嵌入式系统第一讲 嵌入式系统概述资料

1、第一(dy)讲 嵌入式系统与ARM介绍电信(dinxn)学院崔寅鸣 Email: ymcui共一百二十九页几个(j )问题什么是嵌入式系统？我们这门课主要讲什么？这门课是如何安排(npi)的？ 嵌入式系统是怎么开发的？共一百二十九页本讲主要(zhyo)内容课程设置相关问题(wnt)课程主要内容课程设置安排实验室环境嵌入式系统的基本概念嵌入式系统的定义嵌入式系统的构成要素微处理器操作系统嵌入式系统的基本开发流程开发流程调试方法ARM介绍：体系结构编程模型ARM汇编共一百二十九页实验室条件(tiojin)友善之臂公司(n s)Tiny210教学开发平台三星S5PV210 (基于Cortex-A8内

2、核) 1GHz微处理器Linux & Android 操作系统共一百二十九页课程(kchng)主要内容嵌入式系统(xtng)与ARM介绍ARM体系结构、编程模型指令系统简介嵌入式Linux开发环境与编程嵌入式Linux的开发环境及工具介绍嵌入式Linux程序开发Android系统开发初步Android开发环境搭建Android系统应用程序开发初步Android系统用户界面技术共一百二十九页课程(kchng)特点理论结合实践，通过实验掌握知识、锻炼能力课程涉及面广，要求软硬件综合(zngh)能力高硬件（嵌入式开发板、各种硬件接口）ARM汇编语言编程C语言编程Linux操作系统Java语言编程An

3、droid开发课程难学，要求花费时间多共一百二十九页课程(kchng)安排（一）3-16周（32学时(xush)）4周理论课（8学时）7、8周嵌入式Linux实验（8学时）嵌入式Linux基础实验（系统构建、Makefile实验、Bootloader实验、内核编译实验等）嵌入式Linux驱动程序开发实验（驱动程序结构、IO口驱动实验）9-16周Android实验（32学时）共一百二十九页评分标准理论课：10实验(shyn)：90实验表现30%实验报告40%出勤20%共一百二十九页兴趣小组适合于有一定基础，有兴趣的已选课同学自拟题目，2-3人每组，自选课题题目要经过老师评定，通过(tnggu)才

4、能成立不随大班，自己掌握时间有中期考核和期末考核，分数单独计算小组报名发邮件eelilei共一百二十九页内部(nib)网络资源ftp服务器：4，port: 21, user: emb ，pwd: embeddedTiny210硬件平台资料嵌入式Linux、Android开发包实验(shyn)指导书其他安装软件（虚拟机等）共一百二十九页参考书及资料(zlio)（一）ARM嵌入式处理器结构与应用基础，北航出版社，马忠梅等， 2002嵌入式系统Intel StrongARM结构与开发，北航出版社，陈章龙等， 2002ARM应用系统开发详解，清华大学出版社，李驹光等， 2003Redhat Linux

5、 9 从入门与精通(jngtng)，Michael Jang著，邱仲潘等译，电子工业出版社Linux编程宝典，John Goerzen著，魏永明等译，电子工业出版社共一百二十九页参考书及资料(zlio)（二）Alessandro Rubini，魏永明等译，linux设备驱动程序，第二版，中国(zhn u)电力出版社，2002中国Linux论坛 嵌入式开发网精通Android 3，Satya Komatineni等著，人民邮电出版社共一百二十九页Android网络资源/ 开放源代码，用于移植制作手机/丰富的资料，用于开发上层应用程序/market 应用程序市场下载SDK等相关软件查看文档在线(z

6、i xin)帮助开发社区共一百二十九页第一部分(b fen) 嵌入式系统概述共一百二十九页应用(yngyng)于航空航天军事共一百二十九页应用(yngyng)于消费电子产品共一百二十九页嵌入式Internet应用(yngyng)共一百二十九页嵌入式系统(xtng)的定义（一）IEEE对嵌入式系统的定义： Embedded system is a kind of device used to control, monitor or assist the operation of equipment, machinery or plant. “控制、监视或者辅助设备、机器和车间(chjin)运行的

7、装置”共一百二十九页嵌入式系统(xtng)的定义（二）一般的定义：嵌入式系统是以应用为中心和以计算机技术为基础的，并且(bngqi)软硬件是可裁减的，能满足应用系统对功能、可靠性、实时性、成本、体积、功耗等指标的严格要求的专用计算机系统。简单说，嵌入式系统就是应用软件与系统硬件的一体化。共一百二十九页嵌入式系统(xtng)的特点系统内核小：一般应用于小型电子装置。专用性强：软硬件结合紧密，针对硬件进行系统的移植。系统精简：系统软件和应用软件紧密融合，部分无明显区别。实时(sh sh)多任务的操作系统： 合理调度多任务，RTOS开发平台。专门的开发工具和环境。共一百二十九页嵌入式系统的基本(jb

