汇编及嵌入式C语言-第一章

汇编及嵌入式C语言教师：王茜Email:wqwypmyhww@课程内容安排第一章ARM微处理器概述嵌入式系统的概念、组成以及与通用计算机的区别；嵌入式微处理器的概念、特点、架构和分类；ARM微处理器的应用领域、特点、体系结构、系列产品以及在选择ARM微处理器时应该考虑的因素。

课程内容安排第二章ARM编程模型和指令集介绍ARM微处理器的编程模式，包括编程模型、指令格式、以及指令寻址方式；ARM指令集介绍，这部分是汇编程序的基础。

课程内容安排第三章ARM程序设计基础ARM伪指令；汇编语言程序设计；C语言和汇编语言混合程序设计；编译器的使用，包括ARM编译器关键词、ARM编译器支持的数据类型；程序设计示例。

课程内容安排第四章S3C2410A处理器硬件结构S3C2410A硬件部分概述；S3C2410A特殊功能寄存器；最小应用系统设计，包括电源、晶振和复位电路；JTAG调试接口设计。

课程内容安排第五章存储系统设计存储器控制器介绍；地址线接口设计；NorFlash与NandFlash接口设计；SDRAM接口设计。

课程内容安排第六章时钟和定时器时钟和功耗管理；PWM定时器设计；实时时钟（RTC）设计；看门狗设计。

课程内容安排第七章通用端口和中断设计I/O端口设计；中断控制设计。

第八章串行接口设计UART接口设计；I2C总线接口设计；SPI接口设计。课程内容安排第九章LCD接口设计LCD控制器的特性；LCD设计。

第十章ADC和触摸屏接口设计ADC的基础知识；触摸屏原理；编程示例。课程内容安排第十一章引导程序设计引导机理分析；ARM9初始化代码分析。第十二章嵌入式操作系统及其应用开发嵌入式操作系统介绍第一章ARM微处理器概述

1.1嵌入式系统概述

1.1.1嵌入式系统定义嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。从定义可得知，嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势，即是嵌入式系统是与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，所以必须结合实际系统需求对软硬件进行合理的裁剪利用。

1.1.2嵌入式系统的组成

嵌入式系统一般由嵌入式硬件和软件组成。硬件以微处理器为核心集成存储器和系统专用的输入输出设备；软件包括初始化代码及驱动、嵌入式操作系统和应用程序等，这些软件有机地结合在一起，形成系统特定的一体化软件。

1.1.2嵌入式系统的组成

硬件：MPU微处理器电源模块时钟复位FlashRAMROMUSBLCDKeyboard外围电路Other外设

1.1.2嵌入式系统的组成

软件：处理器存储器输入输出操作系统应用程序软件结构硬件结构

1.1.3嵌入式系统与通用计算机的异同

相同：都具有一个微处理器芯片、随机存储器（RAM）、非易失性存储器和输入输出设备。

1.1.3嵌入式系统与通用计算机的异同

区别：系统配置不同。如通用计算机一般配置较大容量的RAM，而某些嵌入式系统配置的内存只有几百个存储单元；通用计算机是一个通用的计算平台，而嵌入式系统一般是用于特定任务的专用系统，其硬件和软件都必须高效率的设计，量体裁衣，去除冗余；通用计算机是面向计算和处理的，而嵌入式系统一般是面向控制的；

1.1.3嵌入式系统与通用计算机的异同

区别：嵌入式系统需要专用的开发工具；嵌入式系统大都有成本和功耗的要求；嵌入式系统软件故障带来的后果比PC机大得多。

1.2嵌入式微处理器

1.2.1嵌入式微处理器概述

嵌入式处理器是整个嵌入式系统的核心部件，与通用计算机系统的CPU相比，它特别强调面向具体应用“量身定做”，不同的应用领域往往需要不同结构和性能指标的处理器产品，同时它还具有品种多、体积小、成本低、集成度高的特点。嵌入式处理器通常由三大部分组成：控制单元、算术逻辑单元和寄存器。

1.2.1嵌入式微处理器概述

1.2.1嵌入式微处理器概述

控制单元：主要负责取指、译码和取操作数等基本动作，并发送主要的控制指令，控制单元中包括两个重要的寄存器，即程序计数器（PC）和指令寄存器（IR），PC用于记录下一条程序指令在内存中的位置，以便控制单元能到正确的内存位置取指，IR负责存放控制单元所取的指令，通过译码产生必要的控制信号送到算术逻辑单元进行相关的数据处理工作；算术逻辑单元：算术逻辑单元分为两个部分，一部分是算术运算单元，主要处理数值型的数据，进行数学运算，另一部分是逻辑运算单元，主要处理逻辑运算工作；寄存器：用于存储暂时性的数据，主要是从存储器中得到的数据和算术逻辑单元中处理好的数据。

