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[arm微控制器与嵌入式系统] 从CPU到MCU

CPU是计算机/微控制器的核心，进行算数/逻辑运算

MCU？

MicroController Unit 微控制器是一个完整的计算机系统，在单个芯片上包含了处理器、存储器和所有的外设IO模块。

MCU包含了什么？

  • CPU
  • Input/Output interface
  • Peripherals
  • RAM 用于数据存储
  • ROM 用于程序存储， EPROM, EEPROM或 Flash Memory

MCU的特点

  • 体积小
  • 低成本
  • 低功耗
  • 高可靠性
  • 大量型号和设计方案

ARM处理器的分类

从ARM v7之后，ARM处理器按照应用特征分类，分为以下三类：

  • A系列 —— Application Processor —— 高性能多媒体<手机等>
  • R系列 —— Real-time Controller —— 实时响应<无人机等>
  • M系列 —— Micro-Controller —— 嵌入式

微控制器的内部结构

[arm微控制器与嵌入式系统] 从CPU到MCU_第1张图片

CPU

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上图中右边就是之前概念CPU的实际表达ALU 运算逻辑单元。
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运算逻辑单元完成逻辑和数学的运算
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两个输入数据 —— A和B
一个指令 —— OP，要对A和B做什么运算
输出数据 —— Result和Flags（标志位）

怎么理解标志位
如果给ALU下面几种运算

A+B = C
如果这个ALU是一个4 bit的运算单元，则当计算加法时，可能会出现C大于15（0x1111），这时会出现溢出标志位用来表示计算结果是否溢出。

A>B ?
CPU在做比较的话，实际上是做了A-B的运算，而我们想要的结果实际上就是负数标志，同样也是在标志位中体现。

问题：ALU计算得到的结果要存在哪里呢？ —— 寄存器

寄存器组

寄存器是由电路实现的保存数据的单元。

在CPU中，有一个寄存器就是用来专门保存ALU计算后的标志位，每条指令所能影响的状态位是不一样的，这类寄存器被称为程序状态寄存器（PSR寄存器），还有被称为CCR寄存器，

这个寄存器中到底要存哪些状态信息？

不同的芯片，对应的状态信息也有所区别，但是一般而言都要包括以下几个标志：

  • Z 上一个运算得到了0的结果
  • N 上一个运算得到了一个负数
  • O 上一个运算溢出了
  • C 上一个运算出现了进位
    [arm微控制器与嵌入式系统] 从CPU到MCU_第5张图片
    在CPU的设计当中，下图中这样的寄存器可以有若干个。
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  • 寄存器用于临时保存/获取操作数
  • 任何CPU都包含了若干个通用/专用寄存器
  • 寄存器的数目和位宽是衡量CPU的重要指标

CPU内部的寄存器个数有限，其实是无法满足程序的要求，因此出现了下图的结构
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上图中的Data Memory不再是CPU的组成部分，对Memory的访问要比对寄存器的访问慢很多

地址与存储器的关系
如果要访问CPU外部的Data Memory，如何实现？
对于存储器，其结构如下：
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上图中的0x0003这个地址存的数据就是0x44

类比一下，一定意义上来说，程序的存储也是这个概念。
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指令集

堆栈

栈是一段连续的存储器空间
堆栈按照后入先出的工作方式
只能从/向堆栈的顶部加入或取出数据

按照这个逻辑，我们现在还缺少一个片外的存储器，用来给堆栈用。我们需要有一个类似指针的东西，指明从某个位置开始的存储器作为堆栈来使用。
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堆栈空间和变量空间是使用同一端存储空间

  • 变量空间从低地址向搞地质划分（例如C语言编程时声明的全局变量）
  • 堆栈空间从高地址向低地址增长

这就带来一个新的问题：
存储器的空间是有限的，当某个时间点，堆栈达到一个冲突点的时候，出现了堆栈溢出。

[arm微控制器与嵌入式系统] 从CPU到MCU_第11张图片
堆？
堆是一个进程开启之后，系统分配给它的空间，一般这个空间是全局的，系统中所有动态分配的对象（比如指针）都是在这个空间上分配的。
堆里的数据是有数据结构的，其空间占用是不连续的。在没有OS的嵌入式系统中，通常不使用堆。

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通常，我们把上图中红色框中的寄存器称为寄存器组，也可以称为编程模型。

