ARM7体系结构--课件

ARM体系结构1ppt课件498M498M87M87M19M19M17.617.6MM2ppt课件q1.简介q2.ARM7TDMIq3.体系结构直接支持的数据类型q4.处理器状态q5.处理器模式q6.内部寄存器q7.程序状态寄存器q8.异常q9.复位q10.存储器及存储器映射I/O目录3ppt课件ARM简介nARMAdvanced RISC MachinesnARM32位RISC结构IP核提供商4ppt课件ARM Ltdn成立于1990年11月n前身为 Acorn计算机公司nAdvance RISC Machine(ARM)n主要设计ARM系列RISC处理器内核n授权ARM内核给生产和销售半导体的合作伙伴nARM 公司不生产芯片nIP(Intelligence Property)n另外也提供基于ARM架构的开发设计技术n软件工具,评估板,调试工具,应用软件,n总线架构,外围设备单元，等等5ppt课件ARM简介nARM公司简介将技术授权给其它芯片厂商形成各具特色的ARM芯片.6ppt课件授权费IPARM 创造和设计IP产品，例如：芯片Partner把ARM IP 和其他 IP 集成进产品版权费单价OEM 用来自ARM Partner的芯片设计制造最终用户产品业务拓展/市场格局ARM的业务模型7ppt课件ARM处理器的使用量8ppt课件ARM处理器的应用n当前主要应用于消费类电子领域；n到目前为止，基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位嵌入式微处理器75以上的市场份额n全球80%的GSM/3G手机、99%的CDMA手机以及绝大多数PDA产品均采用ARM体系的嵌入式处理器，n“掌上计算”相关的所有领域皆为其所主宰。nARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。9ppt课件ARM 体系结构 ARM微处理器自诞生，体系结构发展并定义了7种不同版本。V1V7，指令功能不断扩大。ARM11V7 CortexARM10ppt课件ARM简介nARM处理器核简介 ARM6核以及更早的系列已经很罕见。目前应用比较广泛的系列是：ARM7ARM9ARM9EARM10SecurCoreXscaleARM11Cortex11ppt课件ADDSUBADDCMPSUBADD取指译码执行时间周期1周期2周期3流水线技术流水线流水线(Pipeline)(Pipeline)技术：几个指令可以并行执行技术：几个指令可以并行执行 提高了提高了CPUCPU的运行效率的运行效率12ppt课件预取（Fetch）译码（Decode）执行（Execute）预取（Fetch）译码（Decode）执行（Execute）访存（Memory）写入（Write）预取（Fetch）译码（Decode）发送（Issue）预取（Fetch）预取（Fetch）执行（Execute）访存（Memory）写入（Write）译码（Decode）发送（Issue）执行（Execute）转换（Snny）访存（Memory）写入（Write）ARM7ARM9ARM10ARM11ARM简介13ppt课件项目ARM7ARM9ARM10ARM11流水线3568典型频率（MHz）80150260335功耗（mW/MHz）0.060.19（+cache）0.5（+cache）0.4（+cache）性能MIPS*/MHz0.971.11.31.2架构冯诺伊曼哈佛哈佛哈佛ARM简介14ppt课件冯诺依曼体系结构模型（ARM7TDMIARM7TDMI）15ppt课件哈佛体系结构16ppt课件目录q1.简介q2.ARM7TDMIq3.体系结构直接支持的数据类型q4.处理器状态q5.处理器模式q6.内部寄存器q7.程序状态寄存器q8.异常q9.复位q10.存储器及存储器映射I/O17ppt课件ARM7TDMIn简介 ARM7TDMI基于ARM体系结构V4版本，是目前低端的ARM核。具有广泛的应用，其最显著的应用为数字移动电话。ARM7TDMI支持32位寻址范围，并弥补了ARM6不能在低于5V电源电压下工作的不足。18ppt课件ARM7TDMIn简介支持高密度16位的Thumb指令集；支持片上调试；支持64位乘法；支持Embeded-ICE观察硬件；ARM7TDMI 的可综合（synthesizable）版本（软核），对应用工程师来说其编程模型与ARM7TDMI 一致；ARM7 T D M I-SARM7TDMI的后缀意义为：19ppt课件ARMARM体系结构的命名规则体系结构的命名规则ARMXyzTDMIEJF-Sx系列y存储管理/保护单元zCacheTThumb16位译码器DJTAG调试器M快速乘法器I嵌入式跟踪宏单元E增强DSP指令JJava加速功能F向量浮点单元S可综合版本，以源代码形式提供的ARM核20ppt课件ARM7TDMIn三级流水线 ARM7TDMI处理器使用流水线来增加处理器指令流的速度。