ARM9基礎(chǔ)知識詳解

ARM9WinCEWinCE1WinCEWinCE1基礎(chǔ)知識（必記）ARM9微處理器系列ARM9系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特點：－5級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。－提供1.1MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)。－支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。－支持32位的高速AMBA總線接口。－全性能的MMU，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。－MPU支持實時操作系統(tǒng)。－支持數(shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。大小都為16K。ARM9系列微處理器主要應用于無線設備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機頂盒、高端打印機、數(shù)字照相機和數(shù)字攝像機等。ARM9系列微處理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三種類型，以適用于不同的應用場合。ARM920T=ARM9TDMIcorepluscacheandMMUARM微處理器結(jié)構(gòu)1、RISC體系結(jié)構(gòu)：RISC結(jié)構(gòu)優(yōu)先選取使用頻最高的簡單指令，避免復雜指令1、RISC體系結(jié)構(gòu)應具有如下特點：－采用固定長度的指令格式，指令歸整、簡單、基本尋址方式有2～3種。－使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行。－大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對寄存器進行操作，只有加載/存儲指令可以訪問存儲器，以提高指令的執(zhí)行效率。除此以外，ARM體系結(jié)構(gòu)還采用了一些特別的技術(shù)，在保證高性能的前提下盡量縮小芯片的面積，并降低功耗：－所有的指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結(jié)果決定是否被執(zhí)行，從而提高指令的執(zhí)行效率。－可用加載/存儲指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。－可在一條數(shù)據(jù)處理指令中同時完成邏輯處理和移位處理。－在循環(huán)處理中使用地址的自動增減來提高運行效率。2、ARM微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)ARM處理器共有37個寄存器，被分為若干個組（BANK），這些寄存器包括：－31個通用寄存器，包括程序計數(shù)器（PC指針），均為32位的寄存器。－6個狀態(tài)寄存器，用以標識CPU的工作狀態(tài)及程序的運行狀態(tài)，均為32位，目前只使用了其中的一部分。同時，ARM處理器又有7種不同的處理器模式，在每一種處理器模式下均有一組相應的寄存器與之對應。即在任意一種處理器模式下，可訪問的寄存器包括15個通用寄存器（R0～R14）、一至二個狀態(tài)寄存器和程序計數(shù)器。在所有的寄存器中，有些是在7種處理器模式下共用的同一個物理寄存器，而有些寄存器則是在不同的處理器模式下有不同的物理寄存器。3、ARM微處理器的指令結(jié)構(gòu)ARM微處理器的在較新的體系結(jié)構(gòu)中支持兩種指令集：ARM指令集和Thumb指令集。其中，ARM指令為32位的長度，Thumb指令為16位長度。Thumb指令集為ARM指令集的功能子集，但與等價的ARM代碼相比較，可節(jié)省30％～40％以上的存儲空間，同時具備32位代碼的所有優(yōu)點。ARM微處理器的啟動過程1、Bootloader的啟動：其一般要實現(xiàn)的功能如下：(1)初始化CPU速度、存儲器、存儲器配置寄存器以及串口等；(2)激活指令／數(shù)據(jù)Cache、建立堆棧指針、建立啟動參數(shù)區(qū)、構(gòu)造參數(shù)結(jié)構(gòu)和標識列表；(3)通過上電自檢，來識別存在哪些設備，并報告異常，提供對電源管理中休眠／恢復的支持；(4)跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核起始處，系統(tǒng)啟動。ARM微處理器的工作狀態(tài)從編程的角度看，ARM一般有兩種工作狀態(tài)：ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài)。并可在兩個狀態(tài)之間隨時切換。ARM狀態(tài)下，大多數(shù)指令都是有條件執(zhí)行的；而Thumb狀態(tài)下，只有分支指令是有條件執(zhí)行的。ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲器結(jié)構(gòu)ARM體系結(jié)構(gòu)可以用兩種方式存儲：大端格式和小端格式。最大尋址空間為4GB（232字節(jié)）在big-endian格式中，對于地址為A的字單元其中字節(jié)單元由高位到低位字節(jié)順序為A,A+1,A+2,A+3;這種存儲器格式如下所示：3124231615870------------------------------------------------------------------------------------字單元A|------------------------------------------------------------------------------------半字單元A|半字單元A+2|------------------------------------------------------------------------------------字節(jié)單元A|字節(jié)單元A+1|字節(jié)單元A+2|字節(jié)單元A+3|------------------------------------------------------------------------------------在little-endian格式中，對于地址為A的字單元由高位到低位字節(jié)順序為A+3,A+2,A+1,A，這種存儲格式如下所示3124231615870----------------------------------------------------------------------------------字單元A|----------------------------------------------------------------------------------半字單元A+2|半字單元A|----------------------------------------------------------------------------------字節(jié)單元A+3|字節(jié)單元A+2|字節(jié)單元A+1|字節(jié)單元A|----------------------------------------------------------------------------------指令長度和數(shù)據(jù)類型ARM處理器的指令長度可以是32位（ARM狀態(tài)下），也可以是16位（Thumb狀態(tài)下）。ARM處理器支持字節(jié)（8位）、半字（16位）、字（32位）三種數(shù)據(jù)類型。其中字需要4字節(jié)對齊（地址的低兩位為0）、半字需要2字節(jié)對齊（地址的最低位為0）。處理器模式ARM微處理器支持7種運行模式：――用戶模式（usr）――快速中斷模式（fiq）――外部中斷模式（irq）――管理模式（svc）――數(shù)據(jù)訪問中止模式（abt）――系統(tǒng)模式（sys）――未定義指令中止模式（und）ARM體系結(jié)構(gòu)所支持的異常類型復位、未定義指令、軟件中斷、指令預取中止、數(shù)據(jù)中止、IRQ（外部中斷請求）、FIQ（快速中斷請求）。對中斷的響應：1、將下一條指令的地址存入相應連接寄存器LR，以便程序在處理異常返回時能從正確的位置重新開始執(zhí)行。若異常是從ARM狀態(tài)進入，LR寄存器中保存的是下一條指令的地址（當前PC＋4或PC＋8，與異常的類型有關(guān)）；若異常是從Thumb狀態(tài)進入，則在LR中保存當前