嵌入式系统设计3.ppt

嵌入式系统设计嵌入式系统设计3第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集3 3 3 31 1 1 1 ARMARMARMARM嵌入式微处理器概述嵌入式微处理器概述嵌入式微处理器概述嵌入式微处理器概述3.1.1 3.1.1 3.1.1 3.1.1 嵌入式微处理器简介嵌入式微处理器简介嵌入式微处理器简介嵌入式微处理器简介 32323232位嵌入式微处理器的评价指标位嵌入式微处理器的评价指标位嵌入式微处理器的评价指标位嵌入式微处理器的评价指标1111功耗：功耗：功耗：功耗：有三种模式：运行模式有三种模式：运行模式有三种模式：运行模式有三种模式：运行模式节电模式节电模式节电模式节电模式待机模式待机模式待机模式待机模式2222代码存储密度：代码存储密度：代码存储密度：代码存储密度：ARMARMARMARM使用使用使用使用32/1632/1632/1632/16位指令位指令位指令位指令3333集成度：集成度：集成度：集成度：简化系统设计方案简化系统设计方案简化系统设计方案简化系统设计方案4444多媒体加速：多媒体加速：多媒体加速：多媒体加速：增加增加增加增加JPECJPECJPECJPEC、MPEGMPEGMPEGMPEG指令指令指令指令第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集3 3 3 31 1 1 1 ARMARMARMARM嵌入式微处理器概述嵌入式微处理器概述嵌入式微处理器概述嵌入式微处理器概述3.1.2 3.1.2 3.1.2 3.1.2 ARMARMARMARM微处理器概述微处理器概述微处理器概述微处理器概述ARMARMARMARM（A A A Advanced dvanced dvanced dvanced R R R RISC ISC ISC ISC M M M Machineachineachineachine）ARMARMARMARM公司本身不生产芯片，只是设计芯片之后转让设计许可。公司本身不生产芯片，只是设计芯片之后转让设计许可。公司本身不生产芯片，只是设计芯片之后转让设计许可。公司本身不生产芯片，只是设计芯片之后转让设计许可。1981198119811981年：年：年：年：ARMARMARMARM公司成立（公司成立（公司成立（公司成立（A A A Acon con con con R R R RISC ISC ISC ISC M M M Machineachineachineachine）1985198519851985年：第一款年：第一款年：第一款年：第一款ARMARMARMARM（ARM1ARM1ARM1ARM1）被设计出来被设计出来被设计出来被设计出来1986198619861986年：年：年：年：ARM2ARM2ARM2ARM2推出（实用化）推出（实用化）推出（实用化）推出（实用化）1990199019901990年：另组建年：另组建年：另组建年：另组建A A A Advanced dvanced dvanced dvanced R R R RISC ISC ISC ISC M M M Machinesachinesachinesachines公司公司公司公司1998199819981998年：年：年：年：ARMARMARMARM公司上市公司上市公司上市公司上市 第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集3 3 3 31 1 1 1 ARMARMARMARM嵌入式微处理器概述嵌入式微处理器概述嵌入式微处理器概述嵌入式微处理器概述3.1.2 3.1.2 3.1.2 3.1.2 ARMARMARMARM微处理器概述（续）微处理器概述（续）微处理器概述（续）微处理器概述（续）目前全世界众多半导体生产厂家获得授权生产目前全世界众多半导体生产厂家获得授权生产目前全世界众多半导体生产厂家获得授权生产目前全世界众多半导体生产厂家获得授权生产ARMARMARMARM微处理器微处理器微处理器微处理器包括：包括：包括：包括：MotorolaMotorolaMotorolaMotorola、IBMIBMIBMIBM、TITITITI、PhilipsPhilipsPhilipsPhilips、VLSIVLSIVLSIVLSI、AtmelAtmelAtmelAtmel、SamsungSamsungSamsungSamsungARMARMARMARM特点：特点：特点：特点：1111低功耗特性低功耗特性低功耗特性低功耗特性2222架构灵活：架构灵活：架构灵活：架构灵活：ARMARMARMARM只提供一个核心，各公司可以增加资源只提供一个核心，各公司可以增加资源只提供一个核心，各公司可以增加资源只提供一个核心，各公司可以增加资源/指令指令指令指令3333得到主流系统软件支持：得到主流系统软件支持：得到主流系统软件支持：得到主流系统软件支持：WindowsCEWindowsCEWindowsCEWindowsCE、PalmOSPalmOSPalmOSPalmOS、SymbianSymbianSymbianSymbian目前：目前：目前：目前：ARMARMARMARM系列微处理器占据嵌入式处理器市场的系列微处理器占据嵌入式处理器市场的系列微处理器占据嵌入式处理器市场的系列微处理器占据嵌入式处理器市场的75%75%75%75%以上以上以上以上第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集3 