这样可使几个操作同时进行，并使处理和存储器系统连续操作，能提供0.9MIPS/MHz的指令执行速度。ARM7TDMI的流水线分3级，分别为：取指译码执行21ppt课件ARM7TDMIn存储器访问 ARM7TDMI处理器使用了冯诺依曼（Von Neumann）结构，指令和数据共用一条32位总线。只有装载、存储和交换指令可以对存储器中的数据进行访问。数据可以是字节（8位）、半字（16位）或者字（32位）。22ppt课件目录q1.简介q2.ARM7TDMIq3.体系结构直接支持的数据类型q4.处理器状态q5.处理器模式q6.内部寄存器q7.程序状态寄存器q8.异常q9.复位q10.存储器及存储器映射I/O23ppt课件体系结构直接支持的数据类型ARM处理器支持下列数据类型：字节 8位半字 16位（必须分配为占用两个字节）字 32位（必须分配为占用4个字节）111234224ppt课件注意：V4版本之后的ARM结构都支持这3种结构（包括V4版本），而以前的版本只支持字节和字；体系结构直接支持的数据类型当数据类型定义为无符号型时，N位数据值使用正常的二进制格式表示范围为02N-1的非负整数；当数据类型定义为有符号型时，N位数据值使用2的补码格式表示范围为-2N-1+2N-1-1的整数；25ppt课件注意：所有数据操作，例如ADD，都以字为单位；ARM指令的长度刚好是1个字（分配为占用4个字节），Thumb指令的长度刚好是半字（占用2个字节）。体系结构直接支持的数据类型26ppt课件目录q1.简介q2.ARM7TDMIq3.体系结构直接支持的数据类型q4.处理器状态q5.处理器模式q6.内部寄存器q7.程序状态寄存器q8.异常q9.复位q10.存储器及存储器映射I/O27ppt课件处理器状态ARM状态：32位，这种状态下执行的是字方式的ARM指令；Thumb状态：16位，这种状态下执行半字方式的ARM指令。注意：两个状态之间的切换并不影响处理器模式或寄存器内容。28ppt课件处理器状态 使用BX指令将ARM7TDMI内核的操作状态在ARM状态和Thumb状态之间进行切换，程序如下所示。;从Arm状态切换到Thumb状态 LDR R0,=Lable+1 BX R0;从Thumb状态切换到ARM状态 LDR R0,=Lable BX R0地址最低位为1，表示切换到Thumb状态地址最低位为0，表示切换到ARM状态跳转地址标号29ppt课件目录q1.简介q2.ARM7TDMIq3体系结构直接支持的数据类型q4.处理器状态q5.处理器模式q6.内部寄存器q7.程序状态寄存器q8.异常q9.复位q10.存储器及存储器映射I/O30ppt课件处理器模式说明备注 用户 (usr)正常程序执行模式不能直接切换到其它模式 系统 (sys)运行操作系统的特权任务与用户模式类似，但具有可以直接切换到其它模式等特权 快中断 (fiq)支持高速数据传输及通道处理FIQ异常响应时进入此模式 中断 (irq)用于通用中断处理IRQ异常响应时进入此模式 管理 (svc)操作系统保护模式系统复位和软件中断响应时进入此模式 中止 (abt)用于支持虚拟内存和/或存储器保护在ARM7TDMI没有大用处 未定义 (und)支持硬件协处理器的软件仿真未定义指令异常响应时进入此模式处理器模式n处理器7种模式31ppt课件处理器模式n特权模式处理器模式说明备注 用户 (usr)正常程序工作模式不能直接切换到其它模式 系统 (sys)用于支持操作系统的特权任务等与用户模式类似，但具有可以直接切换到其它模式等特权 快中断 (fiq)支持高速数据传输及通道处理FIQ异常响应时进入此模式 中断 (irq)用于通用中断处理IRQ异常响应时进入此模式 管理 (svc)操作系统保护代码系统复位和软件中断响应时进入此模式 中止 (abt)用于支持虚拟内存和/或存储器保护在ARM7TDMI没有大用处 未定义 (und)支持硬件协处理器的软件仿真未定义指令异常响应时进入此模式 特权模式 未定义 (und)中止 (abt)管理 (svc)中断 (irq)快中断 (fiq)系统 (sys)32ppt课件处理器模式n异常模式处理器模式说明备注 用户 (usr)正常程序工作模式不能直接切换到其它模式 系统 (sys)用于支持操作系统的特权任务等与用户模式类似，但具有可以直接切换到其它模式等特权 快中断 (fiq)支持高速数据传输及通道处理FIQ异常响应时进入此模式 中断 (irq)用于通用中断处理IRQ异常响应时进入此模式 管理 (svc)操作系统保护代码系统复位和软件中断响应时进入此模式 中止 (abt)用于支持虚拟内存和/或存储器保护在ARM7TDMI没有大用处 未定义 (und)支持硬件协处理器的软件仿真未定义指令异常响应时进入此模式 