"北航嵌入式系统课件--第3章_ARM微处理器体系结构"
本节内容主要介绍了ARM微处理器体系结构,特别是针对ARM7TDMI架构的一些核心概念。ARM处理器是精简指令集(RISC)处理器的一种,以其高效、低成本和低能耗的特点被广泛应用在嵌入式系统中。
1. ARM公司概述
ARM公司成立于1991年,是一家总部位于英国剑桥的公司,专注于设计RISC处理器架构,而非生产芯片。ARM通过技术授权模式与合作伙伴合作,允许他们根据ARM架构设计并生产自己的处理器。这种方式使得ARM架构在各种不同的设备和应用中得以实现,覆盖了从手机到家用电器的各种市场。
2. ARM处理器结构
- **控制单元**:负责解析指令并协调处理器操作。
- **算术逻辑单元**:执行基本的算术和逻辑运算。
- **寄存器组**:包括一系列高速存储单元,如R0到R15,其中R15是程序计数器(PC),用于存储当前执行指令的地址。
3. 程序计数器R15(PC)
R15作为程序计数器,指向即将执行的指令地址。尽管它可视为一个通用寄存器,但其使用受到特定指令和处理器模式的限制。超出这些限制可能导致不可预测的结果。在不同处理器模式下,如用户模式、系统模式、管理模式、中止模式、未定义模式、中断模式和快中断模式,R15有不同的访问和功能。
4. 内部寄存器
ARM7TDMI的内部寄存器包括一系列通用寄存器(R0-R14)和特殊寄存器,如R13(堆栈指针SP)、R14(链接寄存器LR)和R15(程序计数器PC)。每个寄存器在不同处理器模式下可能有不同的用途,如R13在不同模式下有专用版本,用于保存上下文信息。
5. 程序状态寄存器
程序状态寄存器(CPSR)和备用程序状态寄存器(SPSR)存储处理器的状态信息,如标志位、中断禁止位等。在异常处理时,SPSR会保存CPSR的内容,以便恢复原执行环境。
6. 处理器模式和状态
ARM处理器有多种运行模式,每种模式对应不同的权限和功能,如用户模式(User)、系统模式(System)、管理模式(Supervisor)、中止模式(Abort)、未定义模式(Undefined)、中断模式(IRQ)和快中断模式(FIQ)。
7. 异常和中断
异常和中断是处理器响应外部事件的方式,如硬件故障、软件中断请求等。这些事件会导致处理器切换到不同的模式,处理完后返回原来的状态。
8. 存储器和存储器映射I/O
ARM处理器可以访问和操作内存,包括RAM、ROM等。存储器映射I/O是指将外设的接口地址映射到内存地址空间,允许处理器直接读写外设寄存器。
总结,本章内容深入探讨了ARM处理器的体系结构,包括其核心组件、寄存器、处理器模式以及异常处理机制,为理解ARM微处理器的工作原理提供了基础。对于学习嵌入式系统和ARM架构的人来说,这些都是至关重要的知识。