第2章 ARM7体系结构PPT课件

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第二章ARM处理器基础ARM7课件

2、条件码标志位
在ARM状态下，绝大多数指令都是有条件执行指令；在THUMB状态下，仅有分支指令是有条件执行指令。
各条件码标志位的具体含义
标志位 N Z
C
V
含义
运算结果的符号位。对于有符号二进制补码，结果为负时，N=1；结果为正或零时， N=0。
Z=1表示运算的结果为零（通常表示比较结果“相等”）；Z=0表示运算的结果不为零。
第二章 ARM处理器基础
一、ARM7处理器概述二、ARM处理器的数据格式三、处理器模式与内部寄存器四、ARM的异常处理五、本节附录
一、ARM7处理器概述
ARM7TDMI是一个32位的微处理器核，基于精简指令集（RISC）的原理设计而成的。处理器的译码结构相对简单；处理器内含集成元件的门数相对减少，功耗降低。
2、堆栈指针 R13
寄存器R13（也称为堆栈指针或SP）有6个分组的物理寄存器。寄存器R13通常作为堆栈指针SP。
3、链接寄存器 R14
寄存器R14（也称为链接寄存器或LR）有6个分组的物理寄存器。寄存器R14有三种用途： 1、当发生异常时，它被设置为该异常返回地址； 2、在执行分支和链接（BL）指令时，它用于保存子程序的返回地址； 3、而在其他时候，作为一个通用寄存器来对待。
分4种情况设置C的值 - 加法运算当运算结果产生进位时，C=1；否则C=0 - 减法运算当运算产生借位时，C=0；否则C=1 - 包含移位操作的非加/减运算指令 C为移出值的最后一位 - 其他的非加/减运算指令 C的值通常不变
分2种情况设置V的值 - 加/减法运算指令当发生有符号溢出时，V=1；否则，V=0 - 其他的非加/减运算指令 V的值通常不变
1.2 ARM处理器的程序与数据存储

ARM7体系结构详细介绍(ppt 112页)

高的指令吞吐量；出色的实时中断响应；小的、高性价比的处理器宏单元。
3.2 ARM7TDMI
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
ARM处理器支持下列数据类型：
字节 8位
1
半字 16位（必须分配为占用两个字节） 1 2
字 32位（必须分配为占用4各字节） 1 2 3 4
3.4 体系结构直接支持的数据类型
体系结构直接支持的数据类型
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；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0～2N-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；
半字加载/存储指令；字节和半字的加载和符号扩展指令；具有可以转换到Thumb状态的指令（BX）；增加了用户模式寄存器的新的特权处理器模式。
3.1 ARM简介
各ARM体系结构版本——V5
在V4版本的基础上，对现在指令的定义进行了必要的修正，对V4版本的体系结构进行了扩展并并增加了指令，具体如下：
1.简介
9.异常
2.ARM7TDMI
10.复位
3.ARM7TDMI的模块和 11.存储器及存储器映射
内部框图
I/O
4.体系结构直接支持的数据类型
5.处理器状态
6.处理器模式
7.内部寄存器
8. 程序状态寄存器

ARM7体系结构详细介绍课件下载(PPT112张)

3.1 ARM简介
各ARM体系结构版本——V5
在V4版本的基础上，对现在指令的定义进行了必要的修正，对V4版本的体系结构进行了扩展并并增加了指令，具体如下：
▪改进了ARM/Thumb状态之间的切换效率； ▪E---增强型DSP指令集,包括全部算法操作和16 位乘法操作； ▪J----支持新的JAVA,提供字节代码执行的硬件和优化软件加速功能。
优化的缓存结构提高了处理器访问低速存储器的性能；
可在0.18µm, 0.15µm, 0.13µm工艺的硅芯片上实现
3.1 ARM简介
ARM11
ARM11 MPCore：可综合的多处理器核，1至4个处理器可配置；
ARM1136J(F)-S：可配置的数据和指令Cache，可提供1.9位的MPEG4编码加速功能； ARM1156T2(F)-S：带集成浮
SecurCor e
SC100：第一个32位安全处理器；、SC110：在SC100上增加密钥协处理器；
SC200：带Jazelle技术的高级安全处理器；
SC210：在SC200上增加密钥协处理器
SecurCore是专门为智能卡、安全IC提供的32位安全处理器，为电子商务、银行、网络、移动多媒体、公共交通提供安全解决方案；
3.1 ARM简介
ARM体系结构
ARM体系结构的特点：
▪每条数据处理指令都对算术逻辑单元和移位器控制，实现了ALU和移位器的最大利用； ▪地址自动增加和减少寻址模式，优化程序循环； ▪多寄存器装载和存储指令实现最大数据吞吐量; ▪所有指令的条件执行实现最快速的代码执行。
3.1 ARM简介
各ARM体系结构版本
公司的特点是只设计芯片，而不生产。它将技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，并提供服务。

