 a! =b , 返回 gcb ; 如果 a= b , 返回主程序 源进行查询 , 一发现中断源有中断请求, 就转向该中断服务程序。 中断嵌套: 当处理器在处理一个低级中断时,接受到一个高级中断请求,此时,计算机系统将低级 的中断服务被高级中断服务所中断, 这种现象叫做中断嵌套。 调用中断服务子程序的方法: 调用方法和转移方法 处
15、理器响应中断的条件: 处理器程序状态寄存器的中断屏蔽标志处于非屏蔽状态 没有更高鹦啲中断请求正在响应或正发出、正挂起 处理器在现行指令执行结束后 中断的处理过程 : 计算机系统就会响应中断请求,并自动将被中断程序的下F指令地址保存到堆栈和关闭中断; 接着将自中 断向量表查得的与该中断源对应的中断向量送入PC , 并转去执行中断服务程序。 复位中断出现在系统上电或程序引起的复位,它的优先级别最高软中断异常用于实现处理器工 作模式的切换 未定义指令异常用于模拟某种硬件功能或自定义一些指令来完成一些特殊功能。 中断响应的四项准备工作: 把程序计数器 PC 中的当前地址值保存到连接寄存器LR 中 把当
16、前程序状态寄存器中的 内容保护到模式私有寄存器中 将寄存器 CPSR 中的 MODE 域设置为中断应进入的运行模式 响应复位中断时处理器中断系统的工作过程、响应未定义指令异常时处理器中断系统 对 cpsr 的 I 位和 F 位逬行相应的设 : LPC2000 结构框图 LPC2000 的可用地址空间为4GB , 它被分成内部存储空间、夕卜部可扩展存储空间和10 设备 空间三部分。其中,片内存储空间占用2GB ,片外存储空间占用1.5GB , I0 设备 占用了处在高 端地址的 0.5GB 空间。 EMC(外部存储器控制模块)与外部存储器组连接示意图 总线(32 位);AB 为地址总线(24 位
17、);CSO、CS1、CS2 和 CS3 用来选 通 BankO 、 Bank1s Bank2x Bank3 四个片选信号; BLSO、BLS1、BLS2 和 BLS3 为四 个字长控制信号。 LPC2000 锁相环 PLL 原理图 中计数器就加 1. 如果在计 数过程中一直没有复位信号使之复位,则计数器会一直计至U 最高值 OxFFFFFFFF z并在再加 1 时回卷到 0x00000000 重新开始计数,如此循环往复。 为产生走时事件”走时器配置有四个可以预先设置数据的匹配寄存器MR0-MR3o 在计数 器 TC 计数过程中”当TC 的当前值与某个MR 的预置值相等时,该MR 会触发 一个由
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