嵌入式控制系统课件第章 ARM处理器结构

2CHAPTERARM7体系结构1上次课的内容1324嵌入式系统简介嵌入式处理器嵌入式操作系统嵌入式系统的典型应用5嵌入式系统的基本设计过程2第2章ARM7体系结构2.1ARM微处理器结构2.2处理器状态和模式2.3存储器组织2.4异常2.5ARM寻址方式33第2章ARM7体系结构2.1ARM微处理器结构1.ARM简介2.ARM7TDMI特点3.ARM7TDMI的模块和内部框图442.1.1ARM简介ARM公司简介ARM是AdvancedRISCMachines的缩写，它是一家微处理器行业的知名企业，该企业设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC（精简指令集）处理器。公司的特点是只设计芯片，而不生产。它将技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，并提供服务。52.1.1ARM简介各ARM体系结构版本ARM体系结构从最初开发到现在有了很大的改进，并仍在完善和发展。为了清楚的表达每个ARM应用实例所使用的指令集，ARM公司定义了7种主要的ARM指令集体系结构版本，以版本号V1～V7表示。62.1.1ARM简介ARM处理器核简介ARM公司开发了很多系列的ARM处理器核，目前最新的系列已经是ARM11了，而ARM6核以及更早的系列已经很罕见了。目前应用比较广泛的系列是：ARM7ARM9ARM9EARM10SecurCoreXscaleARM11Cortex72.1ARM微处理器结构2.1.1简介2.1.2ARM7TDMI特点2.1.3ARM7TDMI的模块和内部框图82.1.2ARM7TDMIARM7TDMIARM7TDMI基于ARM体系结构V4版本，是目前较低端的ARM核。但仍具有广泛的应用，其最显著的应用为数字移动电话。992.附1.贞2头A穿RM极7T呆DM酒I微处违理器豪是整狗个系锹统的国核心标，通盯常由侧3大泪部分革组成摆：控邮制单志元、册算术汪逻辑些单元叼和寄仁存器叙。算术逻辑单元寄存器控制单元微处理器存储器输入输出10102.通1.狭2款A剪RM谈7T节DM壁IAR眉M7插TD牢MI坏命名假方式AR损M7魄TD继MI堡支持蜂32竿位寻剂址范授围，税并弥顷补了榆AR烛M6辟不能弃在低锋于5攻V电薯源电径压下蒜工作你的不郑足,晋可以叛在3投V电究压下臭工作体。A偷RM互7T悠DM充I的梅后缀恭意义论为：支持高密度16位的Thumb指令集；支持片上调试；支持64位乘法；支持Embeded-ICE观察硬件；ARM7TDMI12112.烟1.隆2迁A多RM游7T梳DM肃I特点傻：1使用RI略SC指令似集2具有镜三级瓣流水钟线3存储驶器访单问数共据类壮型多誓样4存储怠器接叹口具络备多晃种存罗储周康期5采用危了嵌期入式IC装E-蛇RT逻辑贤调试得技术122.咸1.礼2菠A粗RM劳7T锦DM搞I1伏RI丝式SC着指令库集AR引M7岁TD漂MI勿处理假器是炕AR猪M通震用3修2位垂微处吧理器当家族纷的成鹅员之振一。寄它具越有优洲异的息性能拜，但峰功耗戏却很扣低，艘使用宣门的趟数量计也很秆少。爽它属赤于精榴简指辛令集链计算蜡机撤（R绳ed趁uc宋ed珍I犁ns久tr拉uc件ti违on钉S菠et哗C挡om陆pu狭te卖r)，比刑复杂位指令宴集计纲算机廊（社Co巧mp注le亩x指In策st农ru博ct平io农n梅Se赴t突Co普mp找ut向er舌）艰要简看单得例多。中这样盐的简袜化实勺现了烂：高的悦指令逝吞吐们量；出色拨的实欣时中兽断响贸应；小的担、高德性价陶比的顾处理皮器宏京单元修。13132.咳1.剥2忠A柄RM衔7T缩慧DM药I2明三猜级流盒水线AR粱M7猎TD姜MI暑处理劝器使发用流臭水线脾来增沸加处哗理器标指令支流的撕速度应。这联样可振使几致个操计作同事时进土行，彩并使籍处理钟和存锯储器害系统夺连续好操作讯。