ARM体系结构PPT学习课件

在继承了V7架构的基础上，可以选择64或32执行状态。64执行状态针对64位处理技术，引入了一个全新指令集A64，可以存取大虚拟地址空间；
运用ARMv8指令集的产品： ARM 12年十月发布了Cortex-A53 and CortexA57 核心。 13年苹果基于V8架构的Apple 7使用在了iPhone 5S上。
ARM V1～V3版本的处理器未得到大量应用，ARM 处理器的大量广泛应用是从其V4版本开始的
V7系列CPU被称作CorTex系列到目前V8是最新的版本，可以选择64或32执行状态。64执行状态针对64位处理技术，引入了一个全新指令集A64，可以存取大虚拟地址空间。
第2章 ARM体系结构
Copyright@2015lsh
成立于1990年11月
前身为 Acorn计算机公司
主要设计ARM系列RISC处理器内核
授权ARM内核给生产和销售半导体的合作伙伴
ARM 公司不生产芯片
另外也提供基于ARM架构的开发设计技术
软件工具, 评估板, 调试工具,应用软件,总线架构, 外围设备单元，等等
第2章 ARM体系结构
--- ARMv4T
Chengdu University of Information Technology
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•ARMv4T增加了16-bit Thumb 指令集，这样使得编译器能产生紧凑代码（相对于32-bit代码，内存能节省到35%以上)并保持32-bit系统的好处。 •Thumb在处理器中仍然要扩展为标准的32位ARM指令来运行。用户采用16位Thumb指令集最大的好处就是可以获得更高的代码密度和降低功耗。
✓ Profile R是针对实时系统的

56第2章 ARM7体系结构PPT课件

16
2.0 补充知识
1、关注的内容是什么？
主要关注内核
Hale Waihona Puke 172.0 补充知识2、体系结构版本与ARM处理器系列
（1）体系结构版本 ARM体系结构从最初开发到现在有了很大的改进，并仍在完善和发展。为了清楚的表达每个ARM应用实例所使用的指令集，ARM公司定义了7种主要的 ARM指令集体系结构版本，以版本号V1～V7 表示。
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ARM7体系结构
➢ 1.ARM简介
➢ 6.ARM内部寄存器
➢ 2.ARM7TDMI
➢ 7.当前程序状态寄存器
➢
3.ARM的模块、内 ➢
8.ARM体系的异常、
核和功能框图
中断及其向量表
➢ 4.ARM处理器状态 ➢ 9.ARM体系的存储系 ➢ 5.ARM处理器模式统
6
ARM7体系结构
ARM是什么？ ➢ ARM是一个公司的名字 ➢ ARM是对一类微处理器的通称 ➢ ARM是一种技术的名字
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2.0 补充知识
各ARM体系结构版本——Cortex(V7)
▪高效率的处理器设计方案； ▪在更低的时钟频率上获得更到的性能 ▪内存经过最佳优化设计 ▪进一步降低嵌入式系统的体积和成本 ▪协助新一代嵌入式产品快速执行各种复杂的控制算法与实时工作的运算。
25
8
2.1 ARM简介
ARM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
...
9
2.1 ARM简介
RISC结构特性
RISC是精简指令集计算机的缩写，其目标是设计出
在高时钟频率下单周期执行，简单而有效的指令集。 ARM内核采用RISC体系结构，因此具有RISC的结构特点：

