基于ARM Cortex-M3微控制器（STM32系列）基础知识（一）——嵌入式微控制器及嵌入式系统

学期要求

嵌入式系统基本概念

嵌入式系统重要特征

嵌入式系统硬件的基本组成

嵌入式处理器

1、嵌入式微控制器(MCU)

2、嵌入式DSP

3、嵌入式微处理器(MPU)

ARM体系结构版本——V3（关于CPSR和SPSR）

寻址范围扩展到32位（目前已废弃），主要改进如下：

• 具有原子性加载/存储指令SWP和SWPB。
• 当前程序状态信息从原来的R15移到一个新的寄存器 CPSR(当前程序状态寄存器)中
• 增加了SPSR(备份程序状态寄存器) 当异常发生时，SPSR用于保存CPSR的当前值，从异常退出时则可由SPSR来恢复CPSR。
• 增加了两种处理器模式，使操作系统代码方便地使用数据访问中止异常、指令预取终止异常和未定义指令异常
• 增加了MRS指令和MSR指令，用于完成对CPSR和SPSR寄存器的读/写；修改了原来的从异常中返回的指令。

ARM体系结构版本——V4

ARM体系结构版本——V5

ARM体系结构版本——V6

ARM体系结构版本——V7

ARM命名规则

ARM7“TDMI”符号的含义

ARM体系结构比较（ARM7流水线3个，ARM9流水线5个）

什么是STM32？

Cortex内核

ARM7与STM32比较

51系列微控制器

ARM系列微控制器

嵌入式处理器的技术指标（CISC、RISC、冯诺依曼体系、哈佛体系）

• （1）字长
  嵌入式处理器内部参与运算的数据最大位数。
• （2）主频
  嵌入式处理器内核工作的时钟频率。 单位是MHz,GHz
• （3）运算速度
  采用单位时间内各类指令的平均执行条数的表示 方法。通常是MIPS,DMIPS。
• （4）指令集
  按照指令集架构分为：CISC（复杂指令集计算机Complex Instruction Set Computer）和RISC（精简指令集计算机Reduced Instruction Set Computer）
  
  
• （5）体系结构根据存储机制的不同(CPU连接程序存储器与数据存储器的方式不同)，分为：
  • 1）冯.诺依曼体系结构
    数据和指令都存储在一个存储器中的计算机称为冯. 诺依曼机。这种结构的计算机系统由一个中央处理器 单元(CPU)和一个存储器组成。 【例】51系列，ARM cortex-M0/M1
  • 2）哈佛体系结构
    哈佛结构为数据和程序提供了各自独立的存储器， 程序计数器只指向程序存储器而不指向数据存储器。 【例】ARM cortex-M3/M4
    
    
    
• （6）流水线
  
  

三级流水(ARM7和ARM Cortex-M3）

程序计数器R15（PC）总是指向取指的指令，而不是指向正在执行的指令或正在译码的指令。 一般情况下，习惯把正在执行的指令作为参考点，称为当前第1条指令，因此，PC总是指向第3条指令

ARM指令有：PC值＝当前程序执行位置＋8
Thumb指令则有：PC值＝当前程序执行位置＋4

当处理器执行简单的数据处理指令时，流水线使得平均每个时钟周期能完成一条指令。但一条指令需要3个时钟周期来完成，因此，有3个时钟周期的延时（latency），但吞吐率（throughput）是每个周期一条指令。下面通过一个简单的例子说明流水线的机制。

指令序列为：

ADD r1 r2
SUB r3 r2
CMP r1 r3

在第一个周期，内核从存储器取出指令ADD；在第二个周期，内核取出指令SUB，同时对ADD译码；在第三个周期，指令SUB和ADD都沿流水线移动，ADD被执行，而SUB被译码，同时又取出CMP指令。可以看出，流水线使得每个时钟周期就可以执行一条指令。

ARM的流水线执行模式导致了一个结果，就是程序计数器PC（对使用者而言为r15）必须在当前指令执行前计数。例如，指令在其第一个周期为下下条指令取指，这就意味着PC必须指向当前指令的后8个字节（其后的两条指令）。

可参考的书籍资料

如果喜欢我的文章，请记得三连哦，点赞关注收藏，你的每一个赞每一份关注每一次收藏都将是我前进路上的无限动力 ！！！↖(▔▽▔)↗感谢支持，下期更精彩！！！