ARM体系结构与编程

嵌入式系统教案

武汉创维特信息技术有限公司2013-8-11

提纲

第二章 ARM体系结构及编程模型1ARM技术的应用领域及特点

2 ARM微处理器系列3 ARM处理器的工作状态 4 ARM处理器的工作模式

5

ARM处理器的存储器格式

6 ARM 处理器的寄存器组织

7

ARM 异常处理 2

ARM技术的应用领域及特点

ARM-Advanced RISC Machines ARM(Advanced RISC Machines),既可以认为是 一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称， 还可以认为是一种技术的名字。 1991年ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设 计技术的授权。

ARM技术的应用领域及特点

ARM 公司的Chip less模式 世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处 理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路， 从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。 基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处 理器75%以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们 生活的各个方面。 我国的中兴集成电路、大唐电讯、中芯国际和上海华虹， 以及国外的一些公司如德州仪器、意法半导体、Philips、 Inte

嵌入式系统教案

武汉创维特信息技术有限公司2013-8-11

提纲

第二章 ARM体系结构及编程模型1ARM技术的应用领域及特点

2 ARM微处理器系列3 ARM处理器的工作状态 4 ARM处理器的工作模式

5

ARM处理器的存储器格式

6 ARM 处理器的寄存器组织

7

ARM 异常处理 2

ARM技术的应用领域及特点

ARM-Advanced RISC Machines ARM(Advanced RISC Machines),既可以认为是 一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称， 还可以认为是一种技术的名字。 1991年ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设 计技术的授权。

ARM技术的应用领域及特点

ARM 公司的Chip less模式 世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处 理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路， 从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。 基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处 理器75%以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们 生活的各个方面。 我国的中兴集成电路、大唐电讯、中芯国际和上海华虹， 以及国外的一些公司如德州仪器、意法半导体、Philips、 Inte

ARM体系结构ARM体系结构ARM体系结构ARM体系结构ARM体系结构ARM体系结构

ARM体系结构广嵌教育

ARM体系结构ARM体系结构ARM体系结构ARM体系结构ARM体系结构ARM体系结构

第二章 ARM体系结构2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 ARM处理器工作状态 ARM处理器工作模式 ARM寄存器 ARM的异常中断 ARM的存储体系 ARM片上总线

ARM体系结构ARM体系结构ARM体系结构ARM体系结构ARM体系结构ARM体系结构

2.1 ARM处理器工作状态ARM状态。32位，ARM状态下执行字对齐的32位 ARM指令。 Thumb状态。16位，Thumb状态下执行半字对齐 的16位Thumb指令。 在程序执行的过程中，处理器可在2中状态下切换。切换时不影响处理器的模式国寄存器的内容。 两种指令集有相应的状态切换命令。 ARM处理器开始执行代码的时候，只能处于ARM状态

ARM体系结构ARM体系结构ARM体系结构ARM体系结构ARM体系结构ARM体系结构

2.2 ARM处理器工作模式ARM微处理器支持7种工作模式用户模式( 用户模式(usr): ARM的正常运行模式，通常用来执行一般的应 ) 用程序。 快速中断模式( ) 快速中

模拟试题（一）

第一题：名词解释 (每题5分，共20分)

1. 软件体系结构（Software Architecture）

2. 软件体系结构风格（Software Architecture Style） 3. 软件质量属性

4. 质量属性驱动的设计方法（ADD）

第二题： 单项选择 (每题4分，共20分)

1. 下面哪种策略能够用来满足可测试性（Testability）的质量属性?

A) 心跳（Heartbeat） B) 模块的抽象化（Generalize the module） C) 记录/重放 D) 授权用户

2. “系统在提供服务给合法用户的同时抵制未授权使用的能力”这是哪种质量属性关心的问题？

A) 性能 B) 可测试性 C) 可移植性 D) 安全性

3. 下面哪种视图不属于软件体系结构中定义的“4+1”视图? A) 物理视图 B) 设计视图 C) 场景视图

MIPS CPU 体系结构概述 http://www.xtrj.org/mips/ 陈怀临

1。序言

本文介绍MIPS体系结构，着重于其寄存器约定，MMU及存储管理，异常和中断处理等等。

通过本文，希望能提供一个基本的轮廓概念给对MIPS CPU及之上OS有兴趣的读者。

并能开始阅读更详细的归约(SPECIFICATION)资料。

MIPS是最早的，最成功的RISC(Reduced Instruction Set Computer)处理 器之一，起源于Stanford Univ的电机系. 其创始人 John L. Hennessy在1984年在硅谷创立

了MIPS INC. 公司(www.mips.com)。John L. Hennessy目前是Stanford Univ. 的校长。在此之前，他是 Stanford电子工程学院的Dean。CS专业的学生都知道两本著名的书： “Computer Organization and Design : The Hardware/Software Interface” 和 ”Computer Architecture : A Quantitative Approach“。其