8、n)构成存储器及外围电路嵌入式处理器嵌入式操作系统应用软件嵌入式硬件(yn jin)系统嵌入式处理器各种类型存储器模拟电路及电源接口控制器及接插件嵌入式软件系统板级支持包（BSP）操作系统（OS/RTOS）设备驱动（Device Driver）协议栈（Protocol Stack）应用程序（Application）共一百二十九页嵌入式处理器的分类(fn li)嵌入式微处理器（MPU)ARMDragonball Mc9328 Mx1Xscale270嵌入式微控制器(MCU) 8051、P51XA、MC68HC05/11/12/16、68300等 嵌入式DSP处理器嵌入式片上系统(xtng)（SO

9、C-System On Chip）嵌入式可编程片上系统（EPSOC）共一百二十九页ARM嵌入式微处理器ARM公司成立(chngl)于1990年，Saxby和12名工程师ARM=Advanced RISC MachineRISC（精简指令集） 的典型代表32位处理器技术嵌入式领域的主力军ARM处理器有三大特点体积小、功耗低、成本低，性能高ARM/Thumb 32/16位双指令系统全球众多的合作伙伴共一百二十九页CISC与RISCARMAdvanced RISC MachineCISCComplex Instruction Set Computer ,复杂指令集Intel, IA (Intel A

10、rchitecture) 32架构AMDRISCReduced Instruction Set Computer，精简指令集SPARC ,Sun与TI开发PA-RISC, HP开发Alpha, Compaq开发PowerPC ，IBM与Motorola开发MIPSARM二者在软件和硬件(yn jin)上都不兼容共一百二十九页RISC体系结构的特点(tdin)采用固定长度的指令(zhlng)格式，指令(zhlng)规整、简单（ARM指令为32位）使用单周期指令，便于流水线操作大量使用寄存器（ARM共有37个寄存器），数据处理指令只对寄存器操作，访问存储器只使用Load/Store指令。共一百二十

11、九页ARMARM的产品ARM处理器内核，以知识产权（IP）形式(xngsh)提供给IC生产厂家硬核：有和特定工艺相连系的物理版图。软核：用硬件描述语言或C语言写成，用于功能仿真ARM开发工具、SOC开发工具、评估板等ARM公司不生产芯片共一百二十九页ARM赢利模式：专利授权费+版费目前在通信(tng xn)领域处于统治地位，100%的CDMA手机和85%以上的WCDMA手机Intel Inside & Inside IntelARM芯片年出货量超过几十亿片ARM营收中，手机芯片占2/3共一百二十九页市场(shchng)情况1998年，ARM拥有30项专利技术，芯片出货量为5100万块；而到了2

12、010年，ARM公司拥有的专利技术就猛增至250项，芯片出货量更是达到61亿块。2011年底，全球智能手机销量达到4.13亿部，超过个人电脑销量。在手机领域，ARM市场占有率超过90%在PC及平板电脑(dinno)领域，ARM处理器也占有部分份额共一百二十九页ARM嵌入式微处理器共一百二十九页嵌入式操作系统简介(jin ji)使用操作系统的好处和坏处底层硬件(yn jin)抽象化，多任务，在比较复杂的应用情况下优势明显占用系统资源，简单应用情况下增加开发难度嵌入式系统有多种操作系统可供选择VxWorks, Palm OS, Nucleus, pSOS, OS-9,QNX,uCOS-II,Sym

13、bianWindows CE, NT，XP,Window MobileLinux, uCLinuxAndroid、iOS共一百二十九页嵌入式操作系统特点(tdin)除具有普通操作系统的功能如任务调度、中断处理等外，嵌入式操作系统还有以下特点：编码体积小，适合(shh)有限的存储空间面向应用，可裁减和移植部分要求实时性强，又称实时多任务操作系统（RTOS）可靠性高以及较强的网络功能共一百二十九页嵌入式操作系统结构(jigu)共一百二十九页嵌入式操作系统通常按体系的分类(fn li)Windows兼容系列Windows CE/NT/XPLinux类嵌入式Linux, uCLinux,RTLinux