3 3 31 1 1 1 ARMARMARMARM嵌入式微处理器概述嵌入式微处理器概述嵌入式微处理器概述嵌入式微处理器概述3.1.3 3.1.3 3.1.3 3.1.3 ARMARMARMARM架构版本与产品系列架构版本与产品系列架构版本与产品系列架构版本与产品系列 版本版本版本版本对应微处理器系列对应微处理器系列对应微处理器系列对应微处理器系列 特点特点特点特点ARMv1ARMv1ARMv1ARMv1ARM1ARM1ARM1ARM1样机样机样机样机ARMv2ARMv2ARMv2ARMv2ARM2/ARM3ARM2/ARM3ARM2/ARM3ARM2/ARM3实用化实用化实用化实用化ARMv4ARMv4ARMv4ARMv4ARM7TDMIARM7TDMIARM7TDMIARM7TDMI应用最广泛的应用最广泛的应用最广泛的应用最广泛的ARMARMARMARM体系结构体系结构体系结构体系结构ARMv5ARMv5ARMv5ARMv5ARM9E/ARM10EARM9E/ARM10EARM9E/ARM10EARM9E/ARM10E增加增加增加增加DSPDSPDSPDSP、JavaJavaJavaJava指令指令指令指令ARMv6ARMv6ARMv6ARMv6ARM11ARM11ARM11ARM11增加增加增加增加SIMDSIMDSIMDSIMD指令指令指令指令第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集3 3 3 31 1 1 1 ARMARMARMARM嵌入式微处理器概述嵌入式微处理器概述嵌入式微处理器概述嵌入式微处理器概述3.1.3 3.1.3 3.1.3 3.1.3 ARMARMARMARM架构版本与产品系列（续）架构版本与产品系列（续）架构版本与产品系列（续）架构版本与产品系列（续）ARM7ARM7ARM7ARM7：3 3 3 3级流水线（预取、译码、执行）级流水线（预取、译码、执行）级流水线（预取、译码、执行）级流水线（预取、译码、执行）ARM9ARM9ARM9ARM9：5 5 5 5级流水线（预取、译码、执行、级流水线（预取、译码、执行、级流水线（预取、译码、执行、级流水线（预取、译码、执行、访存、写入访存、写入访存、写入访存、写入）ARM10ARM10ARM10ARM10：6 6 6 6级流水线（预取、级流水线（预取、级流水线（预取、级流水线（预取、发送、发送、发送、发送、译码、执行、访存、写入）译码、执行、访存、写入）译码、执行、访存、写入）译码、执行、访存、写入）ARM11ARM11ARM11ARM11：8 8 8 8级流水线级流水线级流水线级流水线（预取、（预取、（预取、（预取、预取、预取、预取、预取、译码、发送、译码、发送、译码、发送、译码、发送、转换、转换、转换、转换、执行、访存、写入）执行、访存、写入）执行、访存、写入）执行、访存、写入）目前目前目前目前ARMARMARMARM水平：以水平：以水平：以水平：以ARM11ARM11ARM11ARM11为例为例为例为例工艺：工艺：工艺：工艺：90nM90nM90nM90nM工作主频：工作主频：工作主频：工作主频：1GHZ1GHZ1GHZ1GHZ第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集3 3 3 32 2 2 2 ARMARMARMARM微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构3.2.1 3.2.1 3.2.1 3.2.1 ARMARMARMARM微处理器体系结构概述微处理器体系结构概述微处理器体系结构概述微处理器体系结构概述 结构：结构：结构：结构：ARM7ARM7ARM7ARM7：冯冯冯冯.诺依曼诺依曼诺依曼诺依曼结构结构结构结构ARM9ARM9ARM9ARM9及以上版本及以上版本及以上版本及以上版本：哈佛哈佛哈佛哈佛结构结构结构结构支持的数据类型：支持的数据类型：支持的数据类型：支持的数据类型：1111字：字：字：字：32323232位位位位2222半字：半字：半字：半字：16161616位位位位3333字节：字节：字节：字节：8 8 8 8位位位位地址：地址：地址：地址：32323232位地址总线位地址总线位地址总线位地址总线最大寻址空间最大寻址空间最大寻址空间最大寻址空间4GB4GB4GB4GB第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集3 3 3 32 2 2 2 ARMARMARMARM微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构3.2.1 3.2.1 3.2.1 3.2.1 ARMARMARMARM微处理器体系结构概述微处理器体系结构概述微处理器体系结构概述微处理器体系结构概述 1.1.1.1.ALUALUALUALU逻辑结构逻辑结构逻辑结构逻辑结构2.2.2.2.桶形移位寄存器桶形移位寄存器桶形移位寄存器桶形移位寄存器3.3.3.3.高速乘法器高速乘法器高速乘法器高速乘法器4.4.4.4.浮点部件浮点部件浮点部件浮点部件5.5.5.5.