班 级 学 号 姓 名

总2010 －2011 学年第 2 学期

分 课程名称：计算机体系结构

得分 一．填空题（每小题 1 分，共 15 分） 1. 计算机系统结构是指由 程序员 所看到的计算机的属性，即 和功能特性。

2. Amdahl定律的一个重要推论是，如果只针对整个任务的一部分进行优

化，那么所获得的加速比不大于 1/(1-可改进比例) 。 3. 软件兼容是指同一个软件可以不加修改地运行于体系结构 相同的各档机器上，它们获得的 结果 一样，差别只在于 运行时间 不同。

4.CPU中用于存储操作数的3种存储单元分别为堆栈、 累加器 和 寄存器 。

5. DLX指令有3种指令格式，分别是I类型指令、 R类型 指令和 J类型 指令。

6．流水线中的相关分为数据相关、 结构相关 和 控制相关 三类。 7. Cache主要是为解决主存 速度 满足不了要求而提出来的，而虚拟存储器主要是为解决主存 容量 满足不了要求而提出来的。

8. 增加Cache块大小可以降低 强制性 失效，但同时也会增大 冲突性 失效。 得分 二．选择题（

MIPS CPU 体系结构概述 http://www.xtrj.org/mips/ 陈怀临

1。序言

本文介绍MIPS体系结构，着重于其寄存器约定，MMU及存储管理，异常和中断处理等等。

通过本文，希望能提供一个基本的轮廓概念给对MIPS CPU及之上OS有兴趣的读者。

并能开始阅读更详细的归约(SPECIFICATION)资料。

MIPS是最早的，最成功的RISC(Reduced Instruction Set Computer)处理 器之一，起源于Stanford Univ的电机系. 其创始人 John L. Hennessy在1984年在硅谷创立

了MIPS INC. 公司(www.mips.com)。John L. Hennessy目前是Stanford Univ. 的校长。在此之前，他是 Stanford电子工程学院的Dean。CS专业的学生都知道两本著名的书： “Computer Organization and Design : The Hardware/Software Interface” 和 ”Computer Architecture : A Quantitative Approach“。其

《高级计算机体系结构》实验

实验1 简单CPU设计

一．实验目的

设计实现简单CPU，熟悉并掌握指令结构，利用verilog编写各个子模块。

二．实验原理 1.CPU设计

CPU概念设计如图1所示：

图1

2.指令集

（1）本实验设计一个可以运行4条指令的简单CPU （2）指令格式：opcode（2 bit）＋ addr（6 bit） （3）具体4条指令如表1： 表1 指令结构 Inst Op Addr Operation ADD AND INC JMP 00 01 10 11 XXXXXX XXXXXX XXXXXX XXXXXX 加 法： AC<-AC+M[Addr] 逻辑与： AC<-AC^M[Addr] 加 1： AC<-AC+1 跳 转： PC<-Addr 3.寄存器组织

（1）累加器（AC）

a．提供ADD，AND操作的一个操作数

b．存放ADD，AND操作的结果

（2）用户不可见寄存器

a．地址寄存器（AR）：6bit，提供访问存储器单元地址

《高级计算机体系结构》实验

b．程序计数器（PC）：6bit，存放下一条指令在存储器单元中的地址 c．数据寄存器（DR）：8bit，存放从访问存储器单元的内容 d．指令寄存器（IR）：2bit，存放当前取出的指令的操作码部分

4.指令的执行

指令的执行过程如图2：

图2

（1）取指

FETCH1: AR<- PC

FETCH2: D

以下内容集合了网上收集的硬件知识、本人的安装使用体会，以及跟帖中各位提供的理论或经验，本人在此汇总整理。注意，仅仅针对64位CPU，希望对大家有所帮助。

就硬件层面，现在CPU的地址总线、芯片组BIOS等基本上已经对4GB以上容量的内存提供了良好支持。目前，对大内存的使用，系统的内存寻址能力、使用机制才是关键。

一、32位windows系统使用内存的限制

参考此文：

http://www.shineblog.com/user1/16922/archives/2008/986614.shtml

x86的32架构允许的最大内存寻址空间为4GB，如果想要32位系统支持4GB以上内存寻址空间的话，就要用PAE的特殊内核，采用特殊方式访问，但是系统效率会比原生的64位系统低。即使32位系统显示出4G内存，也发挥不出4G内存的能量，2G和4G是差不多的。

PAE-----Intel Physical Address Extension（物理地址扩展），是36位内存寻址模式，允许32系统寻址能力超过4GB。PAE需要适当的硬件和操作系统支持。处理器为Intel Pentium Pro以上，操作系统支持Windows NT 4.0企业版，Wi

软件体系结构

姓 名：学 号：班 级：院 系：日 期：任课教师：课程报告

陈鹏 软件1W 计算机工程学院 陈晓平

10144103 10 2012.11.18

目录

1 引言............................................................................................................................ 2 1.1编写目的 .........................................................................................