14、Android及其派生的iPhone、oPhone、LePhone等通信领域嵌入式操作系统VxWorks, Nucleus,VRTX,QNS,pSOS其他如Symbian、BlackBerry等共一百二十九页嵌入式Linux特点免费(min fi)和代码公开支持多种硬件平台可裁剪使用成本低强大的网络功能支持GUI开发丰富的开发技术资源共一百二十九页Androidandroid一词的本义指“机器人”，同时也是Google于2007年11月5日宣布的基于Linux平台的开源手机操作系统的名称，该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成，号称是首个为移动(ydng)终端打造的真正开放和完整的移

15、动(ydng)软件。2008年9月22日，美国运营商T-Mobile USA在纽约正式发布第一款Google手机T-Mobile G1。该款手机为台湾宏达电代工制造，是世界上第一部使用Android操作系统的手机，支持WCDMA/HSPA网络，理论下载速率7.2Mbps，并支持Wi-Fi。共一百二十九页Android历史背景GPhone幕后(mhu)教父安迪洛宾2005年8月，洛宾将Android出售给Google共一百二十九页Android平台(pngti)架构共一百二十九页Android平台(pngti)架构共一百二十九页Android系统(xtng)云应用随着3G逐渐普及，Android

16、系统云应用日益广泛物联网及智能生活 Google Android C2DM(Cloud to Device Messaging)实现云服务(fw)与手机间的互动。手机支付、智能家居、医疗、卫生、运输等领域已实现应用。基于位置的服务（LBS） 用无线网或GPS实现定位，导航，查询等；手持端仅需显示，复杂和巨大的数据在云端计算移动数据 数据存储在云端，手持端仅显示。数据同步、云硬盘等共一百二十九页嵌入式系统(xtng)的应用开发本实验室条件支持：无OSADS集成开发(kif)环境有OS嵌入式LinuxWindows CEAndroid共一百二十九页嵌入式产品开发过程(guchng)共一百二十九页集

17、成开发(kif)环境ARM ADS （ARM Developer Suits）它是ARM公司的集成开发环境，包括(boku)命令行开发工具、图形开发工具、实用工具和支持软件4部分，可以进行编辑、编译及调试C、C+及汇编程序。Metrowerks CodeWarrior for ARM ADS v1.2ARM汇编及C程序的编辑、编译AXD调试共一百二十九页嵌入式应用开发(kif)的调试由于嵌入式系统的可用资源有限，嵌入式开发和调试工作通常要通过高性能的宿主机完成。嵌入式应用软件通过宿主机上的交叉(jioch)编译器，完成交叉(jioch)编译和连接后下载到目标机。 宿主机：进行嵌入式软件开发的主

18、机目标机：将要开发的目标板共一百二十九页嵌入式开发的调试(dio sh)方法大致有以下几种调试方法：模拟调试方式(fngsh)ROM Monitor方式（或Angel方式）ICE仿真JTAG调试与仿真共一百二十九页模拟(mn)开发调试方式模拟(mn)开发调试不需开发板硬件，一台PC即可纯软件模拟嵌入式处理器的功能和指令。如ARM公司的ARMulator模拟器。它虽然简单可行，但是缺乏在线调试和实时仿真功能。共一百二十九页ROM Monitor调试(dio sh)方式（一）ROM Monitor方式（或Angel方式）ROM Monitor（或Angel）是运行在目标机的Flash或ROM的一段

19、程序，它主要负责监控目标机上被调试程序的运行情况。通过和宿主机的配合，完成嵌入式系统的调试。它是目前(mqin)低廉有效的一种调试方式。之前课程使用Metrowerks公司的CodeWarrior进行开发调试时要用到的Metro-TRK就属于这类软件。共一百二十九页ROM Monitor调试(dio sh)方式（二）共一百二十九页ICE在线仿真(fn zhn)模式在线仿真(In Circuit Emulator)传统硬件级仿真调试模式取下目标板MPU；在线仿真器可以完全仿真MPU的行为；通过卡座等连接到目标板。它支持单步执行、断点、反汇编、源程序级调试。优点：功能非常强大(qingd)，软硬件

20、均可做到完全实时在线调试缺点：适合于简单的MPU一般滞后MPU几个月价格昂贵宿主机目标板仿真器硬件连接示意图共一百二十九页JTAG仿真(fn zhn)调试方式（一）JTAG（Joint Test Action Group）联合测试行动小组，是IEEE的一个标准JTAG初始主要用于芯片内部测试，可对具有JTAG接口的芯片的硬件电路进行边界扫描和故障检测后用于调试：在芯片内部定义TAP（Test Access Port)，可以访问(fngwn)寄存器和挂在总线上的设备共一百二十九页JTAG仿真调试(dio sh)方式（二）JTAG调试器硬件简单，只进行并口/usb和JTAG接口的电平转换(zhun