控制器控制器控制器控制器第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集3 3 3 32 2 2 2 ARMARMARMARM微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构3.2.2 3.2.2 3.2.2 3.2.2 流水线流水线流水线流水线 1.1.1.1.流水线的设计流水线的设计流水线的设计流水线的设计2.2.2.2.ARMARMARMARM的的的的3 3 3 3级流水线级流水线级流水线级流水线3.3.3.3.ARMARMARMARM的的的的5 5 5 5级流水线级流水线级流水线级流水线第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集3 3 3 32 2 2 2 ARMARMARMARM微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构3.2.3 3.2.3 3.2.3 3.2.3 ARMARMARMARM的寄存器组织的寄存器组织的寄存器组织的寄存器组织 1.1.1.1.通用寄存器通用寄存器通用寄存器通用寄存器1 1 1 1）未分组寄存器未分组寄存器未分组寄存器未分组寄存器R0-R7R0-R7R0-R7R0-R7：所有所有所有所有模式下使用同一组寄存器模式下使用同一组寄存器模式下使用同一组寄存器模式下使用同一组寄存器2 2 2 2）分组寄存器分组寄存器分组寄存器分组寄存器R8-R14R8-R14R8-R14R8-R14：R8-R12R8-R12R8-R12R8-R12：FIQFIQFIQFIQ模式下使用模式下使用模式下使用模式下使用R8_fiq R12_fiqR8_fiq R12_fiqR8_fiq R12_fiqR8_fiq R12_fiq其余其余其余其余模式下使用模式下使用模式下使用模式下使用R8 R12R8 R12R8 R12R8 R12R13-R14R13-R14R13-R14R13-R14：系统系统系统系统/用户用户用户用户模式下使用模式下使用模式下使用模式下使用R13/R14R13/R14R13/R14R13/R14其余其余其余其余模式下使用对应该模式的模式下使用对应该模式的模式下使用对应该模式的模式下使用对应该模式的R13/R14R13/R14R13/R14R13/R14一般情况下：一般情况下：一般情况下：一般情况下：R13R13R13R13作为堆栈指针作为堆栈指针作为堆栈指针作为堆栈指针SPSPSPSPR14R14R14R14作为子程序返回指针作为子程序返回指针作为子程序返回指针作为子程序返回指针LPLPLPLP第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集3 3 3 32 2 2 2 ARMARMARMARM微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构3.2.3 3.2.3 3.2.3 3.2.3 ARMARMARMARM的寄存器组织的寄存器组织的寄存器组织的寄存器组织 1.1.1.1.通用寄存器通用寄存器通用寄存器通用寄存器3 3 3 3）R15R15R15R15：程序指针，相当于：程序指针，相当于：程序指针，相当于：程序指针，相当于PCPCPCPC在在在在ARMARMARMARM状态：状态：状态：状态：PCPCPCPC的的的的D1D1D1D1、D0D0D0D0=00=00=00=00在在在在ThumbThumbThumbThumb状态：状态：状态：状态：PCPCPCPC的的的的D0D0D0D0=0=0=0=0由于由于由于由于ARMARMARMARM采用多级流水线技术采用多级流水线技术采用多级流水线技术采用多级流水线技术对于对于对于对于ARMARMARMARM指令，指令，指令，指令，（PCPCPCPC）=当前指令地址当前指令地址当前指令地址当前指令地址+8 8 8 8 指向下两条指令的地址指向下两条指令的地址指向下两条指令的地址指向下两条指令的地址第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集用户模式用户模式用户模式用户模式系统模式系统模式系统模式系统模式管理模式管理模式管理模式管理模式中止模式中止模式中止模式中止模式未定义模式未定义模式未定义模式未定义模式中断模式中断模式中断模式中断模式快中断模式快中断模式快中断模式快中断模式 R0R0 R1R1 R2R2 R3R3 R4R4 R5R5 R6R6 R7R7 R8R8R8_fiqR8_fiq R9R9R9_fiqR9_fiq R10R10R10_fiqR10_fiq R11R11R11_fiqR11_fiq R12R12R12_fiqR12_fiq R13R13R13_svcR13_svcR13_abtR13_abtR13_undR13_undR13_irqR13_irqR13_fiqR13_fiq R14R14R14_svcR14_svcR14_abtR14_abtR14_undR14_undR14_irqR14_irqR14_fiqR14_fiq R15R15 CPSRCPSR -SPSR_svcSPSR_svcSPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_undSPSR_irqSPSR_irqSPSR_fiqSPSR_fiq第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集用户模式用户模式用户模式用户模式系统模式系统模式系统模式系统模式管理模式管理模式管理模式管理模式中止模式中止模式中止模式中止模式未定义模式未定义模式未定义模式未定义模式中断模式中断模式中断模式中断模式快中断模式快中断模式快中断模式快中断模式 