嵌入式系统RISC机器架构与指令集设计

嵌入式复习总结-xjtu 嵌入式系统是指将计算机系统集成到设备中，用于控制和监控设备的系统。该系统通常具有自主控制能力，能够独立完成一定的任务。嵌入式系统广泛应用于各种设备，如机器人、自动化控制系统、家电、汽车电子等。 本文将从RISC机特点、哈佛结构、工作模式等方面对嵌入式系统进行总结。 一、RISC机特点 RISC（Reduced Instruction Set Computing，缩减指令集计算）是一种计算机指令集架构。其特点是： 1. 指令系统中仅使用频率最高的一些简单指令，例如转移类指令只有一个B指令。 2. 指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少。 3. 只有取数LDR/存数STR两条指令可以访问存储器，其余指令的操作都在寄存器内完成。 从流水线角度看，RISC机采取流水线技术和超标量技术，使得大部分指令在一个时钟周期内完成。 二、哈佛结构 哈佛结构是指主存有两个或者主存一个但有两个Cache（ARM采用的一个专门放数据，一个专门放指令），这样流水线在执行过程中不会有太多资源相关问题。哈佛结构的目的是为了让数据和指令分开，配合流水线让流水线发挥最大的性能。 三、工作模式 ARM指令集有两种工作模式：ARM态（32位）和Thumb态（16位）。这两种模式可以根据需要选择，以达到缩短代码长度、提高代码密度、减少内存使用率的目的。 四、工作模式的切换 控制器可以通过CODE32/16来切换两种工作模式。设置两种操作状态，ARM态（32）和Thumb态（16），两种状态的切换是通过CODE32/16来切换。 五、指令的执行 在执行指令时，控制器已经知道是32位或者16位，但是两种指令的编码格式都不一样。因此，需要使用一个解码器将16位指令装换成32位，以便在真正执行的时候都是32位。 六、寄存器的使用 ARM指令集中设计了多个通用寄存器，共37个（X86只有4到8个）。这些寄存器可以根据需要进行分配，以减少寄存器的冲突。 七、七种工作模式 ARM指令集有七种工作模式，每种模式下都有其对应的寄存器和堆栈。当出现某种异常时，自动进入相应的模式，以减少寄存器的冲突。 嵌入式系统的设计需要考虑到RISC机特点、哈佛结构、工作模式等多方面的因素，以达到优化系统性能、缩短代码长度、提高代码密度、减少内存使用率的目的。