21、hun)主要工作由主机软件完成，如JTAG/usb协议转换等速度慢，一般10K/s级别JTAG仿真器硬件复杂，除完成JTAG/usb协议转换，可能有MPU进行控制提供并口/USB接口等，速度快价格贵共一百二十九页JTAG仿真调试(dio sh)方式（三）JTAG仿真器 ARM处理器为了方便调试，内含Embeded ICE 宏单元，并留有JTAG调试接口，支持在线仿真。它无需(wx)目标存储器，不占用目标系统的端口。 使用集成开发环境配合JTAG仿真器是目前最常用的一种调试方式。宿主机目标板仿真器硬件连接示意图共一百二十九页JTAG仿真调试(dio sh)方式（四）共一百二十九页ADS开发(ki

22、f)环境ARM ADS （ARM Developer Suits）它是ARM公司的集成开发环境，包括命令行开发工具、图形开发工具、实用工具和支持软件4部分，可以进行编辑、编译及调试C、C+及汇编程序(hu bin chn x)。Multi 2000Multi 2000是Green Hills软件公司（）开发的集成开发环境。它支持C/C+/Ada 95/Fortran编程语言，可运行与Windows和UNIX平台。共一百二十九页嵌入式Linux开发(kif)调试嵌入式Linux工具链 交叉(jioch)编译器GCCarm-linux-gcc项目管理工具MAKE调试工具GDBbreak设置断点Ru

23、n执行程序Step单步跟踪进入Next单步不进入函数Print, Display显示变量值Quit共一百二十九页Android开发(kif)环境Android开发环境应用层Eclipse+SDKJAVA本地(bnd)代码开发环境NDK共一百二十九页 第二部分(b fen) ARM体系结构、编程模型、汇编语言介绍共一百二十九页ARM体系结构的发展(fzhn)共一百二十九页ARM体系结构的发展(fzhn)2012年11月，ARM公司宣布(xunb)推出ARM v8架构的cortex-A50系列处理器。共一百二十九页ARM版本(bnbn)概览共一百二十九页ARM 版本性能(xngnng)结构概览共一

24、百二十九页ARM处理器命名(mng mng)规则ARM7TDMI核命名规则7 体系结构 T Thumb 代码(di m)支持 (16 bit 指令)D Debug 硬件调试模块支持M 加强的乘法支持I EmbeddedICE LogicS 可综合的软核E DSPJ Jazeller，允许直接执行Java字节码共一百二十九页ARM处理器系列(xli)共一百二十九页ARM7系列(xli)处理器特点（一）ARM7系列：如ARM7TDMI、ARM720T等采用ARMV4T结构常见芯片(xn pin)主频为20133MHzARM720T以下没有MMU适合对价位和功耗要求较高的产品。3级流水线和冯.诺依曼

25、结构支持Window CE、Linux Palm OS等共一百二十九页ARM7系列(xli)处理器特点（二）指令和数据Cache(ARM710,720,740)平均(pngjn)功耗0.6mW/MHz每条指令平均需要1.9时钟周期处理速度0.9MIPS/MHz小型、快速、低能耗、集成式RISC内核广泛应用于手持式计算机、数据通信和消费类多媒体共一百二十九页ARM9系列(xli)处理器特点（一）ARM9系列(xli): MX1采用ARM920T核采用ARMV4T结构常见的芯片主频为100233MHz5级流水线和哈佛结构支持32位的高速AMBA总线接口MMU支持实时操作系统共一百二十九页ARM9系

26、列(xli)处理器特点（二）指令数据分离的Cache（ARM920,940,9E）平均(pngjn)功耗0.7mW/MHz132MIPS（120MHz时钟，3.3V供电）或220MIPS（200MHz时钟）配写缓冲低价、低能耗、高性能应用于高级引擎管理、保安系统、机顶盒、便携计算机和高档打印机共一百二十九页ARM9E处理器特点(tdin)（略）ARM9E系列采用ARMV5TE结构5级流水线和哈佛结构紧耦合的存储器接口支持32位的高速AMBA总线接口MMU支持DSP指令集，适合(shh)高速数字信号处理支持实时操作系统具有指令Cache和数据Cache支持VFP9浮点处理协处理器共一百二十九页A

