嵌入式arm系统原理

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1、嵌入式ARM系统1．1．1嵌入式系统的定义IEEE的定义：嵌入式系统是用来控制、监控或者辅助操作机器、装置、工厂等大规模系统的设备。我国通常定义：嵌入式系统（EmbeddedSystem）就是嵌入到目标体系中的专用计算机系统。嵌入性、专用性与计算机系统是嵌入式系统的3个基本要素。具体地讲，嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁减，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。1．1．2嵌入式系统的特点1．嵌入式系统是专用的计算机系统2．嵌入式系统须满足系统应用环境的要求

2、3．嵌入式系统需满足对象系统的控制要求4．嵌入式系统是一个知识集成应用系统5．嵌入式系统具有较长的应用生命周期6．嵌入式系统软件固化在非易失性存储器中7．多数嵌入式系统具有实时性要求8．嵌入式系统设计需专用的开发环境和工具1．嵌入式系统发展的4个阶段1）以单片机为核心的低级嵌入式系统2）以嵌入式微处理器为基础的初级嵌入式系统3）以嵌入式操作系统为标志的中级嵌入式系统4）以Internet为标志的高级嵌入式系统基于32位/64位微处理器的嵌入式系统的优点：①芯片内外资源丰富，硬件系统简单；②可运行各种操作系统，降低了复杂系

3、统应用程序开发的难度；可运行多种操作系统，应用程序开发难度降低，系统人机界面友好；③系统数据处理能力强，控制精度高；④有成熟的开发工具，丰富的开发资源和资料；⑤32位/64位的嵌入式系统的开发人群不断增多，有助于降低企业项目开发成本、保持开发的连续性。1．4．1嵌入式处理器的种类嵌入式微处理器（EmbeddedMicrocomputerUnit，EMPU）、嵌入式微控制器（EmbeddedMicrocontrollerUnit，EMCU）嵌入式数字信号处理器（EmbeddedDigitalSignalProcessor，

4、EDSP）嵌入式片上系统（SystemOnChip，SOC）嵌入式可编程片上系统（SystemOnaProgrammableChip，SOPC)。1．6．1嵌入式系统的总体考虑1．嵌入式微处理器及操作系统的选择2．开发工具的选择3．对目标系统的观察与控制嵌入式系统的开发环境一般由三个部分组成：宿主机、调试仿真器和目标机。1．指令集模拟器2．驻留监控软件3．JTAG仿真器4．在线仿真器1．7．3嵌入式系统的应用模式1．非操作系统层次的应用2．操作系统非GUI层次的应用3．操作系统GUI层次的应用1．7．4嵌入式应用软件的开

5、发特点1．需要交叉编译工具2．通过仿真手段进行调试3．目标机是最终的运行环境4．执行应用程序的指令通常写入操作系统5．系统资源有限6．控制特定部件目前世界上有四大流派的嵌入式处理器内核生产厂家及嵌入式处理器内核MIPS处理器内核，ARM处理器内核，PowerPC，68K/COLDFIRE。嵌入式处理器内核是一个设计技术，并不是一个芯片，内核的设计一般追求高速度、低功耗、易于集成。ARM7采用3级流水线结构，采用冯·诺依曼体系结构（程序存储器与数据存储器统一编址）。ARM9采用5级流水线，采用哈佛体系结构（程序存储器与数据

6、存储器分开独立编址）。ARM10采用6级流水线2ARM体系结构的技术特征（1）单周期操作（2）采用加载/存储指令结构（3）固定的32位长度指令4）3地址指令格式（5）指令流水线技术3）ARM与Thumb间的切换（1）由ARM状态切换到Thumb状态。通过BX指令可将ARM状态切换到Thumb状态，即当操作数寄存器的最低位为1时，可执行BX指令使微处理器进入Thumb状态。（2）由Thumb状态切换到ARM状态。通过BX指令可将Thumb状态切换到ARM状态，即当操作数寄存器的最低位为0时，可执行BX指令使微处理器进入AR

7、M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，系统将自动进入ARM状态。1）通用寄存器通用寄存器有31个，其中不分组的寄存器有8个（R0～R7）；在快速中断模式下，R8～R12标有fiq，代表快速模式专用，与其他模式地址重叠，但模式不同，因此寄存器内容并不冲突，共2组计10个寄存器；R13～R14除了用户模式和系统模式分别为堆栈指针（StackPointer，SP）和程序链接寄存器（LinkRegister，LR）之外，其他模式下均有自己独特的标记方式，是专用于特定模式的寄存器，共6组计12个；另外还有作为P

8、C的R15，这样通用寄存器共31个。所有通用寄存器均为32位结构2）状态寄存器状态寄存器共6个，除了共用的CPSR外还有分组的SPSR（5组共5个）。程序状态寄存器的格式如图2．1所示，其中条件码标志4个（N，Z，C，V），还有Q标志以及8个控制位（I，F，T，M4～M0）。313029282726...876543