R0 R0 R1 R1 R2 R2 R3 R3 R4 R4 R5 R5 R6 R6 R7 R7 R8 R8R8_fiqR8_fiq R9 R9R9_fiqR9_fiq R10 R10R10_fiqR10_fiq R11 R11R11_fiqR11_fiq R12 R12R12_fiqR12_fiq R13 R13R13_svcR13_svcR13_abtR13_abtR13_undR13_undR13_irqR13_irqR13_fiqR13_fiq R14 R14R14_svcR14_svcR14_abtR14_abtR14_undR14_undR14_irqR14_irqR14_fiqR14_fiq R15 R15 CPSR CPSR -SPSR_svcSPSR_svcSPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_undSPSR_irqSPSR_irqSPSR_fiqSPSR_fiq第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集用户模式用户模式用户模式用户模式系统模式系统模式系统模式系统模式管理模式管理模式管理模式管理模式中止模式中止模式中止模式中止模式未定义模式未定义模式未定义模式未定义模式中断模式中断模式中断模式中断模式快中断模式快中断模式快中断模式快中断模式 R0 R0 R1 R1 R2 R2 R3 R3 R4 R4 R5 R5 R6 R6 R7 R7 R8 R8R8_fiqR8_fiq R9 R9R9_fiqR9_fiq R10 R10R10_fiqR10_fiq R11 R11R11_fiqR11_fiq R12 R12R12_fiqR12_fiq R13R13R13_svcR13_svcR13_abtR13_abtR13_undR13_undR13_irqR13_irqR13_fiqR13_fiq R14R14R14_svcR14_svcR14_abtR14_abtR14_undR14_undR14_irqR14_irqR14_fiqR14_fiq R15 R15 CPSR CPSR -SPSR_svcSPSR_svcSPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_undSPSR_irqSPSR_irqSPSR_fiqSPSR_fiq第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集用户模式用户模式用户模式用户模式系统模式系统模式系统模式系统模式管理模式管理模式管理模式管理模式中止模式中止模式中止模式中止模式未定义模式未定义模式未定义模式未定义模式中断模式中断模式中断模式中断模式快中断模式快中断模式快中断模式快中断模式 R0 R0 R1 R1 R2 R2 R3 R3 R4 R4 R5 R5 R6 R6 R7 R7 R8 R8R8_fiqR8_fiq R9 R9R9_fiqR9_fiq R10 R10R10_fiqR10_fiq R11 R11R11_fiqR11_fiq R12 R12R12_fiqR12_fiq R13R13R13_svcR13_svcR13_abtR13_abtR13_undR13_undR13_irqR13_irqR13_fiqR13_fiq R14R14R14_svcR14_svcR14_abtR14_abtR14_undR14_undR14_irqR14_irqR14_fiqR14_fiq R15 R15 CPSR CPSR -SPSR_svcSPSR_svcSPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_undSPSR_irqSPSR_irqSPSR_fiqSPSR_fiq第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集用户模式用户模式用户模式用户模式系统模式系统模式系统模式系统模式管理模式管理模式管理模式管理模式中止模式中止模式中止模式中止模式未定义模式未定义模式未定义模式未定义模式中断模式中断模式中断模式中断模式快中断模式快中断模式快中断模式快中断模式 R0 R0 R1 R1 R2 R2 R3 R3 R4 R4 R5 R5 R6 R6 R7 R7 R8 R8R8_fiqR8_fiq R9 R9R9_fiqR9_fiq R10 R10R10_fiqR10_fiq R11 R11R11_fiqR11_fiq R12 R12R12_fiqR12_fiq R13R13R13_svcR13_svcR13_abtR13_abtR13_undR13_undR13_irqR13_irqR13_fiqR13_fiq R14R14R14_svcR14_svcR14_abtR14_abtR14_undR14_undR14_irqR14_irqR14_fiqR14_fiq R15 R15 CPSR CPSR -SPSR_svcSPSR_svcSPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_undSPSR_irqSPSR_irqSPSR_fiqSPSR_fiq第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集用户模式用户模式用户模式用户模式系统模式系统模式系统模式系统模式管理模式管理模式管理模式管理模式中止模式中止模式中止模式中止模式未定义模式未定义模式未定义模式未定义模式中断模式中断模式中断模式中断模式快中断模式快中断模式快中断模式快中断模式 R0 R0 R1 R1 R2 R2 R3 R3 R4 R4 R5 R5 R6 R6 R7 R7 R8 R8R8_fiqR8_fiq R9 R9R9_fiqR9_fiq R10 R10R10_fiqR10_fiq R11 R11R11_fiqR11_fiq R12 R12R12_fiqR12_fiq R13R13R13_svcR13_svcR13_abtR13_abtR13_undR13_undR13_irqR13_irqR13_fiqR13_fiq R14R14R14_svcR14_svcR14_abtR14_abtR14_undR14_undR14_irqR14_irqR14_fiqR14_fiq R15 R15 CPSR CPSR -SPSR_svcSPSR_svcSPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_undSPSR_irqSPSR_irqSPSR_fiqSPSR_fiq第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集用户模式用户模式用户模式用户模式系统模式系统模式系统模式系统模式管理模式管理模式管理模式管理模式中止模式中止模式中止模式中止模式未定义模式未定义模式未定义模式未定义模式中断模式中断模式中断模式中断模式快中断模式快中断模式快中断模式快中断模式 R0 R0 R1 R1 R2 R2 R3 R3 R4 R4 R5 R5 R6 R6 R7 R7 R8R8R8_fiqR8_fiq R9R9R9_fiqR9_fiq R10R10R10_fiqR10_fiq R11R11R11_fiqR11_fiq R12R12R12_fiqR12_fiq R13R13R13_svcR13_svcR13_abtR13_abtR13_undR13_undR13_irqR13_irqR13_fiqR13_fiq R14R14R14_svcR14_svcR14_abtR14_abtR14_undR14_undR14_irqR14_irqR14_fiqR14_fiq R15 R15 CPSR CPSR -SPSR_svcSPSR_svcSPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_undSPSR_irqSPSR_irqSPSR_fiqSPSR_fiq第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集3 3 3 32 2 2 2 ARMARMARMARM微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构3.2.3 3.2.3 3.2.3 3.2.3 ARMARMARMARM的寄存器组织的寄存器组织的寄存器组织的寄存器组织 2.2.2.2.程序状态寄存器程序状态寄存器程序状态寄存器程序状态寄存器包括：包括：包括：包括：状态寄存器状态寄存器状态寄存器状态寄存器CPSRCPSRCPSRCPSR：所有模式共同使用所有模式共同使用所有模式共同使用所有模式共同使用备份状态寄存器备份状态寄存器备份状态寄存器备份状态寄存器SPSRSPSRSPSRSPSR：除了除了除了除了系统系统系统系统/用户用户用户用户模式，其余各个模式，其余各个模式，其余各个模式，其余各个 模式各有一个对应的备份状态寄存器模式各有一个对应的备份状态寄存器模式各有一个对应的备份状态寄存器模式各有一个对应的备份状态寄存器 第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集3 3 3 32 2 2 2 ARMARMARMARM微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构3.2.3 3.2.3 3.2.3 3.2.3 ARMARMARMARM的寄存器组织的寄存器组织的寄存器组织的寄存器组织 2.2.2.2.程序状态寄存器程序状态寄存器程序状态寄存器程序状态寄存器CPSRCPSRCPSRCPSR D31 D30 D29 D28 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D31 D30 D29 D28 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D31 D30 D29 D28 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D31 D30 D29 D28 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0N N N N 符号标志符号标志符号标志符号标志 I=1I=1I=1I=1 中断禁止中断禁止中断禁止中断禁止 