27、RM10系列(xli)处理器特点（一）ARM10系列采用ARMV5TE结构6级流水线和哈佛结构支持64位的高速AHB总线接口MMU支持DSP指令集，适合(shh)高速数字信号处理支持实时操作系统具有指令Cache和数据Cache支持VFP9浮点处理协处理器共一百二十九页ARM10系列(xli)处理器特点（二）时钟速度300MHz每条指令平均需要1.2个时钟周期适用于高性能手持式因特网设备(shbi)，数字式消费类产品共一百二十九页ARM11系列(xli)处理器特点ARM11采用ARMV6结构8级流水(lishu)时钟达到550MHz0.13um工艺支持IEM(Intelligent Energ

28、y Manager),节约高达75的处理器功耗ARM1156T2-S，ARM1156T2F-S首批含有Thumb-2内核技术共一百二十九页一些(yxi)厂商的ARM处理器（一）SecureCore系列(xli)专为安全需要而设计灵活的保护单元Strong ARM融合了Intel技术的具有ARM体系结构的32位处理器采用ARMV4T结构5级流水Intel以SA110命名包括SA1100 PDA系统芯片和SA1500 多媒体处理器芯片共一百二十九页一些(yxi)厂商ARM处理器（二）XscaleIntel新一代的性能(xngnng)全、性价比高、低功耗的微处理器 ARMV5TE7级超流水线32k数

29、据缓存、32k指令缓存共一百二十九页ARM v7Cortex分为A，R，M三个系列A系列（适用复杂软件系统）使用MMU，支持虚拟内存。A5、A7、A8、A9、A15全系列产品的支持。R系列（实时处理器）实时处理器，具有严格的实时响应限制 。使用MPU（memory protection unit），只能运行在内存保护模式。M系列（成本和功耗出色）不支持原ARM指令，使用Thumb-2指令集。加入NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller），提供更快的中断处理(chl)、还有负责CPU在深层睡眠时的中断处理WIC（Wake-up Interrupt Con

30、troller）。共一百二十九页Cortex-A系列(xli)核心共一百二十九页ARM v82012年11月，ARM宣布推出ARMv8架构ARM Cortex-A50处理器系列产品 。该系列率先推出的是Cortex-A53与Cortex-A57处理器以及最新节能64位处理技术与现有32位处理技术的扩展升级。ARMv8是一个真正意义上的64位，同时这个64位的架构当中加入了或者说提供了32位的支持。 Cortex-A57是ARM最先进、性能最高的应用处理器，而Cortex-A53不仅(bjn)是功耗效率最高的ARM应用处理器，也是全球最小的64位处理器。 共一百二十九页ARM v8Cortex-

31、A 57，是为智能手机和超级手机功耗级别提供最新的性能，超级手机指的是三星的Glaxay3或者是苹果的iPhone5手机这级别的手机。Cortex-A53在性能方面(fngmin)大概和Cortex-A9是相当的，但是它的尺寸小得多。在32纳米的制程上能减少40%的尺寸，如果到了20纳米的话可能只有目前主流CPU1/4的尺寸。所以说A53可能对于低功耗的这样一个智能手机是一个很好的选择。共一百二十九页2012年后，高通处理器占据手机处理器王者地位。2015年预计正式发布的几款手机来看，三星的Exynos 7420、高通的骁龙810都是A57+A53的大小核结构。MTK的X10的（即MT6795

32、），8核心A53，主频2.2GHZ，胜在功耗较低。下半年据称将采用更强大的A72华为的麒麟930用了八核的A53苹果A8处理器，双核1.4GHz，不逊(bxn)骁龙800（2.5G四核）；A8x处理器，独一无二的三核CPU，64位共一百二十九页ARM v8共一百二十九页ARM v7 v8性能(xngnng)功耗对比共一百二十九页 ARM处理器架构(ji u)（略）共一百二十九页ARM编程模型(mxng)共一百二十九页主要(zhyo)内容ARM处理器编程模型寄存器组处理器工作模式异常(ychng)处理共一百二十九页ARM处理器支持(zhch)的运行模式ARM处理器共支持7种运行模式，分别为：用户

33、（usr）：ARM处理器正常的程序执行状态；系统模式（sys）：运行具有特权的操作系统任务； 快速中断（fiq）：用于高速数据传输或通道处理(chl)；外部中断（irq）：用于通用的中断处理；管理模式（svc）：操作系统使用的保护模式；中止(abt)：当数据或指令访问中止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护；未定义(und)：当未定义指令执行时进入该模式，可用于硬件协处理器的软件仿真。共一百二十九页ARM处理器运行(ynxng)模式除用户模式之外的其余6种称为非用户模式，或特权模式（Privileged Modes）；而特权模式中，除系统模式之外的其余5种又称为异常模式（Exception

