arm体系结构市公开课一等奖省赛课获奖课件

微机原理与嵌入式系统主讲李宥谋Email:lym@TEL安邮电学院计算机系嵌入式教研室.2arm体系结构第1页微机原理与嵌入式系统赵全良等编著西安电子科技大学出版社高等学校计算机类专业系列教材教材参考书周立功，ARM嵌入式基础教程王忠民，微型计算机原理arm体系结构第2页

《ARM嵌入式系统试验教程》

周立功等编写（北京航空航天大学出版社）试验地点：计算机学院嵌入式试验室（2#试验楼3层）试验指导计划课时：64课时其中：讲课56课时：试验8课时，其中ADS环境2课时，ARM汇编2课时，GPIO、定时器等6课时课内外百分比：课内1：课外>1课程安排arm体系结构第3页考评要求考试成绩（课堂教学内容）

70％上机成绩（上机出勤及编程情况）

15％平时成绩（上课出勤及作业等学习情况）

15％

arm体系结构第4页预备铃响后必须进教室；迟到学生坐在第一排；

旷课4次平时分扣为零分；

着装得体，不得穿拖鞋、背心进教室；

不准在教室吃东西，值日生要擦黑板。

按时完成作业。

课堂要求arm体系结构第5页微机原理与嵌入式系统-课程介绍微机：IBMPC系列机原理：组成及机构嵌入式：ARM系列体系结构

ARM7指令集及汇编程序设计硬件－－接口电路原理软件－－接口编程方法接口技术：arm体系结构第6页微机原理及嵌入式系统-网站资源钱晓捷之微服网/qwfw微机原理远程教学0/caicomputer/周立功单片机/home.aspARM企业网站/arm体系结构第7页微机原理及嵌入式系统-课程特点专业技术基础课硬件系列课程之一计算机组成原理微机原理及接口技术嵌入式系统计算机体系结构指定选修课以技术为主面向应用软硬件相结合课程特点arm体系结构第8页微机原理及嵌入式系统-先修课程计算机文化课基础(全方面了解)数字逻辑提供硬件基础计算机组成原理确立计算机部件功效掌握计算机工作原理高级语言程序设计熟悉C语言程序设计方法掌握基本程序设计思想先修课程arm体系结构第9页第1章计算机系统概述1.微型计算机基础2.计算机中数制和编码3.嵌入式系统概述arm体系结构第10页第1节微机计算机基础主要内容:计算机发展概述微型计算机系统组成微型计算机硬件系统I/O接口与输入输出设备微型计算机工作过程arm体系结构第11页1.1引言

1.什么是计算机？ 计算机是一个设备（机器）由各种电子器件组成设备（故也称为电子计算机）能够自动、高速、准确地进行算术运算、逻辑控制和信息处理设备当代化高科技设备arm体系结构第12页2.计算机应用范围概括起来说，计算机主要用于科学计算、信息（数据）处理和过程控制等领域。科学计算特点：①采取高级语言编程；②时间不会影响结果有效性；③不需要专门输入输出设备。arm体系结构第13页

信息处理和过程控制特点：①采取高级语言和汇编语言编程，并要求有较高程序设计能力；②对系统实时性要求很高；③需要专门输入和输出设备。arm体系结构第14页1.2计算机发展概述

1.计算机发展计算机发展依赖于电子技术，尤其是微电子技术发展。

(1)计算机从诞生至今已经历了四代，现在正在开发第五代： ①电子管计算机 ②晶体管计算机 ③集成电路计算机 ④大规模、超大规模集成电路计算机arm体系结构第15页2.计算机发展趋势朝两个方向：①巨型机:每秒上亿次(容量大，速度快)②微型机:台式机、笔记本机、单板机、单片机、掌上机等（易普及，应用广）

3.微型计算机是由微处理器（CPU）、存放器、I/O接口电路组成计算机。其关键是微处理器，也称CPU。它发展几乎每两年翻一番。当前已经到了第五代：arm体系结构第16页 ①4位或低级8位微处理器

Intel4004或8008CPU ②中高档8位微处理器

Intel8080CPU ③16位高档微处理器

Intel8086、80286 ④32位高档微处理器

Intel80386、80486 ⑤64位高档微处理器

Intel80586(Pentium)、PowerPCarm体系结构第17页1.3微型计算机系统组成

怎样认识计算机系统：从不一样角度所看到计算机系统属性是不一样。主要观察角度包含：

应用程序员系统程序员硬件设计人员对计算机系统认识通常只需要在某一个层次上。计算机系统层次结构：计算机系统可分为6个层次

第3级至第6级由软件实现,称为虚拟机arm体系结构第18页计算机系统层次结构arm体系结构第19页

微型计算机系统组成：由硬件和软件组成，如图1.1所表示。运算器（ALU）控制器（CU）存放器阵列（RA）RAM、ROM、EPROME2PROM、Cache等输入设备（键盘、鼠标等）输出设备（显示器、打印机等）外存放器（软驱、硬盘、光盘等）系统软件用户软件(应用软件)主机外围设备硬件软件微型计算机系统输入/输出(I/O)接口电路内存放器微处理器（CPU）图1.1微型计算机系统组成arm体系结构第20页

