计算机三级嵌入式学习笔记一

嵌入式系统的体系结构按指令集可以分为两大类：复杂指令集结构（CISC）和精简指令集结构（RISC）

嵌入式体系结构按存储机制分为冯诺依曼结构和哈佛结构

冯诺依曼结构中程序和指令并存，共用一条总线；而哈佛结构中数据和指令使用两条独立的总线，不允许数据和指令共存

ARM全部采用RISC结构，且多为哈佛结构

ARM处理器分为五类：

• 经典ARM处理器（ARM7、ARM9、ARM11）
• ARM Cortex嵌入式处理器（Cortex—A）
• ARM Cortex实时嵌入式处理器（Cortex—R）
• ARM Cortex应用处理器（Cortex—M）

ARM共有三种工作状态：ARM状态、Thumb状态及Thumb-2状态、调试状态

• ARM状态的指令全都是32位的
• Thumb状态就是运行Thumb-2指令的状态，它是执行16指令的状态，但是他同时也兼容32位指令，因为在有些情况下如异常处理时必须由Thumb状态切换到ARM状态，然后处理完毕后重新返回到Thumb状态
• 处理器停机调试时进入调试状态
• 所有ARM复位之后均处于ARM状态
• 通过BX指令，将操作数寄存器的最低位设置为1即可将ARM状态切换到Thumb状态；将操作数寄存器的最低位设置为0即可将Thumb状态切换到ARM状态；当处理器进行异常处理时，则从异常向量地址开始执行，将自动进入ARM状态

ARM体系结构（除Cortex外）支持7中工作模式，取决于当前程序状态寄存器低5位的值

• 用户模式（User）：程序正常执行工作模式
• 快速中断模式（FIQ）：处理高速中断，用于高速数据传输或通道处理
• 外部中断模式（IRQ）：用于普通中断管理
• 管理模式（SVC）：操作系统的保护模式，处理软件中断SWI
• 中止模式（ABT）:处理存储器故障，实现虚拟存储器和存储器保护
• 未定义指令模式（UND）：处理未定义的指令陷阱，用于支持硬件协处理器仿真
• 系统模式（SYS）：运行特权级的操作系统任务

ARM状态下的寄存器组织

• R7~R0为通用的寄存器
• CPSR为当前程序状态寄存器（包括运算标志位、条件码标志等）
• SPSR为备份的程序状态寄存器
• R0~R15均为32位的寄存器
• R13为堆栈指针寄存器，R14为程序链接寄存器，R15均为PC（程序计数器）

Thumb状态下的寄存器组织

• 高位寄存器R8~R12在Thumb状态下不可见，即不能直接作为通用寄存器使用，而在Thumb-2下可以使用，即R8~R12只有在32位指令下才可当做通用寄存器使用

ARM体系结构有两种方法存储数据字：大端模式和小端模式

• 大端模式：32位数据字的高字节存储在低地址中，低字节存储在高地址中
• 小端模式：32位数据字的高字节存储在高地址中，低字节存储在低地址中
• 系统复位时一般自动默认为小端模式

外部中断请求（IRQ）

快速中断请求（FIQ）

MMU：存储器管理单元

MPU：存储器保护单元