嵌入式Linux应用程序开发详解

《嵌入式Linux应用程序开发详解》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、ARM体系结构李曦llxx@ustc.edu.cn计算机系计算机应用研究室2006年9月内容提要•ARM体系结构概览–嵌入式微处理器体系结构–ARM历史–ARM体系结构特征–ARM片上总线AMBA–ARM对调试的支持•ARM编程模型–ARM微处理器的工作状态–ARM体系结构的存储器模式–ARM微处理器的操作模式–ARM体系结构的寄存器组织–ARM微处理器的异常状态–虚存管理llxx@ustc.edu.cn2/130计算机体系结构•冯.诺依曼结构（vonNeumannarchitecture）程序及数

2、据–五大部件：ALU，Controller,Memory,Input,Output–程序指令和数据放在同一存储器的不同物理位置，CPU通过同一条总线访问程序和数据，程序指令和数据的宽度是相同的–存储程序(storedprogram)：程序以数字形式存在，可以与数据一样被读写•哈佛体系结构（Harvardarchitecture）–程序与数据有单独的存储器，它们通过不同程序数据的总线来访问–首先到程序指令存储器中读取程序指令，解码后得到数据地址，再到相应的数据存储器中读取数据，并执行。在执行一条指令的

3、同时可以预先读取下一条指令–指令和数据可以有不同的数据宽度(如PIC的程序指令是14位，而数据是8位）llxx@ustc.edu.cn3/130复杂指令集计算机CISC•背景：–存储资源紧缺,强调编译优化–增强指令功能，设置一些功能复杂的指令以减少完成一个任务所需的指令数目–通过减少指令数达到提高运行数度的目的•特点:–指令格式不固定，指令可长可短，操作数可多可少–寻址方式复杂多样，操作数可来自寄存器，也可来自存储器–使用微代码。指令集可以直接在微代码记忆体（比主记忆体的速度快很多）里执行–允许设计

4、师实现CISC体系机器的向上相容。新的系统可以使用一个包含早期系统的指令超集合–微程式指令的格式与高阶语言相匹配，因而编译器的设计较简单–CPI>５，指令越复杂，CPI越大llxx@ustc.edu.cn4/130Example(8051)llxx@ustc.edu.cn5/130CISC的缺陷•指令使用频度不均衡：–“80~20”理论：80%的计算任务只需要调用处理器20%的指令就能完成典型指令使用频度–扩充的复杂指令往往是低频度指令•大量复杂指令的控制逻辑不规整，指令类型使用指令使用频度不适于V

5、LSI工艺数据传送类43%–微程序的使用反而制约了速度提高(微码的存控速度比CPU慢5-10倍)转/跳控制类23%•CISC指令的格式长短不一，需要不算术运算类15%同的时钟周期来完成。–执行较慢的指令，将影响整台机器比较类13%的执行效率。逻辑运算类5%–不利于采用先进指令级并行技术。•软硬功能分配其他1%–复杂指令增加硬件的复杂度，使指令执行周期大大加长，直接访存次数增多，数据重复利用率低。llxx@ustc.edu.cn6/130RISC基本设计思想•精简指令集:保留最基本的,去掉复杂、使用频

6、度不高的指令(选取运算指令、加载、存储指令和转移指令作主指令集)，以减小CPI:CPUtime=IC*CPI*CCIC—程序中指令数CPI—每条指令执行所用周期数CC—时钟周期时间•复杂指令可通过对简单基本的指令组合而成•每条指令的长度都是相同的，大部分指令可以在一个机器周期里完成•采用多级指令流水线结构,处理器在同一时间内可执行多条指令•采用加载(Load)、存储(Store)结构，统一存储器访问方式，只允许Load和Store指令执行存储器操作，其余指令均对寄存器操作。•大大增加通用寄存器的数量

7、,ALU只与寄存器文件直接连接。•采用高速缓存(cache)结构，为保证指令不间断地传送给CPU运算器，CPU设置了一定大小的Cache以扩展存储器的带宽，满足CPU频繁取指需求。一般有两个独立Cache，分别存放“指令＋数据”llxx@ustc.edu.cn7/130RISCCPUExample(ARM)llxx@ustc.edu.cn8/130PipeliningofInstructions•RISCprocessorsaimtoexecuteoneinstructionperclockcycl

8、e。•RISCprocessorsbreakthecompletefetched,decodeandexecutionprocessintoseveralstages。•Atanyonetimetherewillbeaninstructionateachstage,soforafivestagepipelinetherewillbefiveinstructionsinflight。llxx@ustc.edu.cn9/130Architecturalfeaturesof