34、Modes）。用户程序运行在用户模式下，不能访问一些受操作系统保护的系统资源。应用程序也不能直接进行处理器模式的切换。当需要进行处理器模式切换时，应用程序可以产生异常处理，在异常处理过程中进行处理器处理器模式的切换。这种体系结构可以使系统控制整个(zhngg)系统的资源。共一百二十九页系统(xtng)模式系统模式并不是通过异常过程进入的，它和用户模式具有完全一样的寄存器。但是系统模式属于特权模式，可以访问所有的系统资源，也可以直接进行处理器模式切换(qi hun)。它主要供操作系统任务使用。通常操作系统的任务需要访问所有的系统资源，同时该任务仍然使用用户模式的寄存组，而不是使用异常模式下相应的

35、寄存器组，这样可以保证当异常中断发生时可以正常保存当前工作状态，进行模式切换(qi hun)。共一百二十九页ARM处理器运行(ynxng)模式当应用程序发生异常中断时，处理器进入相应的异常模式。在每一种异常模式中都有一组寄存器，供相应的异常处理程序使用，这样(zhyng)就可以保证在进入异常模式时，用户模式下的寄存器（保存了程序运行状态）不被破坏。共一百二十九页ARM的寄存器组织(zzh)ARM处理器共有37个32位寄存器，其中31个为通用寄存器，6个状态寄存器。ARM状态下的寄存器组织(zzh)未分组寄存器R0R7分组寄存器R8R14程序计数器R15（PC）当前程序状态寄存器 (CPSR)备

36、份的程序状态寄存器(SPSR)共一百二十九页共一百二十九页Thumb状态(zhungti)下的寄存器组织Thumb状态下的寄存器组织通用寄存器R0R7程序(chngx)计数器PC堆栈指针SP(R13)连接寄存器LRCPSP和SPSR共一百二十九页共一百二十九页R13（SP堆栈(duzhn)指针）每种异常模式都有备份寄存器R13_usr, R13_svc, R13_abt, R13_und, R13_irq, R13_fiq用作堆栈指针每种异常模式有自己专用的栈地址(dzh)R13用于被中断程序的现场保护，即保存需要保护的寄存器值共一百二十九页R14（LR连接(linji)寄存器）每种异常模式(

37、msh)都有备份寄存器R14_usr, R14_svc, R14_abt, R14_und, R14_irq, R14_fiq作用存放当前子程序的返回地址异常中断发生时，该异常模式R14_xxx被设置为将要返回的地址共一百二十九页R15（PC程序(chngx)计数器）指令地址PC=当前执行指令地址8地址值字对齐(du q)及半字对齐(du q)例MOV PC,PC;跳转到下面第二条指令共一百二十九页状态(zhungti)寄存器状态寄存器:当前程序状态寄存器 CPSR，可以(ky)在任何工作模式下被访问；程序状态备份寄存器SPSR，只有在异常模式下，才能被访问 ；共一百二十九页CPSR当前程序(

38、chngx)状态寄存器（一）当前程序状态寄存器CPSR N：补码形式的有符号数运算时，1为负，0为正；Z：1表示结果为零；C：加减法的进位(jnwi)或借位，以及非加减法的最后移位；V：1表示补码形式的有符号数加减运算时符号位溢出；共一百二十九页CPSR当前程序(chngx)状态寄存器（二）Q：v5以上版本才有，描述增强DSP运算指令是否发生溢出；I、F：中断禁止(jnzh)位，1表示中断禁止(jnzh)；T：指示处理器处于ARM或Thumb工作状态；共一百二十九页CPSR当前程序(chngx)状态寄存器(三)M4:0：表示(biosh)处理器的运行模式0b10000User0b10001FI

39、Q0b10010IRQ0b10011Supervisor0b10111Abort0b11011Undefined0b11111System共一百二十九页ARM控制程序执行(zhxng)的方式正常执行，每执行一条指令ARM指令PC+4Thumb指令PC+2跳转:B、BL、BX、BLX异常中断执行完当前指令，跳转到异常中断处理程序执行完返回到发生中断(zhngdun)指令的下一条处要保护和恢复被中断程序的执行现场共一百二十九页ARM处理器的异常中断（一）异常是指正常的程序执行流程发生暂时(znsh)的停止或改变，例如在复位、有中断请求及指令预取中止时； ARM处理器支持7种类型的异常。 复位（RE