AR如M7规TD竟MI贡的流丙水线继分3剪级，据分别扫为：取指译码执行14流水枯线技践术流水星线(熄Pi领pe的li愚ne安)技姨术：肢几个忘指令颗可以楚并行吉执行提高颜了CP谷U的运染行效株率内部傻信息丢流动雾通畅译码取指执行错ad爷d译码取指执行仅su叠b译码取指执行地cm州p时间Ad缸dSu葱bCm投p注意堪：程序爽计数蛮器（壤PC淡）指如向取晃指的白指令随而不犁是正映在执抛行的速指令互。PC15内核ARM7ARM9ARM10ARM11流水线3568典型频率（MHz）80150260335总线架构冯诺伊曼哈佛哈佛哈佛流水受线技河术1616AR枯M处询理器感支持券下列瓦数据利类型枯：字节8位半字16位（测必须纲分配带为占摄用两稿个字碰节）字32位（消必须元分配闷为占咬用4各字永节）2.天1.夏2杆A猴RM袄7T踢DM艳I3补存储伞器访黄问AR灯M7纠TD机MI耀处理头器使读用了冯·给诺依就曼（V乌on插N饮eu略ma阅nn鲁）结辆构，壶指令邀和数匹据共须用一黎条3昂2位处总线刻。只卫有装蹦载、惠存储楚和交围换指童令可跪以对味存储它器中呼的数写据进葵行访绸问。111234217冯·朽诺依剥曼体紧系结识构指令略寄存效器控制盾器数据蹦通道输入输出中央赖处理根器存储巡寿器程序指令观0指令坐1指令兵2指令绍3指令哭4数据数据饿0数据口1数据棉2地址指令挑/数亩据18哈佛跑体系塞结构指令勉寄存闪器控制饼器数据筋通道输入输出CP幅U程序队存储订器指令舍0指令覆1指令数2数据登存储乐器数据位0数据影1数据奏2地址指令地址数据19192.僻1.脆2仪A元RM猫7T坐DM幻玉I4皮存储武器接秧口AR画M7蹈TD夹MI雀处理白器存彼储接厕口被凑设计忌成在年使用触存储球器最易少的剑情况和下发铃挥其糠潜能笑。产喂生的邀控制蛇信号刑方便质了许闯多片瓦内和怪片外想存储饥器技括术支席持的雷开发恐，方搂便了嗓标准麦动态不RA寸M提炼供的但快速某访问博模式恶，可纺根据族不同瞧存储门器的柱访问阵方式帅进行婆匹配战。AR优M7代TD志MI陆有4表种基箩本的垒存储罢周期斯：1空闲检周期帆（指君令不真访问筹存储验器）恶；2非顺贱序周肠期（放访问聚与前杰一次货无关此）；3顺序等周期路（访欲问与面上次颠相同湾或加1）；4协处均理器绝寄存拦器周味期（华协处酒理器弹寄存驶器传承送期提间）针；20202.而1.麦2目A撇RM墨7T屈DM掘I5桨采用年嵌入承式I盘CE敢-R恶T逻施辑调为试技泡术嵌入晋式I础CE笋-R指T逻婶辑为洋AR爽M7鲜TD厕MI掩核提触供了皂集成塞的片最内调喜试支策持，孙可以瘦使用撞嵌入舍式I努CE侍-R倍T逻万辑来女设置这断点补或观剂察断皇点出战现的劝状态猫。嵌产入式筹IC纵E-负RT叹逻辑阻通过拴JT诵AG搅(胡jo筹in步t菜te味st颜a林ct勇io括n榨gr迷ou侨p)隙测试栋访问坏口进慰行控乘制。21212.猾1凭A秧RM庄微处奶理器掌结构简介特点的模庸块和世内部芝框图222.倍1.矮3骡系统张内部填结构较图AR吐M7沉TD配MI酿处理掀器部崇件和腰主要颤信号衫路径杀的框淹图如坛图所袭示。绒它内滩部由处理致器核、用僻于边漂界扫木描的TA驴P控停制器和在线浑仿真田器I纱CE组成约。双仗向数笼据总隶线D外[3腰1：食0]隆被分稍割成比单向括输入滋和输笼出总瓣线，先以便炭与外颂部存垃储器擦兼容惨。AR知M7溪TD势MI煮处理厨器框栏图23AR患M7家TD挂MI鸟的模皂块和橡内核厕框图AR处M7批TD魂MI必主处列理器梢逻辑地址寄存器寄存器组31*32位通用寄存器6个状态寄存器地址增量器32*8乘法器桶形移位器32位ALU写数据寄存器指令流水线读数据寄存器Thumb指令译码器指令译码和逻辑控制ADDR[31:0]CLKCLENCFGBIGENDnIRQnFIQnRESETABORTLOCKWRITESIZE[1:0]PROT[1:0]TRANS[1:0]DBG输出DBG输入CP控制CP握手WDATA[31:0]RDATA[31:0]扫描调试控制A总线B总线ALU总线增量器总线PC总线242.始1.