Z Z Z Z 零标志零标志零标志零标志 F=1F=1F=1F=1 快速中断禁止快速中断禁止快速中断禁止快速中断禁止 C C C C 进位标志进位标志进位标志进位标志 T=1T=1T=1T=1 ThumbThumbThumbThumb指令指令指令指令V V V V 溢出标志溢出标志溢出标志溢出标志N Z C V I F T M4 M3 M2 M1 M0N Z C V I F T M4 M3 M2 M1 M0第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集3 3 3 32 2 2 2 ARMARMARMARM微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构3.2.3 3.2.3 3.2.3 3.2.3 ARMARMARMARM的寄存器组织的寄存器组织的寄存器组织的寄存器组织 2.2.2.2.程序状态寄存器程序状态寄存器程序状态寄存器程序状态寄存器CPSRCPSRCPSRCPSR D31 D30 D29 D28 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D31 D30 D29 D28 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D31 D30 D29 D28 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D31 D30 D29 D28 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0M4 M3 M2 M1 M0M4 M3 M2 M1 M0M4 M3 M2 M1 M0M4 M3 M2 M1 M01 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 用户模式用户模式用户模式用户模式 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 FIQFIQFIQFIQ模式模式模式模式 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 IRQIRQIRQIRQ模式模式模式模式1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 管理模式管理模式管理模式管理模式 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 中止模式中止模式中止模式中止模式 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 未定义模式未定义模式未定义模式未定义模式1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 系统模式系统模式系统模式系统模式N Z C V I F T M4 M3 M2 M1 M0N Z C V I F T M4 M3 M2 M1 M0第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集3 3 3 32 2 2 2 ARMARMARMARM微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构3.2.4 3.2.4 3.2.4 3.2.4 ARMARMARMARM处理器模式处理器模式处理器模式处理器模式 （1 1 1 1）用户模式：用户模式：用户模式：用户模式：正常程序运行模式正常程序运行模式正常程序运行模式正常程序运行模式（2 2 2 2）*快中断模式：快中断模式：快中断模式：快中断模式：高速数据传输模式高速数据传输模式高速数据传输模式高速数据传输模式（3 3 3 3）*外中断模式：外中断模式：外中断模式：外中断模式：通用外中断模式通用外中断模式通用外中断模式通用外中断模式（4 4 4 4）*管理模式：管理模式：管理模式：管理模式：操作系统使用的保护模式操作系统使用的保护模式操作系统使用的保护模式操作系统使用的保护模式（5 5 5 5）*异常中止模式：异常中止模式：异常中止模式：异常中止模式：取指令取指令取指令取指令/数据发生异常时进入该模式数据发生异常时进入该模式数据发生异常时进入该模式数据发生异常时进入该模式（6 6 6 6）系统模式：系统模式：系统模式：系统模式：运行有特权的操作系统任务运行有特权的操作系统任务运行有特权的操作系统任务运行有特权的操作系统任务（7 7 7 7）*未定义指令终止模式：未定义指令执行时进入该模式未定义指令终止模式：未定义指令执行时进入该模式未定义指令终止模式：未定义指令执行时进入该模式未定义指令终止模式：未定义指令执行时进入该模式（2 2 2 2）-（7 7 7 7）：）：）：）：为特权模式为特权模式为特权模式为特权模式（2 2 2 2）-（5 5 5 5）、（）、（）、（）、（7 7 7 7）：）：）：）：为异常模式为异常模式为异常模式为异常模式第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集3 3 3 32 2 2 2 ARMARMARMARM微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构3.2.5 