中断

中断与轮询
轮询：

  • 周期连续地检查外部事件是否发生
  • 消耗大量CPU的处理事件
  • 需要和其他功能代码结合
  • 由于CPU需要处理其他事件，可能丢失关键事件
    中断：
    用硬件来判断是否发生外部事件并通知CPU
    专用的中断服务程序来处理事件

中断是一个需要CPU立即处理的内部或外部事件

内部事件

  • 定时器时间到
  • AD变换结束
  • …
    外部事件
  • 按键动作
  • 发生外部通信

中断：

  • 适用于处理响应要求非常高的事件
  • 适用于处理持续时间非常短的事件
  • 适用于低功耗的应用
  • 程序设计复杂

中断允许/禁止

  • 全局中断控制

时钟/复位

存储器

外设

ARM体系结构

32bit MCU Register File （ARM Cortex M）
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    如果看懂一个程序，分三步   1、流程   2、每个语句的功能   3、试数   如何学习一些小算法的程序 尝试自己去编程解决它，大部分人都自己无法解决 如果解决不了就看答案 关键是把答案看懂，这个是要花很大的精力，也是我们学习的重点 看懂之后尝试自己去修改程序，并且知道修改之后程序的不同输出结果的含义 照着答案去敲 调试错误
  • centos6.3安装php5.4报错 dcj3sjt126com centos6
    报错内容如下: Resolving Dependencies --> Running transaction check ---> Package php54w.x86_64 0:5.4.38-1.w6 will be installed --> Processing Dependency: php54w-common(x86-64) = 5.4.38-1.w6 for
  • JSONP请求 flyer0126 jsonp
          使用jsonp不能发起POST请求。 It is not possible to make a JSONP POST request. JSONP works by creating a <script> tag that executes Javascript from a different domain; it is not pos
  • Spring Security（03）——核心类简介 234390216 Authentication
    核心类简介 目录 1.1     Authentication 1.2     SecurityContextHolder 1.3     AuthenticationManager和AuthenticationProvider 1.3.1  &nb
  • 在CentOS上部署JAVA服务 java--hhf javajdkcentosJava服务
        本文将介绍如何在CentOS上运行Java Web服务，其中将包括如何搭建JAVA运行环境、如何开启端口号、如何使得服务在命令执行窗口关闭后依旧运行     第一步：卸载旧Linux自带的JDK ①查看本机JDK版本 java -version    结果如下 java version "1.6.0"
  • oracle、sqlserver、mysql常用函数对比[to_char、to_number、to_date] ldzyz007 oraclemysqlSQL Server
    oracle                                &n
  • 记Protocol Oriented Programming in Swift of WWDC 2015 ningandjin protocolWWDC 2015Swift2.0
    其实最先朋友让我就这个题目写篇文章的时候，我是拒绝的，因为觉得苹果就是在炒冷饭， 把已经流行了数十年的OOP中的“面向接口编程”还拿来讲，看完整个Session之后呢，虽然还是觉得在炒冷饭，但是毕竟还是加了蛋的，有些东西还是值得说说的。 通常谈到面向接口编程，其主要作用是把系统设计和具体实现分离开，让系统的每个部分都可以在不影响别的部分的情况下，改变自身的具体实现。接口的设计就反映了系统
  • 搭建 CentOS 6 服务器(15) - Keepalived、HAProxy、LVS rensanning keepalived
    （一）Keepalived （1）安装 # cd /usr/local/src # wget http://www.keepalived.org/software/keepalived-1.2.15.tar.gz # tar zxvf keepalived-1.2.15.tar.gz # cd keepalived-1.2.15 # ./configure # make &a
  • ORACLE数据库SCN和时间的互相转换 tomcat_oracle oraclesql
    SCN（System Change Number 简称 SCN）是当Oracle数据库更新后，由DBMS自动维护去累积递增的一个数字，可以理解成ORACLE数据库的时间戳，从ORACLE 10G开始，提供了函数可以实现SCN和时间进行相互转换； 　　 用途：在进行数据库的还原和利用数据库的闪回功能时，进行SCN和时间的转换就变的非常必要了； 　 　操作方法： 　　1、通过dbms_f
  • Spring MVC 方法注解拦截器 xp9802 spring mvc
    应用场景，在方法级别对本次调用进行鉴权，如api接口中有个用户唯一标示accessToken,对于有accessToken的每次请求可以在方法加一个拦截器，获得本次请求的用户，存放到request或者session域。 python中，之前在python flask中可以使用装饰器来对方法进行预处理，进行权限处理 先看一个实例,使用@access_required拦截： ?
按字母分类： ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ其他