chapter_2_ARM7体系结构

使用地址自增和自减支的持寻Em址bed方edI式CE观优察化硬件程；序循环；支持64位乘法；
装载/保存指令对数据支的持片批上量调试传；输，实现最大数据吞
吐量;
支持高密度16位的Thumb指令集；
大多数指令的条件执行，实现最快速的代码执行。
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3. ARM7处理器的三级流水线
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程序清单 2-1
1. 0x4000 ADD PC , PC , #4 ; 正在被执行的指令
2.
+4
；PC ← PC当前值
3. 0x4004 cmd2
; 正在被译码的指令；
4. 0x4008 cmd3
; 正在被取指的指令
5.
；PC ＝ 0x4008
6. 0x400C cmd4
第2章 ARM7体系结构
30.11.2020
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第2章目录
1. ARM7体系结构 2. ARM7的状态与模式 3. ARM7的寄存器 4. ARM7当前程序状态寄存器（CPSR） 5. ARM7的异常与异常处理 6. ARM7的存储系统
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第2章目录
1. ARM7体系结构 2. ARM7的状态与模式 3. ARM7的寄存器 4. ARM7当前程序状态
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ARM处理器模式
ARM体系结构支持7种处理器模式，分别为：用户模式、快中断模式、中断模式、管理模式、中止模式、未定义模式和系统模式。这样的好处是可以更好的支持操作系统并提高工作效率。

ARM第二章PPT课件

Thumb指令集可提高代码密度，保证了性能、维持了硅片的体积、减少了功耗，但完成相同的操作 Thumb指令集需要更多的指令，若系统运行时间要求严苛，应使用ARM指令。
2020/10/13
ARM技术及应用
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第二章 ARM技术概述 2.2 ARM的寄存器组
2020/10/13
ARM技术及应用
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第二章 ARM技术概述
2020/10/13
ARM技术及应用
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第二章 ARM技术概述
2.1.2 ARM的工作状态 1.ARM状态：ARM微处理器执行32位的ARM指令集； 1）异常中断时，需要使用ARM指令(ARM状态)； 2）ARM处理器在开始执行代码时，只能处于ARM状态； 2.Thumb状态：ARM微处理器执行16位的Thumb指令集；
2.2.1 ARM处理器的工作模式和CPSR寄存器
图2.2.1 当前程序状态寄存器
N(negative),Z(zero),C(carry),V(overflow);
2020/10/13
ARM技术及应用
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第二章 ARM技术概述
N：2个补码表示的符号数运算，1表示结果负，0为正； Z：1表示结果为0； C：加时1为进位，减时0为借位，移位操作时为移出值的最后一位； V：1为溢出。
3）分组寄存器R13、R14 12个
2020/10/13
ARM技术及应用
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谢谢您的指导
THANK YOU FOR YOUR GUIDANCE.
感谢阅读！为了方便学习和使用，本文档的内容可以在下载后随意修改，调整和打印。欢迎下载！
2020/10/13
汇报人：XXXX 日期：20XX年XX月XX日
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嵌入式控制系统-第2章-2-ARM7处理器模式及与存储器组织PPT课件

注意：存储器映射的I/O位置的操作不同于正常的存储器位置的操作。通常，存储器映射的I/O位置没有高速缓存和缓冲区。
-
21
简介
2.3.2 内部寄存器
在ARM7TDMI处理器内部有37个32位用户可见的寄存器。其中有31个通用寄存器，6个状态寄存器。
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。
-
17
2.3.1 存储器及存储器映射I/O
存储器格式
地址空间的规则：
▪位于地址A的字包含的字字节位于地址A,A+1,A+2和
A+3；
半字
半字
▪位于地址A的半字包含的字节位于地址A和A+1；
▪位于地址A+2的字节半字字包节含字的节字节字节位于地址A+2和
A+3；
地址A A+1 A+2 A+3
▪位于地址A的字包含的半字位于地址A和A+2；
CHAPTER
2 ARM7体系结构
-
1
上次课内容 ARM微处理器结构
1.ARM简介 2.ARM7TDMI特点 3.ARM7TDMI的模块和
内部框图
-
2
第2章 ARM7体系结构
2.2 ARM处理器状态和模式 2.3 ARM存储器组织
-
3
第2章 ARM7体系结构
2.2 ARM处理器状态和模式 2.3 存储器组织
中中止止 ((aabbtt)) 用存于储的支器寄持保虚护存拟器内存，和以/或避免在A异RM常7TD退M出I没件协的处状理器态的不软可靠未定。义指令异常响应时进入此
件仿真
模式
-
10
2.2.2 处理器模式