1.硬件硬件是计算机工作载体，是由各种电子器件组成设备。主要包含微处理器、存放器和输入／输出设备及其接口电路。如图1.2所表示。图1.2微型计算机硬件系统组成运算器控制器存储器外存放器I/O设备输入输出接口电路I/O命令CPU芯片主机取指令/存取操作数命令取指令/存取操作数结果输出读入指令/数据I/O子系统……arm体系结构第21页 2.软件 所谓软件，就是为了管理、维护计算机以及为完成用户某种特定任务而编写各种程序总和。软件可分为系统软件和用户软件。 用户软件：也称应用软件。是指用户为处理各种实际问题而编写程序。 系统软件：是指不需要用户干预，为其它程序开发、调试以及运行等建立一个良好环境程序。系统软件又包含操作系统OS(OperatingSystem)和系统应用程序。arm体系结构第22页

操作系统：用于提供人机接口和管理、调度计算机全部硬件和软件资源。其中最为主要关键部分是常驻监控程序(BIOS)。另外还包含I/O驱动程序和文件管理程序等。

系统应用程序：为用户程序提供支持系统程序。系统应用程序很多，如： ①各种高级语言编译解释程序；②汇编程序；③诊疗和和调试程序；④文字处理程序；⑤服务性工具程序；⑥数据库管理程序等。arm体系结构第23页1.4微型计算机硬件系统

1.微型计算机系统组成 到当前为止，计算机仍沿用1940年由冯·诺依曼首先提出体系结构。其基本设计思想为： ①以二进制形式表示指令和数据。(电子数字计算机) ②程序和数据事先存放在存放器中，计算机在工作时能够自动地、高速地从存放器中取出指令并加以执行。 ③由运算器、控制器、存放器、输入设备和输出设备等五大部件组成计算机系统。arm体系结构第24页

简单地讲，就是：①系统组成——五大部件②工作方式——程序控制③信息形式——二进制数 微型计算机体系结构特点之一是采取了总线结构，经过总线将微处理器、存放器、I/O接口电路连接起来，而输入/输出设备则是经过I/O接口实现微机信息交换，如图1.3所表示。arm体系结构第25页输出设备输入设备定时电路(CPU)RAMROMI/O接口地址总线(AB)数据总线(DB)控制总线(CB)图1.3微型计算机硬件系统结构微处理器arm体系结构第26页

所谓总线，是计算机中各功效部件间传递信息公共通道。依据所传送信息类型不一样，总线分为三种：①地址总线AD（AddressBus）： 单向，由CPU发出到存放器或I/O端口。②数据总线DB（DataBus）：双向，由CPU送出或送往CPU。③控制总线CB（ControlBus）：整体双向，个体单向，传送方向固定。arm体系结构第27页

2.微处理器 微处理器由运算器(ALU)、控制器(CU)、和存放器阵列(RA)三部分组成，如图1.4所表示。图1.4微处理器结构PCRAARDRIRIDPLA标志存放器A…至外部CU微处理器（CPU）内部数据总线DB4001HE7H4002H34H4003HA5H4004H62H4005H38H地址单元内容外部AB外部DBALUarm体系结构第28页(1)运算器 运算器又称算术逻辑单元(ALU，ArithmeticLogicUnit)，用来进行算术或逻辑运算以及多位循环等操作。

(2)控制器 控制器又称控制单元(CU，ControlUnit)，是全机指挥控制中心。它负责把指令逐条从存放器中取出，经译码分析后向全机发出取数、执行、存数等控制命令，以确保正确完成程序所要求功效。它应包含：arm体系结构第29页①指令存放器IR(InstructionRegister)：用来存放从存放器取出将要执行指令码。②指令译码器ID(InstructionDecoder)：用来对指令存放器IR中指令操作码字段(指令中用来说明指令功效字段)进行译码，以确定该指令应执行什么操作。③可编程逻辑阵列PLA(ProgrammableLogicArray)：用来产生取指令和执行指令所需要各种微操作控制信号，并经过控制总线CB送往相关部件，从而使计算机完成对应操作。arm体系结构第30页(3)内部存放器阵列

存放器阵列RA(RegisterArray)实际上相当于微处理器内部RAM。微处理器内部存放器有以下作用：○可防止频繁访问存放器○缩短指令长度和指令执行时间○提升机器运行速度○方便程序设计

即使不一样计算机CPU中其RA会有所不一样，但普通最少要有以下几个存放器。arm体系结构第31页①程序计数器PC(ProgramCounter)：程序计数器有时也被称为指令指针IP(InstructionPointer)。它被用来存放下一条要执行指令所在存放单元地址。②地址存放器AR(AddressRegister)：地址存放器用来存放正要取出指令地址或操作数地址。③数据缓冲存放器DR(DataRegister)：数据缓冲存放器用来暂时存放指令或数据。arm体系结构第32页④指令存放器IR(InstructionRegister)：指令存放器用来保留从存放器取出将要执行指令码，方便指令译码器对其操作码字段进行译码，产生执行该指令所需微操作命令。

