第2章 ARM编程模型与指令集.ppt

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1、第二章ARM编程模型与指令集2.1ARM编程模型2.2ARM处理器的指令系统2.3ARM汇编语言编程10/6/202112.1.1ARM的特点与其他处理器相比，ARM具有以下特点非常多的通用寄存器37个没有硬件堆栈LOAD/STORE体系多种处理器工作模式以及影子寄存器指令等长2.1ARM编程模型介绍10/6/20212ARM作为RISC处理器的特征RISC的特征通过Load/Store在寄存器和内存中进行数据传递，数据处理的操作只针对寄存器的内容，而不直接对存储器进行操作。简单的寻址模式，所有Load/Store的地址都只由寄存器内容和指

2、令域决定统一和固定长度的指令域，简化了指令的译码此外，ARM体系结构还提供每一条数据处理指令都对算术逻辑单元（ALU）和移位器控制，以实现对ALU和移位器的最大利用。多寄存器装载和存储指令实现最大数据吞吐量所有指令的条件执行实现了最快速的代码执行地址自动增加和自动减少的寻址模式实现了程序循环的优化10/6/202132.1.2ARM7TDMI的组成主要组成部分如下：寄存器堆：用来存储处理器的状态。它有两个读端口和一个写端口，而R15（程序寄存器）则有三个读端口和一个写端口。桶形移位器：能使一个操作数移动或循环任意位。ALU：完成指令集所需要

3、的算术和逻辑功能。地址寄存器与累加器：选择或使用已有的存储器地址，在需要时产生下一个地址。数据寄存器：用来暂存输入或传出存储器的数据指令译码器和控制逻辑。10/6/202142.1.2ARM7TDMI的组成（图）10/6/20215ARM7TDMI的数据流在一个单循环数据处理指令中，将采用两个寄存器的操作数。B总线上的数据将通过移位与A总线上的数据在ALU中合并，结果被写回寄存器组。程序寄存器中的值将存进地址寄存器，再从这里放进加法器，加后的值再写回寄存器库中的R15和地址寄存器，作为下一指令的取地址。10/6/202162.1.3ARM7

4、TDMI的三级流水线取指：从存储器中取出指令并放进指令流。译码：指令译码，数据控制信号将准备下一个周期。这一阶段，指令拥有译码逻辑，但不拥有数据路径。执行：指令拥有数据路径；寄存器组被读，一个操作数被移位，ALU产生的结果被写回目标寄存器。预取（Fetch）译码(Decode)执行(Execute)预取（Fetch）译码(Decode)执行(Execute)访存(Memory)写入（Write）预取（Fetch）译码(Decode)发送(Issue)预取（Fetch）预取（Fetch）执行(Execute)访存(Memory)写入（Writ

5、e）译码(Decode)发送(Issue)执行(Execute)转换（Snny）访存(Memory)写入（Write）ARM7ARM9ARM10ARM1110/6/202172.1.4ARM的工作模式ARM的七种运行模式处理器模式说明备注用户(usr)正常程序执行模式不能直接切换到其它模式系统(sys)运行操作系统的特权任务与用户模式类似，但具有可以直接切换到其它模式等特权快中断(fiq)支持高速数据传输及通道处理FIQ异常响应时进入此模式中断(irq)用于通用中断处理IRQ异常响应时进入此模式管理(svc)操作系统保护模式系统复位和软件中

6、断响应时进入此模式中止(abt)用于支持虚拟内存和/或存储器保护在ARM7TDMI没有大用处未定义(und)支持硬件协处理器的软件仿真未定义指令异常响应时进入此模式8086微处理器没有工作模式之分!10/6/20218特权模式处理器模式说明备注用户(usr)正常程序工作模式不能直接切换到其它模式系统(sys)用于支持操作系统的特权任务等与用户模式类似，但具有可以直接切换到其它模式等特权快中断(fiq)支持高速数据传输及通道处理FIQ异常响应时进入此模式中断(irq)用于通用中断处理IRQ异常响应时进入此模式管理(svc)操作系统保护代码系统

7、复位和软件中断响应时进入此模式中止(abt)用于支持虚拟内存和/或存储器保护在ARM7TDMI没有大用处未定义(und)支持硬件协处理器的软件仿真未定义指令异常响应时进入此模式除用户模式外，其它模式均为特权模式。ARM内部寄存器和一些片内外设在硬件设计上只允许（或者可选为只允许）特权模式下访问。此外，特权模式可以自由的切换处理器模式，而用户模式不能直接切换到别的模式。未定义(und)中止(abt)管理(svc)中断(irq)快中断(fiq)系统(sys)10/6/20219异常模式处理器模式说明备注用户(usr)正常程序工作模式不能直接切换

8、到其它模式系统(sys)用于支持操作系统的特权任务等与用户模式类似，但具有可以直接切换到其它模式等特权快中断(fiq)支持高速数据传输及通道处理FIQ异常响应时进入此模式中断(i