《嵌入式操作系统》第3章 ARM微处理器体系结构与指令集-教学课件（非AI生成）.pptx

第3章ARM微处理器体系结构

与指令集;主要内容;3.1ARM体系结构的特点;ARM微处理器的特点;3.2ARM处理器体系结构;嵌入式处理器的基本结构（1）;嵌入式处理器的基本结构（2）;嵌入式处理器的基本结构（2）;嵌入式处理器的基本结构（2）;3.2.1ARM处理器的工作状态;ARM微处理器：处理器工作状态;3.2.2寄存器组织;ARM微处理器：ARMState寄存器;1.ARM状态下的通用寄存器;未分组寄存器R0～R7;分组寄存器R8～R14;程序计数器PC(R15);3.ARM状态下的状态寄存器R16;CPSR;ARM微处理器：程序状态寄存器;ARM微处理器：程序状态寄存器;Thumb状态下的寄存器组织;两种状态下的寄存器组织的关系;;3.2.3ARM的工作模式;ARM微处理器：CPU模式;3.2.4流水线;1流水线的概念与原理;（4）将操作数进行组合以得到结果或存储器地址（ALU）；

（5）如果需要，则访问存储器以存储数据（mem）；

（6）将结果写回到寄存器堆（res）。;2流水线的分类;在ARM9TDMI中使用了典型的5级流水线，5级流水线包括下面的流水线级。

（1）取指令（fetch）：从存储器中取出指令，并将其放入指令流水线。

（3）译码（decode）：指令被译码，从寄存器堆中读取寄存器操作数。在寄存器堆中有3个操作数读端口，因此，大多数ARM指令能在1个周期内读取其操作数。;（3）执行（execute）：将其中1个操作数移位，并在ALU中产生结果。如果指令是Load或Store指令，则在ALU中计算存储器的地址。

（4）缓冲/数据（buffer/data）：如果需要则访问数据存储器，否则ALU只是简单地缓冲1个时钟周期。

（5）回写（write-back）：将指令的结果回写到寄存器堆，包括任何从寄存器读出的数据。;在ARM10中，将流水线的级数增加到6级，使系统的平均处理能力达到了1.3DMIPS/MHz。;图3-46级流水线指令的执行过程;3.2.5异常;1ARM体系结构所支持的异常类型;2异常优先级;3应用程序中的异常处理;异常向量;4对异常的响应;ARM微处理器：异常;5异常返回;6异常进入/退出时的指令;;第三章ARM体系结构与指令集;主要内容;ARM处理器的寻址方式;立即寻址指令中的操作码字段后面的地址码部分即是操作数本身，也就是说，数据就包含在指令当中，取出指令??就取出了可以立即使用的操作数(这样的数称为立即数)。立即寻址指令举例如下：

SUBS R0,R0,#1;R0减1，结果放入R0，并且影响标志位

MOV R0,#0xFF000;将立即数0xFF000装入R0寄存器

书写立即数时，要求以“＃”为前缀。

十六进制数，＃后加0x或,如#0x3f,#3f.

二进制数，＃后加0b,如#0b1011

十进制数，#后加0d或缺省，如#0d678,#789

;有效立即数问题;操作数的值在寄存器中，指令中的地址码字段指出的是寄存器编号，指令执行时直接取出寄存器值来操作。

寄存器寻址指令举例如下：

MOVR1,R2 ;将R2的值存入R1

SUBR0,R1,R2;将R1的值减去R2的值，结果保存到R0;寄存器移位寻址是ARM指令集特有的寻址方式。当第2个操作数是寄存器移位方式时，第2个寄存器操作数在与第1个操作数结合之前，选择进行移位操作。寄存器移位寻址指令举例如下：

MOV R0,R2,LSL#3;R2的值左移3位，结果放入R0， ;即是R0=R2×8

ANDS R1,R1,R2,LSLR3;R2的值左移R3位，然后和R1相 ;“与”操作，结果放入R1;第二操作数移位方式

LSL：逻辑左移，空出的最低有效位用0填充。

LSR：逻辑右移，空出的最高有效位用0填充。

;

ASL：算术左移，由于左移空出的有效位用0填充，因此它与LSL同义。

ASR：算术右移(ArithmeticShiftRight)。算术移位的对象是带符号数，移位过程中必须保持操作数的符号不变。如果源操作数是正数，空出的最高有效位用0填充，如果是负数用1填充。

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;ROR：循环右移(R