⑤累加器A(Accumulator)：累加器是使用最频繁一个存放器。在执行算术逻辑运算时，它用来存放一个操作数，而运算结果通常又放回累加器，其中原有信息随即被破坏。所以，顾名思义，累加器是用来暂时存放ALU运算结果。arm体系结构第33页⑥标志存放器FLAGS(FlagRegister)：标志存放器有时也称为程序状态字PSW(ProgramStatusWord)。它用来存放执行算术运算指令、逻辑运算指令或测试指令后建立各种状态信息以及对CPU操作进行控制控制信息。

3.存放器这里讲存放器是指内存放器(由称为主存或内存)。它是微型计算机存放装置和记忆装置，用来存放指令、原始数据、中间结果和最终止果。arm体系结构第34页 (1)基本概念 ①位：二进制信息最小单位。 ②字节：由8位二进制数组成,能够存放在一个存放单元中。字节是字基本组成单位。 ③字：计算机中作为一个整体来处理和运算一组二进制数，是字节整数倍。 ④字长：每个字包含位数称为计算机字长。 ⑤存放单元地址：每个存放单元编号称为存放单元地址。 ⑥存放容量：内存中存放单元总数。arm体系结构第35页 (2)内存操作

CPU对内存操作有两种：读或写。 ①读操作：是CPU将内存单元内容读入CPU内部。（非破坏性操作） ②写操作：是CPU将其内部信息送到内存单元保留起来。（破坏性操作） 操作过程： ①CPU给出地址信息（地址信息→AR→AB→译码→选中存放单元） ②CPU发“读”或“写”控制信号 ③取出或存入数据arm体系结构第36页来自CPU写信号来自CPU读信号00H

取出：内存单元数据→DB→DR→CPU内部；存入：CPU内部→DR→DB→内存单元数据。10101101B00011010B10111010B00100010B01H90HFFH…………ABDB10010000B10111010B地址内容地址译码器00H10101101B00011010B00000000B00100010B01H90HFFH…………ABDB10010000B00000000B地址内容地址译码器存放器读操作存放器写操作arm体系结构第37页

(3)存放器分类 按工作方式，内存可分为两大类：随机读写存放器和只读存放器。 ①随机读写存放器RAM（RandomAccessMemory） 作用：存放用户程序,数据,部分系统程序。 特点：可随机读写,但断电后,内容丢失。 ②只读存放器ROM（ReadOnlyMemory） 作用：存放永久性程序和数据,系统引导程序,监控程序及操作系统中I/O管理程序等。 特点：只能读不能写,但断电后内容不丢。arm体系结构第38页

4.I/O接口与输入输出设备

I/O接口是微机与输入输出设备之间信息交换桥梁。不一样外设必须经过不一样I/O接口才能与微机相连。

(1)惯用外设有：①输入设备：键盘,鼠标,扫描仪,光驱等。②输出设备：显示器,打印机,绘图仪等。

(2)外设种类有：机械式、电子式、机电式、光电式等。（速度问题）

(3)外设信号有：数字量、模拟量、开关量等。（信号问题）arm体系结构第39页 (4)计算机是电子设备，采取是数字信号。所以，要处理计算机和外设之间速度和信号之间问题，就需要在它们之间有一个设备来实现速度匹配和信号变换，这就是I/O接口电路。接口作用：处理计算机和外设之间速度匹配和信号变换问题。arm体系结构第40页

五、微型计算机工作过程 微型计算机工作就是运行程序，经过逐条地从存放器中取出指令并执行指令要求操作来实现某种特定功效，所以，软件是微型计算机系统不可缺乏组成部分。表1.1完成“6+5”操作机器语言程序和汇编语言程序内存单元地址

机器语言程序

汇编语言程序指令功效说明00H01H1011000100000110MOVA,06H

双字节指令。将数字6送累加器A02H03H0000100000000101ADDA,05H双字节指令。将数字5与累加器A中内容相加，结果存放在累加器A中04H11111110HLT

停机指令arm体系结构第41页

表1.1为在模型机（8位机）上完成“6+5”操作所需机器语言程序和汇编语言程序已由输入设备存放到内存中，如图1.5所表示。下面深入说明微机内部执行该程序详细操作过程。开始执行程序时，首先将第一条指令首地址0000H送程序计数器PC，然后就进入第一条指令取指阶段，其操作过程如图1.5所表示。接着进入第一条指令执行阶段，如图1.6所表示。对图示操作过程详细说明参考教材P11和P12。arm体系结构第42页图1.5取第一条指令操作过程示意图00000000RA000000001011000110110001IDPLA标志存放器A…至外部CB微处理器（CPU）内部数据总线DB00H1011000101H0000011002H0000100003H0000010104H11111110地址单元内容外部AB外部DBALUPC+1CPU发出读命令存放器①②③④⑤⑥⑦PCARDRIRarm体系结构第43页图1.6执行第一条指令操作过程示意图00000001RA000000010000011010110001IDPLA标志存放器00000110…至外部CB微处理器（CPU）内部数据总线DB地址单元内容外部AB外部DBALUPC+1CPU发出读命令存放器①②③④⑤⑥⑦APCARDRIR00H1011000101H0000011002H0000100003H0000010104H11111110arm体系结构第44页

