嵌入式系统原理及应用-Chapter3-ARM7TDMI简介

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1、第三章ARM7TDMI简介主要内容概述结构和框图3级流水线结构ARM处理器的寻址方式异常主要内容中断延迟复位指令的预取和自修改代码协处理器接口调试接口简介3.1ARM7TDMI概述ARM7TDMI概述：ARM7TDMI是目前应用最广泛的ARM家族成员之一。在应用中比较常见的芯片有：Atmel公司的AT91系列芯片、Samsung公司的S3C系列芯片和Cirrus公司的EP7系列等。ARM7TDMI基于ARM体系结构V4版本，是目前低端的ARM核。具有广泛的应用，其最显著的应用为数字移动电话。注意：“ARM核”并不是芯片，ARM核与其它部件如RAM、ROM、片内外设组合在

2、一起才能构成现实的芯片。3.1ARM7TDMI概述ARM7TDMI概述：ARM7TDMI支持32位寻址范围，并弥补了ARM6不能在低于5V电源电压下工作的不足。ARM7TDMI的后缀意义为：支持高密度16位的Thumb指令集；支持片上调试；支持64位乘法；支持EmbededICE观察硬件；ARM7TDMI的可综合（synthesizable）版本（软核），对应用工程师来说其编程模型与ARM7TDMI一致；ARM7TDMI-S3.1ARM7TDMI概述ARM7TDMI概述：ARM7TDMI处理器是ARM通用32位微处理器家族的成员之一。它具有优异的性能，但功耗却很低，使用

3、门的数量也很少。它属于精简指令集计算机（RISC），比复杂指令集计算机（CISC）要简单得多。这样的简化实现了：高的指令吞吐量；出色的实时中断响应；小的、高性价比的处理器宏单元。3.1ARM7TDMI概述ARM7TDMI概述：3.2ARM7TDMI的模块和内核框图ARM7TDMI模块ADDR[31:0]WDATA[31:0]RDATA[31:0]数据总线扫描线2扫描线1协处理器接口信号主核周围有2个扫描线，这是为外部调试服务的扫描逻辑。主核和外部的总线连接是通过数据总线模块进行的。数据总线的输入和输出是分开的，而地址线是共用的，也就是说共有32条输出数据总线、32条输入

4、数据总线和32条地址总线。3.2ARM7TDMI的模块和内核框图TAP(testaccessingport):用于ARM进行测试和调试。一般外部调试主机使用JTAG通过串行通信来访问ARM处理器，这是一种比较方便的、以ARM为核的单片机的调试方法。ICE(InCircuitEmulator)在线仿真是一个支持片上调试的单元。从图上可以看出：这个结构只包括两个部分：一部分是ARM内核和总线；另一个部分是支持仿真调试的关联部件。3.2ARM7TDMI的模块和内核框图外部嵌入式跟踪宏单元（ETM）连接到ARM7TDMI处理器，这样就能够实现对正在执行的处理器进行代码的实时跟踪

5、。ETM直接连接到ARM内核而不是主AMBA系统总线。它将跟踪信息压缩并通过一个窄带跟踪端口输出。ETM接口简介简介3.2ARM7TDMI的模块和内核框图ARM7TDMI模块地址寄存器寄存器组31*32位寄存器（6个状态寄存器）地址增加器乘法器桶形移位器32位ALU写数据寄存器指令管线读数据寄存器Thumb指令译码器指令译码和控制逻辑ADDR[31:0]CLKCLENCFGBIGENDnIRQnFIQnRESETABORTLOCKWRITESIZE[1:0]PROT[1:0]TRANS[1:0]DBG输出DBG输入CP控制CP握手WDATA[31:0]RDATA[31:

6、0]扫描调试控制3.2ARM7TDMI的模块和内核框图ARM7TDMI模块3.3三级流水线结构三级流水线ARM7TDMI处理器使用流水线来增加处理器指令流的速度。这样可使几个操作同时进行，并使处理和存储器系统连续操作，能提供0.9MIPS/MHz的指令执行速度。ARM7TDMI的流水线分3级，分别为：取指译码执行3.3三级流水线结构三级流水线正常操作过程中，在执行一条指令的同时对下一条指令进行译码，并将第三条指令从存储器中取出。这三条指令之间的位置关系如下表所示：流水线上各指令的地址流水线工位描述ARM指令集Thumb指令集PCPC取指指令从存储器中取出PC-4PC

7、-2译码对指令使用的寄存器进行译码PC-8PC-4执行从寄存器组中读出寄存器，执行移位和ALU操作，寄存器被写回到寄存器组中存储器访问ARM7TDMI处理器使用了冯·诺依曼（VonNeumann）结构，指令和数据共用一条32位总线。只有装载、存储和交换指令可以对存储器中的数据进行访问。数据可以是字节（8位）、半字（16位）或者字（32位）。存储器访问计算机结构说明：“冯·诺依曼”结构：把代码作为一种特殊的数据来操作，指令总线和数据总线及其存储区域是统一的；“哈佛”结构：指令总线和数据总线及其存储区是分开、独立的。存储器访问ARM7TDMI