ARM体系结构与编程(第2版)_ppt

内存分配与释放的数据结构2030linuxkfree它们用于分配和释放连续的内存空间blocksizepagedescriptorsizeskfree分配和释放内存block为单位进行的可以分配的空闲块的大小记录在blocksize表中它是一个静态数组linux设置了sizes数组对页面块进行描述数组元素是sizedescriptor结构体blocksizesizes元素数目相同它们一一对应sizes管理的各个页面块中每个块的头blockheader数控冲床冲压件数控冲床落料后再数控折弯件普通冲床开模冲压件剪板机落料及其它加工方式成形的钣金件点焊氩弧焊组焊件拉铆组件等其它方式加工而成的金属零件或组件
嵌入式软件测试中经常用到的测试工具： ➢ 内存分析工具 ➢ 性能分析工具 ➢ 覆盖分析工具 ➢ 缺陷跟踪工具
2021/3/18
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嵌入式Linux面临的挑战
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Linux的实时 扩充性
改变Linux内核 体系结构
完善Linux的集 成开发环境
Solution
➢ 扩展 Linux 的实时 性能
向外扩展 向上扩展
页式存储管理机制 页表
硬件无关部分
进程的映射和逻辑内存的对换
硬件相关部分
为内存管理硬件提供了虚拟接口
每个进程保留一张页表，用于将本进程 空间中 的虚拟地址变换成物理地址。
2021/3/18
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进程调度
当需要选择下一个进程运行时，由调度程序选择最值得运行的进程，依 据每个进程的task_struct结构
交叉开 发环境
开放类型
GNU工具链
➢ 常用的交叉开发环
境主要有开放和商
业两种类型。开放 Metrowerks CodeWarrior

2005-8-10
理解ARM体系结构与编程的 意义
嵌入式系统的开发在很大程度上就是 嵌入式软件的开发
硬件：利用嵌入式微处理器和其他外围芯 片和电路搭建符合应用要求的开发板
软件：嵌入式操作系统、驱动、系统的初 始化、内存的管理、编译和连接、生成可 执行目标文件烧录到开发板的Flash中。
软件开发的第一步就是用汇编语言编 写系统初始化部分的代码
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2005-8-10
ARM工作模式（一）
ARM的七种运行模式
1个专用的程序计数器 1个专用的当前程序状态寄存器 5个专用的程序状态保存寄存器 30个通用寄存器
每一种处理器模式可以访问
R0－r12寄存器 R13（堆栈指针，SP）和R14（连接寄存器） 程序计数器，r15（PC） 当前程序状态寄存器，cpsr
在特权模式下（除了系统模式）还可以访问
一个特殊的spsr（程序状态保存寄存器）
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2005-8-10
ARM介绍
ARM（Advanced RISC Machines）公司是1990年成 立的设计公司，它本身不生产芯片，只提供芯片设 计技术，由合作公司生产各具特色的芯片。如三星 公司的S3C44B0X，Intel公司的PXA255。
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2015/9/288源自ARM920T系统结构分析
ARM9TDMI处理器一个显著的特点是采用 指令和数据分离访问的方式，即采用了指令 缓存（I-Cache）和数据缓存（D-Cache）。 这样可以把指令访问和数据访问单独安排1级 流水线。
2015/9/28
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ARM9处理能力的提高是通过增加时钟频率和减少指令执行周期实 现的。 （1）时钟频率的提高 ARM9采用了五级流水线，而ARM7采用的是三级流水线，ARM9增 加的流水线设计提高了时钟频率和并行处理能力。五级流水线能够将各 条指令处理分配到5个时钟周期内，在每个时钟周期内同时有5条指令在 执行。在同样的加工工艺下，ARM9 TDMI处理器的时钟频率是ARM7 TDMI的2倍左右。 （2）指令周期的改进 指令周期的改进有助于处理器性能的提高。性能提高的幅度依赖于 代码执行时指令的重叠。 ① load指令和store指令 指令周期数改进最明显的是load指令和store指令。 ② 互锁(interlock)技术 当指令需要的数据因为以前的指令没有执行完，将产生管道互锁。管
操作系统的保护模式 指令或数据预取操作中止时的模 式，该模式下实现虚拟存储器或 存储器保护 当执行未定义的指令时进入该模 式 响应普通中断时的处理模式
未定义模式 IRQ模式
Und Irq
FIQ模式
Fiq
响应快速中断时的处理模式
2015/9/28
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处理器工作模式
ARM微处理器的运行模式可以通过软件改变，也可以通 过外部中断或异常处理改变。 大多数的应用程序运行在用户模式下，当处理器运行在 用户模式下时，某些被保护的系统资源是不能被访问的。 除用户模式以外，其余的6种模式称为非用户模式或特 权模式； 除去用户模式和系统模式以外的5种又称为异常模式， 常用于处理中断或异常，以及访问受保护的系统资源等情 况。

• 从编程者角度看ARM9有两种工作状态，并且 可相互切换
• ARM状态 ， 处理执行32位的ARM指令 字对 齐
• Thumb状态，处理执行16位的Thumb指令 半 字对齐
如果在1K的存储空间中，可以放32条ARM指令 ，就可以放64条Thumb指令，因此在存放 Thunb指令时，代码密度高
处理器 状态切换
▪将CPSR寄存器内容存入IRQ模式
的SPSR寄存器
程
序
▪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
寄 存 器
组
▪将跳转地址存入PC，实现跳转
图示进入异常过程
系统(用户)模式
简单的单周期指令，
软件完成 简 单 的 寻 址 模 式 ， 仅 允 许 LOAD 和 STORE指令存取内存，其它所有的操 作都基于寄存器到寄存器
寄存器数目 寄存器较少
寄存器较多
CISC VS RISC
ARM9TDMI
• Harvard架构
– 增加了可用的存储器宽度
指令存储器接口 数据存储器接口
与User模式的运行环境一样 但是它可以不受任何限制的访问任何资源 该模式主要用于运行系统中的一些特权任务
FIQ模式 IRQ模式 Supervisor模式 Abort模式 Undefined模式
异常模式：主要是在外部中断 或者程序执行非法操作时会触
发
ARM微处理器：寄存器
• ARM处理器有37个寄存器
哈佛结构
分开存储、独立编址、两倍带宽 、执行效率更高
指令集系统
嵌入式微处理器的指令系统可采用精简指令集系统RISC（Reduced Instruction Set Computer）或复杂指令集系统CISC（Complex Instruction Set Computer）