此时，程序计数器PC值为0002H，指向第二条指令在存放器中首地址，计算机再次重复取指令和执行指令过程，完成第二条指令执行。这么周而复始地循环，直到碰到暂停指令为止。arm体系结构第45页六硬件实例16位PC机32位PC机基本部件相同arm体系结构第46页世界上第一台计算机ENIACarm体系结构第47页Intel4004和采取4004计算器arm体系结构第48页Apple微型计算机Apple-IApple-IIarm体系结构第49页IBMPC系列机8088CPUIBMPC机IBMPC/AT机IBMPC/XT机返回arm体系结构第50页80386Pentium英特尔微处理器芯片返回arm体系结构第51页第2节计算机中数制和编码主要内容:无符号数表示和运算带符号数表示和运算信息编码arm体系结构第52页2.1无符号数表示和运算

在计算机中，不但数据是以二进制形式表示，字母、符号、图形、汉字以及指令等都是以二进制形式表示。一、无符号数表示及运算

1.无符号数表示方法在计算机中对于无符号数分为二进制数、十进制数和十六进制数等。普通来说，任一无符号数可用多项式表示为：

arm体系结构第53页NR

=kiRi

R

为基数，表示R

进制(如R＝2，10，16分别表示二进制，十进制，十六进制等)i为位序号m为小数部分位数n为整数部分位数ki为第i位上数值，能够是0，1，2，……，R-1共R个数字符号中任一个Ri为第i位权NR＝kn-1Rn-1+kn-2Rn-2++k1R1k0R0+k-1R-1＋＋

k-(m-1)R-(m-1)+k-mR-marm体系结构第54页

2.各种数制相互转换①任意进制数转换为十进制数方法很简单，只要按其进制多项式各位按权展开求和即可。例2.1将二进制数1101.11转换十进制数。

(1101.11)2=123+122+021+120+12-1+12-2

=23+22+20+2-1+2-2=8+4+1+0.5+0.25=(13.75)10②十进制数转换为任意进制数方法采取。除R取余法（整数部分）乘R取整法（小数部分）。arm体系结构第55页

例2.2将十进制数25.6875转换为二进制数和十六进制数。

225取余：10.6875×2＝1.375取整：1212取余：00.375×2＝0.75取整：026取余：00.75×2＝1.5取整：123取余：10.5×2＝1.0取整：121取余：10

1625取余：90.6875×16＝11.0取整：11（B）

161取余：1

025.6875=19.BH

故25.6875对应二进制数为11001.1011B。十六进制数为19.BH（注：箭头为取数方向。）111110010.Barm体系结构第56页③十六进制和二进制之间转换是非常简单，只要按4位二进制数对应转换即可。方法是以小数点为界，整数部分自右至左，小数部分自左至右分组，二进制转换为十六进制，4位为一组，不足时补0。 例2.3将二进制数1101110.01011B转换为十六进制数，将十六进制数3F.1BH转换成二进制数。【解】1101110.11011B＝0110,1110.1101,1000B＝6E.D8H3F.1CH=0011,1111.0001,1100B=111111.000111Barm体系结构第57页3.二进制数运算

(1)算术运算规则加：0＋0＝01＋0＝10＋1＝11＋1＝0（有进位）减：0－0＝01－1＝01－0＝10－1＝1（有借位）乘：0×0＝01×1＝11×0＝00×1＝0

除：1÷1＝10÷1＝0 arm体系结构第58页(2)逻辑运算规则

“与”（AND）：

0∧0＝00∧1＝01∧0＝01∧1＝1

“或”（OR）：

0∨0＝00∨1＝11∨0＝11∨1＝1

“非”（NOT）：0＝1 1＝0

“异或”（XOR）：

0⊕0＝00⊕1＝11⊕0＝1 1⊕1＝0arm体系结构第59页2.2带符号数表示及运算

1.机器数与真值通常，把一个数及其符号位在机器中一组二进制数表示形式称为“机器数”。机器数所表示值称为机器数“真值”。

2.机器数表示方法 在计算机中对于带符号数是采取二进制编码（机器数）方法表示。也即将其数符号（正负号）用一位二进制数来表示，（“0”表示正，“1”表示负），放在最高位。其数值用二进制数表示。arm体系结构第60页