未定义 (und)中止 (abt)管理 (svc)中断 (irq)快中断 (fiq)异常模式33ppt课件处理器模式n用户和系统模式处理器模式说明备注 用户 (usr)正常程序工作模式不能直接切换到其它模式 系统 (sys)用于支持操作系统的特权任务等与用户模式类似，但具有可以直接切换到其它模式等特权 快中断 (fiq)支持高速数据传输及通道处理FIQ异常响应时进入此模式 中断 (irq)用于通用中断处理IRQ异常响应时进入此模式 管理 (svc)操作系统保护代码系统复位和软件中断响应时进入此模式 中止 (abt)用于支持虚拟内存和/或存储器保护在ARM7TDMI没有大用处 未定义 (und)支持硬件协处理器的软件仿真未定义指令异常响应时进入此模式 这两种模式都不能由异常进入，而且它们使用完全相同的寄存器组。系统 (sys)用户 (usr)34ppt课件目录q1.简介q2.ARM7TDMIq3.体系结构直接支持的数据类型q4.处理器状态q5.处理器模式q6.内部寄存器q7.程序状态寄存器q8.异常q9.复位q10.存储器及存储器映射I/O35ppt课件内部寄存器 在ARM7TDMI处理器内部有37个用户可见的寄存器。在不同的工作模式和处理器状态下，程序员可以访问的寄存器也不尽相同。36ppt课件寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiq*R9(SB,v6)R9R9_fiq*R10(SL,v7)R10R10_fiq*R11(FP,v8)R11R11_fiq*R12(IP)R12R12_fiq*R13(SP)R13R13_svc*R13_abt*R13_und*R13_irq*R13_fiq*R14(LR)R14R14_svc*R14_abt*R14_und*R14_irq*R14_fiq*R15(PC)R15状态寄存器R16(CPSR)CPSRSPSR无SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiqARM状态各模式下的寄存器37ppt课件寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiqARM状态各模式下的寄存器SPSR_fiqSPSR_irqSPSR_undSPSR_abtSPSR_abtCPSRR15R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8R7R6R5R4R3R2R1R0所有的37个寄存器，分成两大类：31个通用32位寄存器；6个状态寄存器。38ppt课件寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq无CPSRR15R14R13R12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0用户用户无CPSRR15R14R13R12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0系统系统SPSR_abtCPSRR15R14_svcR13_svcR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0管理管理SPSR_abtCPSRR15R14_abtR13_abtR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0中止中止SPSR_undCPSRR15R14_undR13_undR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0未定义未定义SPSR_irqCPSRR15R14_irqR13_irqR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0中断中断SPSR_fiqCPSRR15R14_fiqR13_fiqR12_fiqR11_fiqR10_fiqR9_fiqR8_fiqR7R6R5R4R3R2R1R0快中断快中断ARM状态各模式下可以访问的寄存器39ppt课件寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq一般的通用寄存器R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8R7R6R5R4R3R2R1R0R7R6R5R4R3R2R1R0 其中R0R7为未分组的寄存器，也就是说对于任何处理器模式，这些寄存器都对应于相同的32位物理寄存器。