见3纤AR侧M7卧TD筹MI泼功能谣信号戒图AR杰M7球TD呈MIAR筛M7雁TD搏MI习处理薪器的微功能渴信号线2525时钟供和定代时MC拜LK全局埋主时附钟，怨所有蓬存储扭访问板和处耕理器低操作焦的主徐时钟稳。速蚂度可遮控制松分别倘访问棉不同旱速度领的外诞设和先存储亮器。nW约AI诱T为低僚电平荐时处跑理器挪将延私迟几先个时阵钟周挑期，箭用于炕访问峡低速岩外设桶，不顶用时劣接高钟电平侨。2626总线经控制nR腥ES鹿ET用于断从已垄知的证地址奋启动虫处理月器。疗信号释必须档保持荒两个盘以上贿时钟营周期讲的低消电平温。BU脾SE甜N静态境配置届，用逮于选从择是习双向术数据镇总线麻还是牢单向救数据腔总线驰低电港平为朋双向持，高伐电平困时为岛单向看。BI择GE劣ND选择蹄处理讨器如敲何对亚待存奴储器竹中的剩字节沈格式革。高回时为秘大端园格式宁，低屡时为叔小端裹格式输。27总线哈控制nE地NI洪N在写卧周期砖，为张了驱胆动数盖据总础线，熊必须先为低沿，可刮与n武EN茂OU犹T配建合使军用，床在写咳周期亡期间瓶控制创数据勾总线长。nE爸NO客UT在写络周期朱，在张MC童LK及上升程沿之给前驱创动为堤低，构且在屿整个齐写周溪期内膨保持膝低。nE化NO费UT桂I在仿妖真器点协处晋理器魂到A区RM缎的协斧处理茶器传欧送的布写周韵期，才信号芒变低恒。28总线柏控制AB遵E低时称禁止扁总路葡线驱梅动，造让地够址总临路线姓进入秤高阻帽状态须；AL朝E信号箱为低俯时锁由存地习址总场线，社可允惠许这煤些信菜号在典整个泉存储龄器访峡问周抖期内钞部都挂有效轻。AP座E选择猛地址爷总线纳是在磁流水陕线方偷式(签高)械,还樱是在母非流誉水线示方式姑(低专)。29总线日控制DB醒E当数劳据出啦现在桨双向抛或单叫向数坝据总占线上意时，轰DB锐E必甘须为道高。天为低等时双闷向总倡线为裕高阻摧，单仰向总蓬线阻凡止数劈燕据输价出。颜用于杏测试昨和共秧享总格线。TB仔E为低奔时D政，A糟等总事线置闹高阻疑抗。损正常丘操作止下，险TB廉E必坏须为啊高。BU兴SD毛IS用于致禁止跨在扫贯描测课试期粗间外斜部逻粉辑驱素动到轨双向狐数据她总线贫上。3030存储舒接口A[艰31飘:0辆]32方位地匆址总动线,类由A淘BE茶,A浓LE识,A北PE抚来控吊制。D[报31蔑:0孕]双向吊数据踪蝶总线判，用示于处渡理器止与外枯部存多储器修之间型的数争据传文送。悉在读扛周期倾MC秧LK楚下降泽沿有足效；艺写周难期，星在M燥CL弊K下餐降沿惊之前晓输出链数据阳有效郑。DI鸟N[忽31皂:0截]用于掀从存膀储器柜向处范理器脸传送军指令丛和数矛据的除单向蓄总线狱。该怜总线着仅当泻BU背SE山N为秤高时怕使用以，不败用则安接低艺电平暖。读喘周期专时M竟CL仪K下货降沿忌时总婚对其看采样辩。DO指UT驶[3蹄1:虾0]用于鲜从处盘理器面向存妖储器燥传送材数据洪的单榨向总奖线。坝该总券线仅密当B延US壳EN锈为高趣时使边用，奋不用寺则输番出低震电平峰。写捞周期慕时M羊CL崭K低咱电平棵时有样效，盏直到议MC暗LK翁上升刺沿之晓后。31存储佛接口nM勿RE虑Q当处颈理器略请求烛存储赔器访形问时案为低宿。SE梯Q当下梅一个辅存储拜器周奇期的首地址怒与上徐一次千存储兆器的具访问净地址全紧密储相关勾时为交高。谢新地获址可蛋以是等相同勤的字屡/半棋字或缸下一辱个字督/半难字。nMREQSEQ总线周期类型00非顺序周期01顺序周期10内部周期11协处理器寄存器32存储世接口nR洗W当处夺理器顿正在毁执行路读周涉期时歪为低片。由火AP挨E，芦AL方E，耗AB伙E控算制。MA许S[幅1:霜0]用于弓指示警存储惰器在察读和斤写周船期要称求的乘数据激传送绒大小级（字佩节、元半字秩、字筒）。MAS1MAS0数据大小MAS1MAS0数据大小00字节10字01半字11保留33存储坐接口BL侄[3潜:0呆]信号想为高双时数昏据总许线的错值在而MC罢LK借的下肉降沿支锁存野，对顾于大宁多数苗设计部，这槐些信垂号必管须接迅高电糊平。LO奸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