3.2.5 3.2.5 3.2.5 异常异常异常异常 1.ARM1.ARM1.ARM1.ARM体系结构所支持的异常类型体系结构所支持的异常类型体系结构所支持的异常类型体系结构所支持的异常类型1111复位：复位：复位：复位：复位引脚产生有效信号复位引脚产生有效信号复位引脚产生有效信号复位引脚产生有效信号2222未定义指令：未定义指令：未定义指令：未定义指令：遇到错误机器指令时遇到错误机器指令时遇到错误机器指令时遇到错误机器指令时3333软件中断：软件中断：软件中断：软件中断：执行执行执行执行SWISWISWISWI指令产生，用于实现系统功能调用指令产生，用于实现系统功能调用指令产生，用于实现系统功能调用指令产生，用于实现系统功能调用4444指令预取中止：指令预取中止：指令预取中止：指令预取中止：预取指令发生错误预取指令发生错误预取指令发生错误预取指令发生错误5555数据操作中止：数据操作中止：数据操作中止：数据操作中止：操作数据发生错误操作数据发生错误操作数据发生错误操作数据发生错误6666IRQIRQIRQIRQ外中断请求：外中断请求：外中断请求：外中断请求：IRQIRQIRQIRQ引脚产生引脚产生引脚产生引脚产生7777FIQFIQFIQFIQ快速中断请求：快速中断请求：快速中断请求：快速中断请求：FIQFIQFIQFIQ引脚产生引脚产生引脚产生引脚产生 第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集3 3 3 32 2 2 2 ARMARMARMARM微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构3.2.5 3.2.5 3.2.5 3.2.5 异常异常异常异常 1.ARM1.ARM1.ARM1.ARM体系结构所支持的异常类型体系结构所支持的异常类型体系结构所支持的异常类型体系结构所支持的异常类型异常异常异常异常类型类型类型类型对应的对应的对应的对应的异常模式异常模式异常模式异常模式1111复位：复位：复位：复位：管理管理管理管理模式模式模式模式2222未定义指令：未定义指令：未定义指令：未定义指令：未定义未定义未定义未定义模式模式模式模式3333软件中断：软件中断：软件中断：软件中断：管理管理管理管理模式模式模式模式4444指令预取中止：指令预取中止：指令预取中止：指令预取中止：中止中止中止中止模式模式模式模式5555数据操作中止：数据操作中止：数据操作中止：数据操作中止：中止中止中止中止模式模式模式模式6666IRQIRQIRQIRQ外中断请求：外中断请求：外中断请求：外中断请求：中断中断中断中断模式模式模式模式7777FIQFIQFIQFIQ快速中断请求：快速中断请求：快速中断请求：快速中断请求：快中断快中断快中断快中断模式模式模式模式第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集3 3 3 32 2 2 2 ARMARMARMARM微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构3.2.5 3.2.5 3.2.5 3.2.5 异常异常异常异常 2.2.2.2.对异常的响应对异常的响应对异常的响应对异常的响应1111下一条指令地址保存到相应连接寄存器下一条指令地址保存到相应连接寄存器下一条指令地址保存到相应连接寄存器下一条指令地址保存到相应连接寄存器LRLRLRLR（R14R14R14R14）ARMARMARMARM状态：状态：状态：状态：保存保存保存保存PC+PC+PC+PC+8 8 8 8/PC+/PC+/PC+/PC+4 4 4 4（根据异常类型）（根据异常类型）（根据异常类型）（根据异常类型）以三级流水线为例：以三级流水线为例：以三级流水线为例：以三级流水线为例：20000002000000200000020000000 0 0 0H H H H第一条指令第一条指令第一条指令第一条指令（正在（正在（正在（正在执行执行执行执行）20000002000000200000020000004 4 4 4H H H H第二条指令第二条指令第二条指令第二条指令（正在（正在（正在（正在译码译码译码译码）20000002000000200000020000008 8 8 8H H H H第三条指令第三条指令第三条指令第三条指令（正在（正在（正在（正在取指取指取指取指）ThimbThimbThimbThimb状态：状态：状态：状态：保存当前保存当前保存当前保存当前PCPCPCPC的偏移量的偏移量的偏移量的偏移量 第三章第三章 ARMARM微处理器体系结构与指令集微处理器体系结构与指令集3 3 3 32 2 2 2 ARMARMARMARM微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构微处理器体系结构3.2.5 3.2.5 3.2.5 3.2.5 异常异常异常异常 2.2.2.2.对异常的响应对异常的响应对异常的响应对异常的响应2222将将将将CPSRCPSRCPSRCPSR内容复制到内容复制到内容复制到内容复制到SPSRSPSRSPSRSPSR之中。之中。之中。之中。3333根据异常类型，强行设置根据异常类型，强行设置根据异常类型，强行设置根据异常类型，强行设置CPSRCPSRCPSRCPSR之中的运行模式位之中的运行