带符号数二进制编码有三种方法：原码表示法、反码表示法和补码表示法。 ①原码定义：假设字长为n，则

X 0≤X＜2n-1

；X为正数

2n-1－X－2n-1＜X≤0 ；X为负数 ②反码定义：假设字长为n，则

X 0≤X＜2n-1

；X为正数

2n－1＋X －2n-1≤X＜0 ；X为负数 ③补码定义：假设字长为n，则

X 0≤X＜2n-1

；X为正数

2n＋X －2n-1≤X＜0 ；X为负数[X]原＝[X]反＝[X]补＝arm体系结构第61页

由上可知,正数原码、反码和补码表示是相同,而其负数原码、反码和补码是有区分，补码等于反码加1。

例2.4求X＝－5原码，反码和补码。

【解】设字长n为8，则

[X]原＝2n-1－X＝27－(-5)=128＋5

＝10000000B＋101B＝10000101B [X]反＝2n－1＋X＝28－1＋(-5)＝255－5

＝11111111B－101B＝11111010B [X]补＝2n＋X＝28＋(-5)＝256－5

＝100000000B－101B＝11111011Barm体系结构第62页

3.补码运算当前，计算机中通惯用补码进行带符号数运算。补码运算规则为：①[X]补±[Y]补＝[X±Y]补 两数补码和或差等于两数和或差补码②[[X]补]补＝[X]原补码再求补等于原码

4.溢出及其判断方法

(1)进位与溢出arm体系结构第63页

进位：用来判断无符号数运算结果是否超出了计算机所能表示最大范围，是指运算结果最高位向更高位进位。 溢出：用来判断带符号数运算结果是否超出了计算机补码所能表示范围，是指带符号数补码运算结果溢出。

(2)溢出判断方法 判断溢出方法很多，惯用有：arm体系结构第64页 ①观察法：经过观察参加运算两数符号及运算结果符号进行判断，仅适合用于手工运算。 ②双符号位法：经过运算结果两个符号位状态来判断结果是否溢出。 ③单符号位法：经过符号位和数值部分最高位进位状态来判断结果是否溢出。（也称双高位法）arm体系结构第65页

当两个带符号二进制数进行补码运算时，若运算结果绝对值超出运算装置容量，数值部分便会发生溢出，占据符号位位置，从而引发计算错误。这和补码运算过程中正常溢出（符号位进位）性质上是不一样。所以，微型计算机中判断带符号数补码运算溢出采取双高位进位判别法。假设用OF表示溢出，用Cs表示最高为（符号位）进位，用Cp表示次高为（数值部分最高位）进位，则有

OF＝Cs∨Cp(或OF＝Cs⊕Cp)arm体系结构第66页

若OF＝1说明结果溢出；若OF＝0说明结果不溢出。也就是说，当符号位和数值部分最高位同时有进位或同时无进位时，结果没有溢出，不然，结果溢出。

例2.5设有两个操作数x＝01000100B，y＝01001000B，将这两个操作数送运算器做加法运算，试问： ①若为无符号数，计算结果是否正确？ ②若为带符号数，计算结果是否正确？arm体系结构第67页 【解】 ∵无符号数带符号数

01000100 68 [+68]补 ＋ 01001000＋ 72＋ [+72]补

10001100140 [+140]补

Cp=1Cs=0∴①若为无符号数，因为Cs＝0(最高位向更高位进位)，说明结果未超出8位无符号数所能表示数值范围（0255），计算结果10001100B其真值为140，计算结果正确。arm体系结构第68页②若为带符号数补码，因为Cs⊕Cp＝1，结果溢出，运算结果不正确。其实不难看出，两个正数相加结果为负数，结果必定不正确；原因是：+68和+72两补码之和应为+140补码，而8位带符号补码所能表示数值范围为-128+127，结果超出该范围，溢出，所以结果是错误。

例2.6

设有两个操作数x=lllOlllOB，y=l1001000B，将这两个操作数送运算器做加法运算，试问：①

若为无符号数，计算结果是否正确?②若为带符号补码数，计算结果是否溢出?arm体系结构第69页【解】无符号数带符号数

11101110238[－18]补＋11001000＋200＋[－56]补自动丢失←110110110438[－74]补

Cp=1Cs=1

①若为无符号数，因为Cs=1，说明结果超出8位无符号数所能表示数值范围(0255)。两操作数lllOlllOB和11001000B对应无符号数分别为238和200，两数之和应为438>255，所以，计算结果是错误。arm体系结构第70页②若为带符号数补码，因为Cs⊕Cp＝0，结果未溢出。两操作数lll01110B和11001000B分别为－18和－56补码，其结果应为－74补码形式，而计算结果10110110B正是-74补码，所以结果正确。arm体系结构第71页2.3信息编码信息编码是计算机在进行人机交换信息时用到信息（如数字、字母、符号等）二进制编码。在计算机中惯用信息编码有两种：BCD码和ASCII码。

1.BCD编码（二进制编码十进制数）

BCD码是用二进制编码表示十进制数（Binary-CodedDecimal）。BCD码可分为两种：压缩型BCD码和非压缩型BCD码。arm体系结构第72页①压缩型BCD码：是用一个字节表示两位十进制数(每个十进制数用4个二进制数表示)；②非压缩型BCD码是用一个字节表示一位十进制数（一位十进制数占用低4位二进制数，高4位二进制数为0）。例2.7十进制数与BCD数相互转换①将十进制数69.81转换为压缩型BCD数：