ARM7体系结构PPT文档113页

ARM7体系结构1、纪律是 Nhomakorabea理关系的形式。——阿法纳西耶夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响，而是让儿童练习良好道德行为，克服懒惰、轻率、不守纪律、颓废等不良行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养成儿童自觉的纪律性，这是儿童道德教育最重要的部分。—— 陈鹤琴
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特

第2章 ARM7-9体系结构

2.1 ARM简介
• ARM10E系列简介
该系列包括ARM1020E和ARM1020E处理器核，其核心在于使用向量浮点（VFP）单元VFP10提供高性能的浮点解决方案，从而极大提高了处理器的整型和浮点运算性能。可以用于视频游戏机和高性能打印机等场合。
2.1 ARM简介
• Xscale简介
ARMv5 TE ARMv5 TEJ
ARM9E、 ARM10E、 Xscale、 ARM7EJ、 ARM926EJ
ARMv5版体系结构在ARMv4版基础上增加了一些新的指令，包括： • 增加ARM与Thumb状态之间切换的指令 • 增强乘法指令和快速乘累加指令 • 增加了数字信号处理指令（ARMv5TE版） • 增加了Java加速功能(ARMv5TEJ版） ARMv6版体系结构是2001年发布的，首先在ARM11处理器中使用。此体系结构在 ARMv5版基础上增加了以下功能： • Thumb-2 增强代码密度 • SIMD 增强媒体和数字处理功能 • TrustZone 提供增强的安全性能 • IEM 提供增强的功耗管理功能
ARMv4 ARMv4 T
StrongARM、 ARMv4版体系结构是目前应用最广的 ARM9TDMI ARM体系结构，在v3版上作了进一步扩充，、指令集中增加了以下功能： ARM9T • 增加了系统模式 • 增加了16位Thumb指令集 • 完善了软件中断SWI指令的功能 • 不再支持26位寻址模式
ARMv2
ARM2和 ARM3
ARMv3 ARMv3 M
ARM6、 ARM7DI、 ARM7M
ARMv3版体系结构对ARM体系结构作了较大的改动： • 寻址空间增至32位（4GB） • 独立的当前程序状态寄存器CPSR和程序状态保存寄存器SPSR，保存程序异常中断时的程序状态，以便于对异常的处 • 增加了异常中断（Abort）和未定义两种处理器模式 • 增加了MMU支持 • ARMv3M增加了有符号和无符号长乘法指令

《微机原理与嵌入式系统基础》课件第2章

第 2 章 ARM7 体系结构
ARM7采用ARM v4T结构，分为三级流水线，具有如下特点：
(1) RISC处理器结构。 (2) 具有嵌入式ICE-RT逻辑，调试开发方便。 (3) 极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。 (4) 能够提供0.9 MIPS/MHz的三级流水线结构。 (5) 支持32位的ARM指令集和16位的Thumb指令集。 (6) 直接支持8 bit、16 bit和32 bit数据操作。 (7) 对操作系统的支持广泛，包括WinCE、Linux、Palm OS等。
第 2 章 ARM7 体系结构
在计算机体系结构中，另外一个重要的内容是存储器体系结构。现在常用的有两种：冯·诺依曼存储器体系结构和哈佛存储器体系结构。传统的计算机采用冯·诺依曼结构存储体系，也称为普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起编址的存储器结构，其主要特征是：程序和数据共用一个存储空间，只是安排在不同的地址空间位置；取指和取数操作使用同一套总线，只是在不同的时间访问不同的目标存储单元。目前使用冯·诺依曼结构的MPU(微处理器)和MCU(微控制器)有很多，如Intel 8086、ARM公司的ARM7、MIPS公司的MIPS处理器等。
第 2 章 ARM7 体系结构
第2章 ARM7 体系结构
2.1 概述 2.2 ARM7的状态与模式 2.3 ARM7的寄存器 2.4 ARM7当前程序状态寄存器(CPSR) 2.5 ARM7的异常与异常处理 2.6 ARM7的存储系统本章小结习题
第 2 章 ARM7 体系结构
2.1 概述
所谓处理器的“体系结构”(或称为“系统结构”)，是处理器的逻辑抽象，是指程序员在使用某处理器编制程序时，所“看到”从而可以在程序中使用的处理器资源构成、使用方式、工作原理及其相互间的关系。其中最为重要的就是处理器所提供的指令系统和寄存器组模型。