1.2.3嵌入式微处理器的特点

功耗低：尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此；集成丰富的外围设备接口：不仅满足了系统的功能要求，还可以大大提高产品的集成度，从而达到缩小面积/体积、提高可靠性的目的；对实时多任务有很强的支持能力：能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核的执行时间减少到最低限度。

1.2.4CISC和RISC架构传统的CISC（ComplexInstructionSetComputer）结构有其固有的缺点，即是随着计算机技术的发展而不断引入新的复杂的指令集，为支持这些新增的指令，计算机的架构会越来越复杂。然而，在CISC指令集的各种指令中，其使用频率却相差悬殊，大约有20%的指令会被反复使用，占整个程序代码的80%，而剩下的不常使用的80%的指令在程序中只占20%，显然，这种结构是不太合理的。

1.2.4CISC和RISC架构1979年美国加州大学伯克利分校提出了RISC（ReducedInstructionSetComputer）的概念，把着眼点放在了如何是计算机的结构更加简单合理地提高运算速度上。RISC结构优先选取使用频率最高的简单指令，避免复杂指令；将指令长度固定，指令格式和寻址方式种类减少。RISC架构具有如下特点：1.采用固定长度的指令格式，指令规整、简单；2.使用单周期指令，便于操作执行；3.大量使用cache，只有载入/存储指令可以存取存储器，以提高指令的执行效率。

1.3ARM微处理器概述

1.3.1ARMARM（AdvancedRISCMachines），既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。1990年ARM公司成立于英国剑桥，是专门从事基于RISC技术的芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，ARM本身不直接从事芯片生产，而是转让设计许可，由合作公司生产各具特色的芯片。

1.3.1ARMARM7TDMI是ARM公司最成功的微处理器IP之一，至今在蜂窝电话领域已销售了数亿个微处理器。DEC公司获得ARM公司授权设计并生产了StrongARM系列微处理器，这款CPU的主频达到了233MHz，而功率不到1瓦。后来DEC公司StrongARM部门被Intel公司并购，Intel公司用StrongARM取代了他们境况不佳的i860和i960体系，并在此基础上开发了新的体系结构XScale系列。1.3.1ARM将技术授权给其它芯片厂商形成各具特色的ARM芯片...

1.3.1ARM

ARM微处理器的应用领域：1.工业控制领域：作为32位的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战；2.无线通讯领域：目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM技术，ARM以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固；3.网络应用：随着宽带技术的推广，采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM在语音及视频处理上行了优化，并获得广泛支持，也对DSP的应用领域提出了挑战；4.消费类电子产品：ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用；5.成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术。1.3.1ARMARM微处理器的特点，采用RISC架构的ARM微处理器具有如下特点：