69.81＝(01101001.10000001)BCD②将BCD数10001001.01101001转换为十进制数：

(10001001.01101001)BCD＝89.69arm体系结构第73页例2.8

用BCD码求38＋49＝？

【解】∵ 0011100038BCD码 ＋ 0100100149BCD码

1000000181BCD码（结果不对） ＋ 0000011006BCD码（修正码）

1000011187BCD码（结果正确） ∴38＋49＝87

犯错原因：十进制数相加是“逢十进一”，而4位二进制数相加相当于十六进制数相加是“逢十六进一”所以当相加结果超出9时将比正确结果少6，所以结果犯错。

arm体系结构第74页

处理方法：对二进制加法运算结果采取“加6修正”，从而将二进制加法运算结果修正为BCD码加法运算结果。修正标准：①

假如两位BCD码运算结果大于9且小于16，则进行加6修正，若小于9，则不修正；②

假如两位BCD码运算结果向高位有进位（即大于或等于16），则进行加6修正。arm体系结构第75页

2.ASCII字符编码

ASCII码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange—美国家标准准信息交换码）：是用一个字节来表示一个字符，采取7位二进制代码来对字符进行编码，最高为普通为0。7位二进制代码能表示27＝128种不一样字符，其中包含数字（09），英文大小写字母，标点符号及控制字符等，见教材P28表2.3。

arm体系结构第76页本章重点和难点分析

本章重点和难点在于掌握数值转换及补码运算。

一、数制转换数制转换重点要掌握十进制数转换为二进制数方法，其转换普通用除2取余法（整数部分）和乘2取整法（小数部分）。除了上述方法外，在实际应用过程中，还有一个称为拼凑方法。拼凑法：由该转换数最大2倍数逐步相减，并把逐步相减所统计最大2倍数按其权值排列。arm体系结构第77页

二、补码加减运算及溢出判断补码加减运算特点是符号位一同参加运算。作减法时，可将减数变补与被减数相加来实现。运算时要注意字长、数值范围及溢出判断。普通只有在同号相加或异号相减时，才可能产生溢出。arm体系结构第78页1.嵌入式系统2.嵌入式系统组成3.嵌入式处理器4.嵌入式操作系统第三节嵌入式系统概述arm体系结构第79页1.1嵌入式系统1.1.1现实中嵌入式系统嵌入式系统应用：工业自动化、国防、运输和航天领域。

比如神州飞船和长征火箭中嵌入式系统，导弹制导系统中嵌入式系统，高档汽车中也有多达几十个嵌入式系统。

在日常生活中，几乎全部带有一点“智能”家电（全自动洗衣机、电脑电饭煲…）都是嵌入式系统。嵌入式系统广泛适应能力和多样性，使得视听、工作场所甚至健身设备中处处都有嵌入式系统。

嵌入式系统诞生于微型计算机时代，随其诞生当代计算机领域中出现了通用计算机与嵌入式计算机两大分支。通用计算机：按照高速、海量技术发展；

嵌入式计算机系统：则为满足对象系统嵌入式智能化控制要求发展。arm体系结构第80页现实中嵌入式系统arm体系结构第81页

嵌入式技术无处不在处理文档、进行工作管理和生产控制计算机嵌入式技术电子产品，如：MP3、PDA、手机、智能玩具，网络家电、智能家电、车载电子设备等在工业和服务领域中，大量嵌入式技术也已经应用于工业控制、数控机床、智能工具、工业机器人、服务机器人等各个行业，正在逐步改变着传统工业生产和服务方式arm体系结构第82页嵌入式系统示例——汽车控制系统arm体系结构第83页马达控制器车灯嵌入式系统示例——汽车控制系统尾灯控制系统后车门控制系统前车门控制系统座椅控制系统发动器控制系统全部控制系统都是一个完整嵌入式系统arm体系结构第84页消费电子嵌入式应用信息家电智能玩具军事电子通信设备移动存贮工控设备智能仪表汽车电子网络设备工业军事国防电子商务网络嵌入式系统应用领域arm体系结构第85页工业控制、工业设备过去在工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统等方面，大部分低端型设备主要采取是８位单片机。