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支持64位乘法；
支持片上调试；
28.07.2020
支持高密度16位的Thumb指令集；
华中科技大学计算机学院
7
2.2 ARM7TDMI
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。
PC
PC
PC-4
PC-2
PC-8
PC-4
流水线工位取指译码
执行
描述
指令从存储器中取出对指令使用的寄存器进行译码从寄存器组中读出寄存器，执行移位和ALU操作，寄存器被写回到寄存器组中
28.07.2020
华中科技大学计算机学院
9
2.2 ARM7TDMI
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。
15.协处理器接口
7.内部寄存器
16.调试接口简介
8. 程序状态寄存器
17.ETM接口简介
28.07.2020
华中科技大学计算机学院
4
2.1 ARM简介
ARM公司简介
ARM是Advanced RISC Machines的缩写，它是一家微处理器行业的知名企业，该企业设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC （精简指令集）处理器。
ARM7TDMI的流水线分3级，分别为：取指译码执行
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华中科技大学计算机学院
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2.2 ARM7TDMI
三级流水线
正常操作过程中，在执行一条指令的同时对下一条指令进行译码，并将第三条指令从存储器中取出。这三条指令之间的位置关系如下表所示：
流水线上各指令的地址
ARM指令集 Thumb指令集
地址最低位为 1，表示切换
BX
R0
到Thumb状态
;从Thumb状态切换到ARM状态
LDR R0,=Lable
BX
R0
地址最低位为 0，表示切换到ARM状态
28.07.2020
华中科技大学计算机学院
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2.6 处理器模式
简介
ARM体系结构支持7种处理器模式，分别为：用户模式、快中断模式、中断模式、管理模式、中止模式、未定义模式和系统模式，如下表所示。这样的好处是可以更好的支持操作系统并提高工作效率。ARM7TDMI完全支持这七种模式。
▪内部周期；
▪非连续的周期；
▪连续的周期；
28.07.2▪0协20 处理器寄存器的华中传科输技大周学计期算机。学院
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2.4 体系结构直接支持的数据类型
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
1
▪半字 16位（必须分配为占用两个字节） 1 2
▪字 32为（必须分配为占用4各字节） 1 2 3 4
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2.6 处理器模式
处理器模式
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)
数据可以是字节（ 8位）、半字（ 16位）或者字（32位）。
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2.2 ARM7TDMI
存储器访问
ARM7TDMI处理器的存储器接口可以使潜在的性能得以实现，这样减少了存储器的使用。对速度有严格要求的控制信号使用流水线，这样使系统控制功能以标准的低功耗逻辑实现。ARM7TDMI处理器的存储器周期有4个基本类型：
简介
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。 ARM7TDMI的后缀意义为：
ARM7 T D M I - S
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；
支持EmbededICE观察硬件；
28.07.2020
华中科技大学计算机学院
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2.4 体系结构直接支持的数据类型
体系结构直接支持的数据类型
注意：
▪所有数据操作，例如ADD，都以字为单位；
▪装载和保存指令可以对字节、半字和字进行操作，当装载字节或半字时自动实现零扩展或符号扩展；
▪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）。
基于ARM的嵌入式系统设计
The Embedded System Design Based on ARM Microcontroller
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1
整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
第2章 ARM7体系结构
28.07.2020
华中科技大学计算机学院3ຫໍສະໝຸດ 第2章目录1.简介
9.异常
2.ARM7TDMI
10.中断延迟
3.ARM7TDMI的模块和 11.复位
内部框图
12.存储器及存储器映射
4.体系结构直接支持的 I/O
数据类型
13.寻址方式简介
5.处理器状态
14.ARM7指令简介
6.处理器模式
公司的特点是只设计芯片，而不生产。它将技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，并提供服务。
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华中科技大学计算机学院
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2.1 ARM简介
ARM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
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2.2 ARM7TDMI
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2.5 处理器状态
处理器状态
ARM7TDMI处理器内核使用V4T版本的ARM结构，该结构包含32位ARM指令集和16位Thumb指令集。因此ARM7TDMI处理器有两种操作状态：
▪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。
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华中科技大学计算机学院
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2.5 处理器状态
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（详见第4
章），程序如下所示。
跳转地址标号
;从Arm状态切换到Thumb状态 LDR R0,=Lable+1