40、SET)：当处理器的复位电平有效时，产生复位异常，程序跳转到复位异常处理程序处执行。 未定义指令(UDEF)：当ARM处理器或协处理器遇到不能处理的指令时，产生未定义指令异常。可使用该异常机制进行软件仿真。 软件中断(SWI)：该异常由执行SWI指令产生，可用于用户模式下的程序调用特权操作指令。使用该异常机制可以实现系统功能调用。共一百二十九页ARM处理器的异常中断（二）指令预取中止(PABT)：若处理器预取指令的地址不存在，或该地址不允许当前指令访问，存储器会向处理器发出中止信号，但当预取的指令被执行时，才会产生指令预取中止异常(ychng)。数据中止(DABT)：若处理器数据访问指令的地址

41、不存在，或该地址不允许当前指令访问时，产生数据中止异常。IRQ（外部中断请求）：当处理器的外部中断请求引脚有效，且CPSR中的I位为0时，产生IRQ异常。系统的外设可通过该异常请求中断服务。FIQ（快速中断请求）：当处理器的快速中断请求引脚有效，且CPSR中的F位为0时，产生FIQ异常。共一百二十九页ARM处理器的异常中断（三）异常类型模式正常向量地址高向量地址复位管理0 x000000000 xFFFF0000未定义指令未定义0 x000000040 xFFFF0004软件中断管理0 x000000080 xFFFF0008指令预取中止中止0 x0000000C0 xFFFF000C数据中止

42、中止0 x000000100 xFFFF0010IRQIRQ0 x000000180 xFFFF0018FIQFIQ0 x0000001C0 xFFFF001C共一百二十九页ARM处理器的异常中断（四）异常优先级异常类型1（最高）复位2数据中止3FIQ4IRQ5预取中止6未定义指令，SWI共一百二十九页ARM处理器对异常(ychng)的处理（一）对异常的响应：将下一条指令的地址存入相应异常类型的连接寄存器LR_mode；将CPSR复制到相应异常类型的SPSR_mode中；设置CPSR的M4:0,强制改变到相应的运行模式；禁止正常中断，如果异常类型为快速中断或复位，同时禁止快中断；强制PC从相关

43、的异常向量(xingling)地址取下一条指令执行，从而跳转到相应的异常处理程序处。共一百二十九页ARM处理器对异常(ychng)的处理（二）异常返回从堆栈中恢复用户(yngh)寄存器将SPSR_mode复制回CPSR中复制LR_modePC共一百二十九页未定义异常(ychng)的操作过程进入(jnr)异常：R14_und=产生异常的下一条指令地址SPSR_und=CPSRCPSR4:0=0b11011/*进入未定义运行模式*/CPSR5=0/*进入ARM工作状态*/CPSR7=1/*禁止正常中断*/如果设置了高向量模式，则PC=0 xFFFF0004 否则PC=0 x00000004退出异常

44、：MOVS PC R14 恢复PC（从R14_und）和CPSR（从SPSR_und），并返回到该未定义指令的下一条指令处共一百二十九页ARM推荐(tujin)的异常退出指令异常类型R14（ARM）R14（Thumb）返回指令BLPC+4PC+2MOV PC, R14SWIPC+4PC+2MOVS PC, R14UDEFPC+4PC+2MOVS PC, R14FIQPC+4PC+4SUBS PC,R14,#4IRQPC+4PC+4SUBS PC,R14,#4PABTPC+4PC+4SUBS PC,R14,#4DABTPC+8PC+8SUBS PC,R14,#8RESET-共一百二十九页例：SW

45、I中断(zhngdun)的R14例如：0 x8000 mov .0 x8004 add .0 x8008 SWI .0 x800C mov .0 x8010 add .当程序执行SWI异常时，PC指向0 x8010，在跳转到异常向量的之前(zhqin)，ARM会把R14调整到0 x800C共一百二十九页ARM数据类型字（Word）：在ARM体系结构中，字的长度为32位，而在8位/16位处理器体系结构中，字的长度一般(ybn)为16位，请注意区分。 半字（Half-Word）：在ARM体系结构中，半字的长度为16位，与8位/16位处理器体系结构中字的长度一致。 字节（Byte）：在ARM体系结构

46、和8位/16位处理器体系结构中，字节的长度均为8位。共一百二十九页存储器组织(zzh)以0 x87654321为例小端方式(fngsh)对应于地址A+3=0 x87,A+2=0 x65,A+1=0 x43,A=0 x21大端方式对应于地址A=0 x87,A+1=0 x65,A+2=0 x43,A+3=0 x21ByteA+3ByteA+2ByteA+1ByteABit31 bit0共一百二十九页字对齐(du q)与半字对齐(du q)ARM状态，字地址的低两位bits1:0必须为0b00，半字地址的最低位bit0为0b0Thumb状态，字地址最地位bit0必须为0b0如果写入PC的指令地址非对