伴随技术发展，当前许多设备除了进行实时控制，还须将设备状态，传感器信息等在显示器上实时显示。

需要性能更高控制系统。arm体系结构第86页嵌入式系统应用领域－信息家电信息家电将成为嵌入式系统最大应用领域。只有按钮、开关电器显然已经不能满足人们日常需求。含有用户界面，能远程控制，智能管理电器是未来发展趋势，如冰箱、空调等网络化、智能化等。arm体系结构第87页嵌入式系统应用领域－消费类电子arm体系结构第88页消费类电子—智能玩具、手持通讯关键arm体系结构第89页智能玩具与机器人arm体系结构第90页交通管理、环境监测交通管理在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，当前GPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓家庭水文资料实时监测，防洪体系及水土质量监测、堤坝安全，地震监测网，实时气象信息网，水源和空气污染监测。加油站、停车场管理arm体系结构第91页嵌入式在Internet中应用arm体系结构第92页军事国防领域arm体系结构第93页航天领域arm体系结构第94页·嵌入性：嵌入到对象体系中，有对象环境要求·专用性：软、硬件按对象要求淘汰·计算机：实现对象智能化功效三要素：嵌入、专用、计算机嵌入式系统特点:由三要素引出1.1.2嵌入式系统定义及特点依据IEEE（国际电气和电子工程师协会）定义：嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备装置”（原文为devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）。简单讲，就是嵌入到对象体中专用计算机系统。arm体系结构第95页嵌入式系统概念

当前，对嵌入式系统定义各种多样，但没有一个定义是全方面。下面给出两种比较合理定义：从技术角度定义：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功效、可靠性、成本、体积、功耗严格要求专用计算机系统。从系统角度定义：嵌入式系统是设计完成复杂功效硬件和软件，并使其紧密耦合在一起计算机系统。arm体系结构第96页嵌入式系统历史

单片机模式和计算机模式arm体系结构第97页嵌入式系统相关技术与发展趋势互联网普及半导体技术改进3C（Compute,Communication,ConsumerElectronic

）技术快速融合使用者需求信息服务应用生活化相关技术：多学科交叉，计算机、电子技术、微电子技术、集成电路设计等arm体系结构第98页未来嵌入式系统发展趋势arm体系结构第99页1.嵌入式系统2.嵌入式系统组成3.嵌入式处理器4.嵌入式操作系统嵌入式系统概述arm体系结构第100页1.2嵌入式系统组成微处理器、外围硬件、嵌入式操作系统、应用程序以及开发环境(软件分3层：HW/FM/AP，HW硬件驱动或接口操作；FM中间层；AP应用层）arm体系结构第101页外围硬件:

嵌入式系统处理器以外硬件，为系统提供运行条件(时钟和电源部件)和部分功效(内存、各种通讯端口等)。1.2

嵌入式系统组成微处理器：是嵌入式系统关键。嵌入式微处理器普通都含有较高集成度。嵌入式操作系统:：为应用程序提供必要运行环境（任务调度），附加任务通讯、内存管理等功效。需移植和配置方可使用。嵌入式应用程序：在没有操作系统情况下，嵌入式应用程序需要直接访问存放器或者设备地址来操作硬件。开发环境：开发过程中起着至关主要作用，并不是嵌入式系统产品一部分，不一样嵌入式系统开发环境不一样。arm体系结构第102页1.3嵌入式处理器

嵌入式处理器分为以下几大类：嵌入式微处理器；嵌入式微控制器；嵌入式DSP处理器；嵌入式片上系统（SOC）。嵌入式处理器按应用分：重视嵌入式处理器尺寸、能耗和价格。应用于PDA等不重视计算设备；重视嵌入式处理器性能。应用于路由器等计算密集型设备；重视嵌入式处理器性能、尺寸、能耗和价格。应用于蜂窝电话等设备；arm体系结构第103页嵌入式微处理器（EMPU）EmbededMicroprocessorUnit(EMPU),在应用中，为了满足嵌入式应用特殊要求，嵌入式微处理器即使在功效上和标准微处理器基本是一样，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面普通都做了各种增强。嵌入式微处理器优点:体积小、重量轻、成本低、可靠性高，不过在电路板上必须包含ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统可靠性，技术保密性也较差。嵌入式微处理器及其存放器、总线、外设等安装在一块电路板上，称为单板计算机。CPUROMRAM外设1外设2单板计算机arm体系结构第104页嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)

嵌入式微控制器又称单片机，普通以某一个微处理器内核为关键，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各种必要功效和外设。微控制器是当前嵌入式系统工业主流。微控制器片上外设资源普通比较丰富，适合于控制，所以称微控制器。嵌入式微控制器种类多，括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300、数目众多ARM芯片等。当前MCU占嵌入式系统约70％市场份额。复位部件看门狗部件晶振部件I/O部件中止部件ROM部件SRAM部件定时器部件CPU核arm体系结构第105页嵌入式DSP处理器（数字信号处理）DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT、谱分析等方面DSP算法正在大量进入嵌入式领域，DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP功效，过渡到采取嵌入式DSP处理器。嵌入式DSP处理器比较有代表性产品是Texas，如DSP56000，DSP56100，DSP56200和DSP56300等。PHILIPS企业近年也推出了基于可重置嵌入式DSP结构低成本、低功耗技术上制造R.E.A.LDSP处理器，arm体系结构第106页嵌入式片上系统(SystemOnChip,SOC)伴随EDA推广和VLSI设计普及化及半导体工艺快速发展，在一个硅片上实现一个更为复杂系统时代已降临，即SOC，除个别无法集成器件以外，整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去。应用系统变得简练，对于减小体积和功耗、提升可靠性非常有利。SoC能够分为通用和专用两类。通用系列包含InfineonTriCore、MotorolaM-Core、一些ARM系列器件等。专用SoC普通专用于某个或某类系统中，不为普通用户所知。一个有代表性产品是PhilipsSmartXA，它将XA单片机内核和支持超出2048位复杂RSA算法CCU单元制作在一块硅片上，形成一个可加载JAVA或C语言专用SOC，可用于公众互联网如Internet安全方面。SOC下一步向片上网络（NetworkonChip，NoC）发展arm体系结构第107页1.嵌入式系统2.嵌入式系统组成3.嵌入式处理器4.嵌入式操作系统嵌入式系统概述arm体系结构第108页1.4嵌入式操作系统概述

