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ARM9基础知识（必记）
ARM9微处理器系列 ARM9系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特点： － 5级整数流水线，指令执行效率更高。 － 提供1.1MIPS/MHz的哈佛结构。 － 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。 － 支持32位的高速AMBA总线接口。 － 全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统。 － MPU支持实时操作系统。 － 支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力。大小都为16K。 ARM9系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数字摄像机等。 ARM9系列微处理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三种类型，以适用于不同的应用场合。 ARM920T =ARM9TDMI core plus cache and MMU ARM微处理器结构 1、 RISC体系结构：RISC结构优先选取使用频最高的简单指令，避免复杂指令 1、RISC体系结构应具有如下特点： － 采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有2～3种。 － 使用单周期指令，便于流水线操作执行。 － 大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/ 存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。 除此以外，ARM体系结构还采用了一些特别的技术，在保证高性能的前提下尽量缩小芯片的面积，并降低功耗： － 所有的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从而提高指令的执行效率。 － 可用加载/存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率。 － 可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理。 － 在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。 2、ARM微处理器的寄存器结构 ARM处理器共有37个寄存器，被分为若干个组（BANK），这些寄存器包括： － 31个通用寄存器，包括程序计数器（PC指针），均为32位的寄存器。 － 6个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态及程序的运行状态，均为32位，目前只使用了其中的一部分。 同时，ARM处理器又有7种不同的处理器模式，在每一种处理器模式下均有一组相应的寄存器与之对应。即在任意一种处理器模式下，可访问的寄存器包括15个通用寄存器（R0～R14）、一至二个状态寄存器和程序计数器。在所有的寄存器中，有些是在7种处理器模式下共用的同一个物理寄存器，而有些寄存器则是在不同的处理器模式下有不同的物理寄存器。 3、ARM微处理器的指令结构 ARM微处理器的在较新的体系结构中支持两种指令集：ARM指令集和Thumb指令集。其中，ARM指令为32位的长度，Thumb指令为16位长度。Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与等价的ARM代码相比较，可节省30％～40％以上的存储空间，同时具备32位代码的所有优点。 ARM微处理器的启动过程 1、Bootloader的启动：其一般要实现的功能如下： (1)初始化CPU速度、存储器、存储器配置寄存器以及串口等； (2)激活指令／数据Cache、建立堆栈指针、建立启动参数区、构造参数结构和标识列表； (3)通过上电自检，来识别存在哪些设备，并报告异常，提供对电源管理中休眠／恢复的支持； (4)跳转到内核起始处，系统启动。 ARM微处理器的工作状态 从编程的角度看，ARM一般有两种工作状态：ARM状态和Thumb状态。并可在两个状态之间随时切换。 ARM状态下，大多数指令都是有条件执行的；而Thumb状态下，只有分支指令是有条件执行的。 ARM体系结构的存储器结构 ARM体系结构可以用两种方式存储：大端格式和小端格式。最大寻址空间为4GB（232字节） 在big-endian格式中，对于地址为A的字单元其中字节单元由高位到低位字节顺序为A,A+1,A+2,A+3;这种存储器格式如下所示： 31 24 23 16 15 8 7 0 ------------------------------------------------------------------------------------ 字单元A | ------------------------------------------------------------------------------------ 半字单元A | 半字单元A+2 | ------------------------------------------------------------------------------------ 字节单元A | 字节单元A+1 | 字节单元A+2 | 字节单元A+3| ------------------------------------------------------------------------------------ 在little-endian格式中，对于地址为A的字单元由高位到低位字节顺序为A+3,A+2,A+1,A，这种存储格式如下所示 31 24 23 16 15 8 7 0 ---------------------------------------------------------------------------------- 字单元A | ---------------------------------------------------------------------------------- 半字单元A+2 | 半字单元A | ---------------------------------------------------------------------------------- 字节单元A+3 |字节单元A+2 | 字节单元A+1 | 字节单元A | ---------------------------------------------------------------------------------- 指令长度和数据类型 ARM处理器的指令长度可以是32位（ARM状态下），也可以是16位（Thumb状态下）。ARM处理器支持字节（8位）、半字（16位）、字（32位）三种数据类型。其中字需要4字节对齐（地址的低两位为0）、半字需要2字节对齐（地址的最低位为0）。 处理器模式 ARM微处理器支持7种运行模式： ――用户模式（usr） ――快速中断模式（fiq） ――外部中断模式（irq） ――管理模式（svc） ――数据访问中止模式（abt） ――系统模式（sys） ――未定义指令中止模式（und） ARM体系结构所支持的异常类型 复位、未定义指令、软件中断、指令预取中止、数据中止、IRQ（外部中断请求）、FIQ（快速中断请求）。 对中断的响应： 1、将下一条指令的地址存入相应连接寄存器LR，以便程序在处理异常返回时能从正确的位置重新开始执行。若异常是从ARM状态进入，LR寄存器中保存的是下一条指令的地址（当前PC＋4或PC＋8，与异常的类型有关）；若异常是从Thumb状态进入，则在LR中保存当前PC的偏移量。 2、将CPSR复制到相应的SPSR。 3、根据异常的类型，强制转换CPSR的运行模式位。 4、强制PC从相关的异常向量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。 各类异常的具体描述： FIQ异常是为了支持数据传输或者通道处理而设计的。 IRQ属于正常的中断请求。 ABORT意味着对存储器的访问失败 |
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