深入理解ARM嵌入式微处理器体系结构

"该资源是北京航空航天大学机器人研究所教授魏洪兴的一份关于ARM嵌入式微处理器体系结构的PPT课件，包含了嵌入式系统设计的基本概念、ARM架构的概览、编程模型以及异常处理等内容。" 本文将详细阐述ARM体系结构的关键知识点，以帮助读者理解这一广泛应用于现代电子设备中的32位微处理器。 首先，嵌入式微处理器是嵌入式系统的核心组件，负责执行系统的计算和控制任务。在32位嵌入式微处理器领域，ARM处理器占据主导地位，其独特的商业模式——授权IP给半导体制造商，使得各种定制化的ARM芯片得以广泛应用。 ARM体系结构概览： ARM（Advanced RISC Machines）是一种精简指令集计算机（RISC）架构，以其高效能、低功耗和灵活性著称。ARM架构有多个系列，如ARM7、ARM9、ARM11、Cortex-A、Cortex-R和Cortex-M等，覆盖从低功耗物联网设备到高性能服务器的各种应用。 ARM编程模型： - ARM处理器有两种主要的工作模式：ARM模式和 Thumb模式。ARM模式使用32位指令，而Thumb模式使用16位指令以提高代码密度。 - ARM处理器有多种状态，包括用户模式（User）、系统模式（System）、中断模式（IRQ）、快速中断模式（FIQ）、数据访问终止模式（ABT）和未定义指令模式（UND）。 - 指令集分为向量和非向量两种，前者用于处理批量数据，后者处理单个数据。 ARM异常处理： 在ARM体系结构中，异常是指处理器在执行过程中遇到的非正常情况，如中断、软件中断、数据访问错误等。异常处理机制使得系统能够有序地响应这些情况，通常涉及处理器状态的切换和异常服务例程的执行。 嵌入式处理器的评价指标： - 功耗：衡量处理器效率的重要标准，通常以每百万条指令（MIPS）消耗的功率（W）表示。 - 代码存储密度：RISC架构的指令长度固定，可能会导致代码长度增加，但可以通过优化指令集和使用压缩技术来改善。 - MIPS16和Thumb：ARM的Thumb指令集提供了一种16位的变体，以提高代码密度，而MIPS16是MIPS架构的一种紧凑模式，类似地减少了指令长度。 总结来说，ARM体系结构的详解涉及到其在嵌入式系统中的核心地位、基本设计原则、编程模型的复杂性和功耗优化策略。理解这些要点对于设计和开发基于ARM处理器的系统至关重要。