->体积小、低功耗、低成本、高性能；

->支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，兼容

8位/16位器件；

->大量使用寄存器，指令执行速度更快；

->大多数数据操作都在寄存器中完成；

->寻址方式灵活简单，执行效率高；

->指令长度固定。1.3.2ARM架构版本与产品系列迄今为止，ARM公司定义了7种主要的ARMISA（InstructionSetArchitecture），从版本1到版本7，ARM体系的指令集功能不断扩大，ARM处理器系列种的各种处理器，虽然在实现技术、应用场合和性能方面都不相同，但只要支持相同的ARM体系版本，基于他们的应用软件是兼容的。1.3.2ARM架构版本与产品系列版本处理器系列特点ARMv1ARM1该版架构只在原型机ARM1出现过，未用于商业产品。其基本性能如下：基本的数据处理指令（无乘法）26位寻址模式ARMv2ARM2ARM3该版架构对ARMv1版进行了扩展，版本ARMv2a是v2版的变种，ARM3芯片采用了ARMv2a。ARMv2版增加了以下功能：32位乘法和乘加指令支持32位协处理器操作指令快速中断模式1.3.2ARM架构版本与产品系列版本处理器系列特点ARMv3ARMv3MARM6ARM7DIARM7MARMv3版架构对ARM体系结构作了较大改动：寻址空间增至32位（4GB）独立的当前程序状态寄存器CPSR和程序状态保存寄存器SPSR，保存程序异常中断时的程序状态，以便于对异常的处理增加了中止（Abort）和未定义两种处理器模式增加了MMU支持ARMv3M增加了有符号和无符号长乘法指令1.3.2ARM架构版本与产品系列版本处理器系列特点ARMv4ARMv4TStrongARMARM7TDMIARM9TARMv4版架构是目前应用最广的ARM体系结构，在v3版上作了进一步扩充，指令集增加了以下功能：增加了系统模式增加了16位Thumb指令集完善了软件中断SWI指令的功能不再支持26位寻址模式1.3.2ARM架构版本与产品系列版本处理器系列特点ARMv5TEARMv5TEJARM9EARM10EXscaleARM7EJARM926EJARMv5版架构是在ARMv4版基础上增加了一些新的指令：增加了ARM与Thumb状态之间切换的指令增强乘法指令和快速乘法累加指令增加了数字信号处理指令（ARMv5TE版）增加了Java加速功能（ARMv5TEJ版）1.3.2ARM架构版本与产品系列版本处理器系列特点ARMv6ARM11ARMv6版架构是2001年发布的，首先在2002年春季发布的ARM11处理器中使用，增加了以下功能：Thumb-2：增强代码密度SIMD：增强的媒体和数字处理功能TrustZone：提供增强的安全性能IEM：提供增强的功耗管理功能1.3.2ARM架构版本与产品系列版本处理器系列特点ARMv7CortexARMv7版架构定义了3种不同的微处理器系列：A系列：面向应用的微处理器核，支持复杂操作系统和用户应用R系列：深度嵌入的微处理器核，针对实时系统应用M系列：微控制核，针对成本敏感的嵌入式控制应用1.3.2ARM架构版本与产品系列ARM7微处理器系列为低功耗的32位RISC处理器，最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用，具有如下特点：

★具有嵌入式ICE－RT逻辑，调试开发方便

★极低的功耗★能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线

★程序密度高并兼容16位的Thumb指令集★对操作系统的支持广泛，包括WindowsCE、Linux、PalmOS等★指令系统与ARM9、ARM9E和ARM10E系列相容，便于用户的产品升级换代★主频最高可达130MIPS，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用1.3.2ARM架构版本与产品系列ARM9微处理器系列

ARM9在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能，具有如下特点：★5级整数流水线，指令执行效率更高；★1.1MIPS/MHz的哈佛结构

★支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集★支持32位的高速AMBA总线接口

★全性能的MMU，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多种主流嵌入式操作系统★支持数据cache和指令cache，具有更高的指令和数据处理能力1.3.2ARM架构版本与产品系列ARM9E微处理器系列

ARM9E系列微处理器为可综合处理器，使用单一的处理器内核提供了微控制器、DSP、Java应用系统的解决方案，极大的减少了芯片的面积和系统的复杂程度，具有如下特点：★支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合★支持VFP9浮点处理协处理器★主频最高可达300MIPS

1.3.2ARM架构版本与产品系列ARM10E微处理器系列

ARM10E具有高性能、低功耗的特点，由于采用了新的架构，与ARM9器件相比较，在同样的时钟频率下，性能提高了近50%，同时，ARM10E采用了两种先进的节能方式，使其功耗极低，具有如下特点：★6级整数流水线，指令执行效率更高★支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合

★支持VFP10浮点处理协处理器

★主频最高可达400MIPS★内嵌并行读/写操作部件1.3.2ARM架构版本与产品系列ARM11微处理器系列

ARM11着重提高了多媒体处理性能，在处理流媒体和Java程序时的性能表现更为出色，ARM11具有更低的耗电量，可以满足下一代手持设备对电池供应时间的要求。具有如下特点：★8级整数流水线，指令执行效率更高★主频最高可达1GHz1.3.2ARM架构版本与产品系列SecurCore微处理器系列

SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构的低功耗、高性能的特点外，还具有其独特的优势，即提供了对安全解决方案的支持

。具有如下特点：★带有灵活的保护单元，以确保操作系统和应用数据的安全

★采用软内核技术，防止外部对其进行扫描探测★可集成用户自己的安全特性和其他协处理器

1.3.2ARM架构版本与产品系列StrongARM微处理器系列

InterStrongARMSA-1100处理器是采用ARM体系结构高度集成的32位RISC微处理器。它融合了Inter公司的设计和处理技术以及ARM体系结构的电源效率，采用在软件上兼容ARMv4体系结构、同时采用具有Intel技术优点的体系结构。IntelStrongARM处理器是便携式通讯产品和消费类电子产品的理想选择，已成功应用于多家公司的掌上电脑系列产品。

1.3.2ARM架构版本与产品系列Xscale微处理器系列

Xscale

处理器是基于ARMv5TE体系结构的解决方案，是一款全性能、高性价比、低功耗的处理器。它支持16位的Thumb指令和DSP指令集，已使用在数字移动电话、