计算机系统由硬件和软件组成，早期没有操作系统这个概念，用户使用监控程序来使用计算机。伴随计算机技术发展，计算机系统硬件、软件资源也愈来愈丰富，监控程序已不能适应计算机应用要求。于是在六十年代中期监控程序又深入发展形成了操作系统(OperatingSystem)。发展到现在，广泛使用有三种操作系统：多道批处理操作系统分时操作系统实时操作系统arm体系结构第109页1.4嵌入式操作系统监控程序操作系统实时操作系统分时操作系统多道批处理操作系统

时间先后适合用于多个用户共享系统资源适合用于计算中心等较大计算机系统适合用于嵌入式设备和有实时性要求系统中实时操作系统是我们介绍重点arm体系结构第110页1.4嵌入式操作系统实时操作系统特点IEEE实时UNIX分委会认为实时操作系统应具备以下几点:异步事件响应（随机性）切换时间和中止延迟时间确定优先级中止和调度抢占式调度（高优先级任务可抢占CPU）内存锁定（将程序或部分程序锁定在内存）连续文件（把数据存放在连续文件上）同时（协调执行）arm体系结构第111页实时操作系统特点实时操作系统是事件驱动，能对来自外界作用和信号在限定时间范围内作出响应。它强调是实时性、可靠性和灵活性,与实时应用软件相结合成为有机整体起着关键作用,由它来管理和协调各项工作,为应用软件提供良好运行软件环境及开发环境。从实时系统应用特点来看实时操作系统能够分为两种：普通实时操作系统嵌入式实时操作系统。arm体系结构第112页实时操作系统特点

普通实时操作系统应用于实时处理系统上位机和实时查询系统等实时性较弱实时系统，而且提供了开发、调试、利用一致环境。

嵌入式实时操作系统应用于实时性要求高实时控制系统，而且应用程序开发过程是经过交叉开发来完成，即开发环境与运行环境不一致。嵌入式实时操作系统含有规模小(普通在几K～几十K内)、可固化使用实时性强(在毫秒或微秒数量级上)特点。arm体系结构第113页1.4嵌入式操作系统基本概念

对基于芯片开发来说，应用程序普通是一个无限循环，可称为前后台系统或超循环系统。后台系统：循环中调用对应函数完成对应操作，属于任务级；前台系统：中止或异步事件，属于中止级；很多基于微处理器产品采取前后台系统设计，比如微波炉、电话机、玩具等。在另外一些基于微处理器应用中，从省电角度出发，平时微处理器处于停机状态，全部事都靠中止服务来完成。——前后台系统arm体系结构第114页基本概念

中止服务程序处理异步事件，这部分能够看成前台行为，前台也叫中止级。时间相关性很强关键操作一定是靠中止服务程序来确保。

循环中调用对应函数完成对应操作，这部分能够看成后台行为，后台也能够叫做任务级。这种系统在处理及时性上比实际能够做到要差。ISRISRISRISR后台前台中止服务程序时间——前后台系统arm体系结构第115页1.4嵌入式操作系统基本概念

操作系统是计算机中最基本程序。操作系统负责计算机系统中全部软硬资源分配与回收、控制与协调等并发活动，提升资源利用率；操作系统提供用户接口，方便用户使用；操作系统为用户扩展新系统功效提供软件平台。——操作系统硬件硬件驱动操作系统用户程序arm体系结构第116页1.4嵌入式操作系统基本概念

实时操作系统是一段在嵌入式系统开启后首先执行背景程序，用户应用程序是运行于RTOS之上各个任务，RTOS依据各个任务要求，进行资源管理(包含CPU、存放器、外设等)、消息管理、任务调度、异常处理等工作。在RTOS支持系统中，每个任务都有一个优先级，RTOS依据各个任务优先级，动态地切换各个任务，确保对实时性要求。

——实时操作系统（RealTimeOperatingSystem,RTOS）arm体系结构第117页1.4嵌入式操作系统实时操作系统优缺点

优点：在嵌入式实时操作系统环境下开发实时应用程序使程序设计和扩展变得轻易，不需要大改动就能够增加新功效。经过将应用程序分割成若干独立任务模块，