40ppt课件寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq一般的通用寄存器R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8 寄存器R8R14为分组寄存器。它们所对应的物理寄存器取决于当前的处理器模式41ppt课件寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq一般的通用寄存器R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8 寄存器R8R12有两个分组的物理寄存器。一个用于除FIQ模式之外的所有寄存器模式，另一个用于FIQ模式。这样在发生FIQ中断后，可以加速FIQ的处理速度。42ppt课件寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq一般的通用寄存器 寄存器R13、R14分别有6个分组的物理寄存器。一个用于用户和系统模式，其余5个分别用于5种异常模式。R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR1343ppt课件寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq堆栈指针寄存器R13（SP）寄存器R13常作为堆栈指针（SP）。44ppt课件寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq链接寄存器R14（LR）R14为链接寄存器（LR），在结构上有两个特殊功能：在每种模式下，模式自身的R14版本用于保存子程序返回地址；当发生异常时，将R14对应的异常模式版本设置为异常返回地址（有些异常有一个小的固定偏移量）。45ppt课件Lable程序A程序BR14内部寄存器nR14（LR）寄存器与子程序调用BL Lable地址A?MOV PC,LRR14(地址A)Lable?1.程序A执行过程中调用程序B；操作流程2.程序跳转至标号Lable，执行程序B。同时硬件将“BL Lable”指令的下一条指令所在地址存入R14（LR）；3.程序B执行最后，将R14寄存器的内容放入PC，返回程序A；46ppt课件内部寄存器nR14寄存器与异常发生 异常发生时，程序要跳转至异常服务程序，对返回地址的处理与子程序调用类似，都是由硬件完成的。区别在于有些异常有一个小常量的偏移。47ppt课件内部寄存器nR14寄存器注意要点 当发生异常嵌套时，这些异常之间可能会发生冲突。例如：如果用户在用户模式下执行程序时发生了IRQ中断，用户模式寄存器不会被破坏。但是如果允许在IRQ模式下的中断处理程序重新使能IRQ中断，并且发生了嵌套的IRQ中断时，外部中断处理程序保存在R14_irq中的任何值都将被嵌套中断的返回地址所覆盖。48ppt课件内部寄存器nR14寄存器注意要点R14R14_irq用户模式下的程序IRQ模式下的程序AareturnB.XA地址A地址A1.执行用户模式下的程序；2.发生IRQ中断，硬件将某个地址存入IRQ模式下的R14_irq寄存器，用户模式下的R14没有被破坏；3.IRQ服务程序A执行完毕，将R14_irq寄存器的内容减去某个常量后存入PC，返回之前被中断的程序；未被破坏R14_irq49ppt课件内部寄存器nR14寄存器注意要点R14R14_irq用户模式下的程序IRQ模式下的程序AaB.XA地址A地址A1.执行用户模式下的程序；2.发生IRQ中断，硬件将某个地址存入IRQ模式下的R14_irq寄存器，用户模式下的R14没有被破坏；3.IRQ服务程序A执行完毕，将R14_irq寄存器的内容减去某个常量后存入PC，返回之前被中断的程序；未被破坏IRQ模式下的程序BareturnB.XA地址B地址B4.如果在IRQ处理程序中打开IRQ中断，并且再次发生IRQ中断；5.硬件将返回地址保存在R14_irq寄存器中，原来保存的返回地址将被覆盖，造成错误；R14_irq 被破坏6.在程序B返回到程序A，然后在返回到用户模式下被中断的程序时，发生错误，将不能正确返回；returnreturn 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。50ppt课件寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq程序计数器R15（PC）寄存器R15为程序计数器（PC），它指向正在取指的地址。可以认为它是一个通用寄存器，51ppt课件寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq程序状态寄存器CPSR 寄存器CPSR为程序状态寄存器，在异常模式中，另外一个寄存器“程序状态保存寄存器（SPSR）”可以被访问。