嵌入式系统复习关键点：中断、指令系统与ARM架构解析

"嵌入式复习点" 嵌入式系统是一种将计算机硬件和软件紧密结合的专用系统，主要用于特定的功能或应用。它与通用计算机不同，因为它的设计是针对特定任务优化的，通常需要高效能、低功耗和体积小巧。在嵌入式系统中，中断扮演着关键角色，它们使得系统能够及时响应外部事件，如传感器输入或定时器触发。 1. 中断系统： - 中断是嵌入式系统中处理突发事件的主要机制。当外部设备或者内部处理器状态发生需要立即处理的情况时，会触发中断，暂停当前执行的任务，转而执行相应的中断服务程序。 - 中断可以分为硬件中断和软件中断（如中断请求IRQ和快速中断FIQ）。 - 中断向量表存放了中断处理程序的地址，中断发生时，处理器会跳转到这个地址开始执行。 - 中断优先级管理确保了紧急事件优先处理，同时避免了中断嵌套过多导致的问题。 2. 指令系统： - ARM7是常见的嵌入式处理器架构，其指令集是基于RISC（精简指令集）设计的，特点是高效和低功耗。 - ARM7提供两种指令模式：32位ARM模式和16位Thumb模式。ARM模式提供更丰富的指令集，而Thumb模式则适合于节省代码空间。 - ARM7处理器速度可达到130 MIPS（每秒百万条指令），并具有良好的性能/功耗比。 - 它支持多种操作系统，如Windows CE、Linux和Palm OS，以及实时操作系统。 - 高级开发工具如EDA（电子设计自动化）和ICE-RT（嵌入式实时调试工具）用于ARM7的开发和调试。 3. ARM9处理器： - ARM9是ARM7的升级版，提供了更高的性能和更多的特性，例如支持MMU（内存管理单元）和MPU（内存保护单元）。 - ARM9支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集，以及AMBA（高级微控制器总线架构）接口，用于扩展外设。 - ARM9通常具有更高的主频和更高的MIPS值，以及增强的Cache和存储器管理功能。 4. 内存管理： - MMU用于实现虚拟地址和物理地址之间的映射，允许操作系统实现内存保护和动态内存分配。 - MPU提供简单的内存区域保护，防止程序意外访问非授权区域。 - Cache用于提高处理器访问内存的速度，通过缓存最近使用的数据减少主存访问次数。 - 存储器组织通常包括不同的寻址级别，如页表、段表等，以便精细控制内存访问。 5. 异常和中断处理： - 异常包括数据异常（如非法指令、地址对齐错误）和处理器异常（如SWI，系统调用）。 - 异常处理涉及异常向量表，保存异常处理程序的地址。 - R13、R14和R15寄存器在异常处理中各有特定用途，如R13作为堆栈指针，R14保存返回地址，R15是程序计数器。 总结来说，嵌入式系统复习涵盖了中断系统的基本概念和作用，以及ARM系列处理器（尤其是ARM7和ARM9）的指令集、性能特点、内存管理和异常处理机制。这些知识对于理解和设计嵌入式系统至关重要。