第2章 ARM7体系结构

支持64位乘法；
支持片上调试；
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支持高密度16位的Thumb指令集；
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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
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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
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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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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：

PC
PC-4
PC-8
取指
译码
执行
处理指令并将结果写回寄存器 识别将要被执行的指令 从寄存器装载一条指令
从ARM状态切换到Thumb状态的程序代 ARM状态切换到 状态切换到Thumb状态的程序代 码如下： 码如下：
跳转地址标号 CODE32
ARM指令集
LDR BX CODE16 Lable MOV
正常操作过程中，在执行一条指令的同时对下一条 正常操作过程中， (第二条)指令进行译码，并将第三条指令从存储器中取 第二条)指令进行译码， 出。
2.2 ARM7TDMI
三级流水线
在ARM状态下，流水线上各指令的地址为 ARM状态下 状态下， 水线分3 分别为： 水线分3级，分别为： ARM7TDMI的流 ARM7TDMI的流
存储器的字与半字
从偶数地址开始的连续2个字节构成一个半字 从偶数地址开始的连续2个字节构成一个半字; 半字; 以能被4整除的地址开始的连续4个字节构成一个字 以能被4整除的地址开始的连续4个字节构成一个字； ARM指令的长度刚好是一个字，Thumb指令的长度 ARM指令的长度刚好是一个字，Thumb指令的长度 指令的长度刚好是一个字 刚好是一个半字。 刚好是一个半字。
简介 ARM7TDMI是基于 ARM7TDMI是基于ARM体系结构V4 是基于ARM体系结构 体系结构V4 版本的低端ARM核 其弥补了ARM6很难 版本的低端ARM核。 其弥补了ARM6很难 在低于5V电压下稳定工作的不足， 5V电压下稳定工作的不足 在低于5V电压下稳定工作的不足，还增加 了后缀所对应的功能： 了后缀所对应的功能： 注意： ARM核 并非芯片，ARM核与 注意：“ARM核”并非芯片，ARM核与 其它部件如RAM、ROM、 其它部件如RAM、ROM、片内外设组合在 一起才能构成现实的芯片。 一起才能构成现实的芯片。

第1章嵌入式系统概述(1)举出3个本书中未提到的嵌入式系统的例子。

答：键盘、鼠标、扫描仪。

(2)什么叫嵌入式系统？答：嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。

(3)什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？答：嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。

分为3类：1.注重尺寸、能耗和价格；2.关注性能；3.关注全部4个需求——性能、尺寸、能耗和价格。

(4)什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？答：嵌入式操作系统是操作系统的一种类型，是在传统操作系统的基础上加入符合嵌入式系统要求的元素发展而来的。

原因：1.提高了系统的可靠性；2.提高了开发效率，缩短了开发周期。

3.充分发挥了32位CPU的多任务潜力。

第2章 ARM7体系结构1.基础知识(1)ARM7TDMI中的T、D、M、I的含义是什么？答：T：高密度16位Thumb指令集扩展；D：支持片上调试；M：64位乘法指令；I：Embedded ICE硬件仿真功能模块。

(2)ARM7TDMI采用几级流水线？使用何种存储器编址方式？答：3级；冯·诺依曼结构。

(3)ARM处理器模式和ARM处理器状态有何区别？答：ARM处理器模式体现在不同寄存器的使用上；ARM处理器状态体现在不同指令的使用上。

(4)分别列举ARM的处理器模式和状态？答：ARM的处理器模式：用户模式、系统模式、管理模式、中止模式、未定义模式、中断模式、快速模式；ARM的处理器状态:ARM状态、Thumb状态。

(5)PC和LR分别使用哪个寄存器？答：PC:R15；LR:R14。

(6)R13寄存器的通用功能是什么？答：堆栈指针SP。

(7)CPSR寄存器中哪些位用来定义处理器状态？答：位31~28：N、Z、C、V，条件代码标志位；27~8：保留位；7~0：I、F、T、M4~0，控制标志位。

(8)描述一下如何禁止IRQ和FIQ的中断。

答：当控制位I置位时，IRQ中断被禁止，否则允许IRQ中断使能；当控制位F置位时，FIQ 中断被禁止，否则允许FIQ中断使能。

• 控制位
–
程序状态寄存器PSR（Program Status Register）的最低8位I、F、T和 M[4：0]用作控制位。当异常出现时改变控制位。处理器在特权模式 下时也可由软件改变。
• 中断禁止位 I：置1，则禁止IRQ中断； F：置1，则禁止FIQ中断。 • T位 T=0 指示ARM执行； T=1 指示Thumb执行。 • 模式控制位 M4、M3、M2、Ml和M0（M[4:0]）是模式位，决定处理器 的工作模式，如表2.3.1所列。
6 （最低）
6 5
数据中止
IRQ （外部中断请求） FIQ （快速中断请求）
中止（数据）
IRQ FIQ
中止模式
IRQ FIQ
0x0000,0010
0x0000,0018 0x0000,001C
2
4 3
2.4.2 异常类型的含义
（1）复位
• • 处理器的复位电平有效时，产生复位异常 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
2.4 ARM微处理器的异常处理
• 异常：在一个正常的程序流程执行过程中，由内 部或外部源产生的一个事件使正常的程序产生暂 时的停止，称之为异常。
2.4.1 ARM体系结构的异常类型
• ARM体系结构支持7种类型的异常
• 异常出现后，强制从异常类型对应的固定存储器地址开始 执行程序。这些固定的地址称为异常向量（Exception Vectors）。
M[4:0]模式控制位
M[4： 0] 10000 10001 10010 10011 10111
处理器工作 模式 用户模式 FIQ模式 IRQ模式 管理模式 中止模式
可访问的寄存器 PC，CPSR，R14～R0 PC，R7～R0，CPSR, SPSR_fiq，R14_fiq～ R8_fiq PC，R12～R0，CPSR, SPSR_irq，R14_irq， R13_irq PC，R12～R0, CPSR, SPSR_svc，R14_svc， R13_svc PC，R12～R0, CPSR, SPSR_abt，R14_abt， R13_abt