每种异常都有自己的SPSR，在进入异常时它保存CPSR的当前值，异常退出时可通过它恢复CPSR。52ppt课件Thumb状态寄存器在Arm状态寄存器上的映射R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R0 堆栈指针(R13)连接寄存器(R14)程序计数器(R15)低寄存器高寄存器53ppt课件内部寄存器n在Thumb状态中访问高寄存器 在Thumb状态中，高寄存器（R8R15）不是标准寄存器集的一部分。汇编语言程序员对它们的访问受到限制。可以使用MOV、CMP和ADD指令对高寄存器操作。54ppt课件目录q1.简介q2.ARM7TDMIq3.ARM7TDMI的模块和内部框图q4.体系结构直接支持的数据类型q5.处理器状态q6.处理器模式q7.内部寄存器q8.程序状态寄存器q9.异常q10.复位q11.存储器及存储器映射I/O55ppt课件NZCV IM0M1M2M3M4TF.31 30 29 28 27 26 8 7 6 5 4 3 2 1 0程序状态寄存器n简介条件代码标志保留控制位溢出标志 oVerflow进位或借位扩展 Carry零 Zero负或小于 NegativeIRQ禁止 InterruptFIQ禁止 Fast状态位 Thumb模式位 ModeNZCVIM0M1M2M3M4TFCPSR寄存器的格式56ppt课件程序状态寄存器n 条件位：nN=1-结果为负,0-结果为正或0nZ=1-结果为0,0-结果不为0nC=1-进位，0-借位nV=1-结果溢出，0结果没溢出nMode位(处理器模式位):n0b10000 Usern0b10001 FIQn0b10010 IRQn0b10011 Supervisorn0b10111 Abortn0b11011 Undefinedn0b11111 System中断禁止位：F=1:禁止 FIQ.I =1:禁止 IRQ.T Bit(状态位）T=0:处理器处于 ARM 状态T=1:处理器处于 Thumb 状态NZCV IM0M1M2M3M4TF.31 30 29 28 27 26 8 7 6 5 4 3 2 1 0NZCVIM0M1M2M3M4TF57ppt课件目录q1.简介q2.ARM7TDMIq3.ARM7TDMI的模块和内部框图q4.体系结构直接支持的数据类型q5.处理器状态q6.处理器模式q7.内部寄存器q8.程序状态寄存器q9.异常q10.复位q11.存储器及存储器映射I/O58ppt课件异常n异常（Exception)是指任何打断处理器正常执行，并且迫使处理器进入一个有特权的特殊指令执行的事件。l异常可分为两类：同步异常（synchronous exceptions)和异步异常（asynchronous exceptions)；59ppt课件异常分类n异常可分为4类：中断（interrupt)、陷井（trap）、故障（fault)和终止（abort)类别原因异步/同步返回行为中断 来自I/O设备的信号异步总是返回到下一条指令陷井有意的异常同步总是返回到下一条指令故障潜在可恢复的错误同步可能返回到当前指令终止不可恢复的错误同步不会返回60ppt课件中断中断IcurrInext(1)在当前指令的执行过程中，中断的管脚电压变高了(2)在当前指令完成后控制传递给处理程序(3)中断处理程序运行(4)处理程序返回到下一条指令61ppt课件陷井陷井syscallInext(1)应用程序执行一次系统调用(2)控制传递给处理程序(3)陷井处理程序运行(4)处理程序返回到Syscall之后的指令l陷井是有意的异常，通常在用户程序和内核之间提供系统调用。62ppt课件故障故障l故障是由错误情况引起的，它可能被故障处理程序修正，如缺页异常Icurr(1)当前指令导致一个故障(2)控制传递给处理程序(3)故障处理程序运行(4)处理程序要么重新执行指令，要么终止63ppt课件终止终止l终止是不可恢复的致命错误造成的结果，如硬件错误，DRAM或SRAM位损坏时发生的奇偶错误。Icurr(1)发生致命的硬件错误(2)控制传递给处理程序(3)终止处理程序运行(4)处理程序返回到Abort例程64ppt课件ARMARM异常类型异常类型n异常类型nFIQ nIRQ(Interrupt ReQuest)n未定义指令n预取中止n数据中止n复位n软件中断Software interrupt65ppt课件Vector Table异常处理n当异常产生时,ARM core:n拷贝 CPSR 到 SPSR_n设置适当的 CPSR 位：n改变处理器状态进入 ARM 态n改变处理器模式进入相应的异常模式n设置中断禁止位禁止相应中断(如需要)n保存返回地址到 LR_n设置 PC 为相应的异常向量n返回时,异常处理需要:n从 SPSR_恢复CPSRn从LR_恢复PC nNote:这些操作只能在 ARM 态执行.Vector