47、齐(du q)ARMV3及以下，忽略R15的bits1:0ARMV4及以上，执行结果不可预知Thumb，忽略R15的bit0共一百二十九页ARM处理器工作(gngzu)状态从编程的角度看，ARM处理器有2种工作状态并可自由(zyu)切换：ARM状态：处理器执行32位的、字对准ARM指令；Thumb状态：处理器执行16位、半字对准的Thumb指令。共一百二十九页ARM/Thumb状态(zhungti)的切换ARM处理器总是从ARM状态开始执行可用指令(zhlng)实现状态切换BLXLDR、LDM及POP当处理器进入异常中断处理程序时，自动切换到ARM状态如果从Thumb状态进入异常，处理完成退出

48、后仍自动进入Thumb状态共一百二十九页立即(lj)数一条ARM指令32位，可能含12位立即数immediate=immed_8循环右移(2*rotate_imm)合法(hf)：0 xff,x0104,0 xff0,0 x3f0非法：0 x101,0 xff1,0 x102(非偶数位)Qu:0 x1fc共一百二十九页ARM指令系统(zh ln x tn)跳转B，BL，BLX移位ASR,LSL,LSR,ROR,ROX存储(cn ch)加载LDR,STR软中断SWI共一百二十九页指令名指令含义操作ADD相加Rd=Rn+op2SUB相减Rd=Rn-op2RSB反向相减Rd=op2-RnADC带进位加

49、Rd=Rn+op2+CSBC带借位减Rd=Rn-op2+C-1RSC反向带借位减Rd=op2-Rn+C-1AND位与Rd=Rn AND op2ORR位或Rd=Rn OR op2EOR位异或Rd=Rn EOR op2BIC位清零Rd=Rn AND NOT op2MOV传送Rd=op2MVN传送非Rd=NOT op2CMP比较Rn-op2CMN负向比较Rd=op2-RnTST测试Rn AND op2TEQ测试相等Rn EOR op2共一百二十九页指令名指令含义操作MUL乘法Rd=Rm*RsMLA乘加Rd=Rm*Rs+RnUMULL无符号数乘法RdH: RdL = Rm*RsUMLAL无符号数乘加R

50、dH: RdL += Rm*RsSMULL有符号数乘RdH: RdL = Rm*RsSMLAL有符号数乘加RdH: RdL += Rm*Rs共一百二十九页多寄存器加载/存储(cn ch)指令（一）该指令完成多个通用寄存器与存储单元之间的数据传送。 LDM|STM cond 寻址方式 Rn !,通用寄存器组 符号(fho)的含义：寻址方式为：IA、IB、DA、DB、FD、ED、FA、EA；Rn： 基址寄存器，不允许为R15 （PC）；！：指令执行后，刷新基址寄存器Rn“”：当寄存器列表包含PC且为LDM指令时，同时将SPSR拷贝到CPSR，用于异常返回；当寄存器列表不包含PC，指示指令中所有的寄

51、存器为用户模式下的寄存器共一百二十九页LDM / STM 操作(cozu)语法： Rb!, 四 种寻址操作(cozu): LDMIA / STMIAIncrement After（先操作，后增加） LDMIB / STMIBIncrement Before（先增加，后操作） LDMDA / STMDADecrement After （先操作，后递减） LDMDB / STMDBDecrement Before （先递减，后操作）IAr1地址增加r4r0r1r4r0r1r4r0r1r4r0r10IBDADBLDMxx r10, r0,r1,r4STMxx r10, r0,r1,r4基址寄存器 (

52、Rb)共一百二十九页存储器块拷贝可选项“ ! ”将导致LDM / STM 指令去自动更新基址寄存器后缀为IA, IB时，加上4 乘以 用于传送的寄存器的数目的值后缀为DA, DB时，减去4乘以用于传送的寄存器的数目的值示例:; r12指向源数据起始地址; r14指向源数据尾地址; r13指向目的数据起始地址loopLDMIAr12!, r0-r11; 装载48 bytesSTMIAr13!, r0-r11;存储(cn ch)themCMPr12, r14; check for the endBNEloop;loop until done此循环传送 48 bytes占用了31周期时钟为33 MHz时传输速率超过50 Mbytes/sec存储器增加(zngji)r13r14r12共一百二十九页多寄存器加载/存储(cn ch)指令（二）例如(lr)：STMFD R13!, R0, R4-R7, LR ；寄存器进栈LDMFD R13!, R0, R4-R7, PC ；寄存器返回注：基址寄存器可以出现在寄存器列表中，但要避免和写回操作“！”同时使用。R15可以出现在LDM指令的寄存器列表中；但要避免出现在S