table can be at 0 xFFFF0000 on ARM720T and on ARM9/10 family devicesFIQIRQ(Reserved)Data AbortPrefetch AbortSoftware InterruptUndefined InstructionReset0 x1C0 x180 x140 x100 x0C0 x080 x040 x0066ppt课件进入异常的操作nR14_=Return LinknSPSR_=CPSRnCPSR4:0=Exception Mode NumbernCPSR5=0 ;当运行于ARM状态时nIF=Reset or FIQ thenn ;当响应FIQ异常时，禁止新的FIQ异常n CPSR6=1；n CPSR7=1；nPC=Exception Vector Address 异常地址67ppt课件程序AIRQ服务程序系统模式IRQ模式程序寄存器组图示进入异常过程1.程序在系统模式下运行用户程序，假定当前处理器状态为Thumb状态、允许IRQ中断；2.用户程序运行时发生IRQ中断，硬件完成以下动作：LR_sysSPSR_irqLR_irqLRPCCPSRSPSRSYS1?0.?MODTFI.N Z C V置位I位（禁止IRQ中断）清零T位（进入ARM状态）设置MOD位，切换处理器模式至IRQ模式将下一条指令的地址存入IRQ模式的LR寄存器将CPSR寄存器内容存入IRQ模式的SPSR寄存器将跳转地址存入PC，实现跳转IRQ0?1.?BackAddrJumpAddrJumpSYS1?0.?“?”表示对该位不关心68ppt课件在异常处理结束后，异常处理程序完成以下动作：程序AIRQ服务程序系统模式IRQ模式程序寄存器组图示退出异常过程LR_sysSPSR_irqLR_irqLRPCCPSRSPSRSYS1?0.?MODTFI.N Z C V将SPSR寄存器的值复制回CPSR寄存器；将LR寄存的值减去一个常量后复制到PC寄存器，跳转到被中断的用户程序。IRQ0?1.?BackAddrJumpAddrreturnSYS1?0.?SYS1?0.?BackAddr-4Jump“?”表示对该位不关心69ppt课件 当多个异常同时发生时，一个固定的优先级系统决定它们被处理的顺序：异常n异常优先级异常类型优先级复位1（最高优先级）数据中止2FIQ3IRQ4预取中止5未定义指令6SWI7（最低优先级）优先级降低70ppt课件目录q1.简介q2.ARM7TDMIq3.ARM7TDMI的模块和内部框图q4.体系结构直接支持的数据类型q5.处理器状态q6.处理器模式q7.内部寄存器q8.程序状态寄存器q9.异常q10.复位q11.存储器及存储器映射I/O71ppt课件复位n复位 当nRESET信号被拉低时（一般外部复位引脚电平的变化和芯片的其它复位源会改变这个内核信号），ARM7TDMI处理器放弃正在执行的指令。在复位后，除PC和CPSR之外的所有寄存器的值都不确定。72ppt课件复位n复位 当nRESET信号再次变为高电平时，ARM处理器执行下列操作：1.强制CPSR中的M4:0变为b10011（管理模式）；2.置位CPSR中的I和F位；3.清零CPSR中的T位；4.强制PC从地址0 x00开始对下一条指令进行取指；5.返回到ARM状态并恢复执行。73ppt课件目录q1.简介q2.ARM7TDMIq3.ARM7TDMI的模块和内部框图q4.体系结构直接支持的数据类型q5.处理器状态q6.处理器模式q7.内部寄存器q8.程序状态寄存器q9.异常q10.复位q11.存储器及存储器映射I/O74ppt课件存储器及存储器映射I/O ARM7TDMI处理器可以将存储器中的字以下列格式存储：大端格式（Big-endian）小端格式（Little-endian）75ppt课件存储器系统有两种映射机制：小端存储器系统：在小端格式中，高位数字存放在高位字节中。因此存储器系统字节0连接到数据线70(低位对齐)。大端存储器系统：在大端格式中，高位数字存放在低位字节中。因此存储器系统字节0连接到数据线3124(高位对齐)。0 x12345678字数据的大小端存储方式存储器及存储器映射n存储器格式0 x12高位地址低位地址0 x340 x560 x78大端模式0 x78高位地址低位地址0 x560 x340 x12小端模式76ppt课件 当读取PC时，得到的指令地址比正在执行指令的地址落后两条指令：对于ARM指令，得到的地址是它自身地址+8；对于Thumb指令，得到的地址是它自身地址+4；存储器及存储器映射n指令的预取和自修改代码FetchDecodeExecute从存储器中读取指令解码指令寄存器读（从寄存器Bank）移位及ALU操作寄存器写（到寄存器Bank）PCPCPC-4PC-2PC-8PC-4ARMThumb77ppt课件78ppt课件