1、嵌入式系统开发方法与调试

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1、嵌入式系统开发方法与调试ARM体系结构硬件工程师的成长之路•8位单片机——8051•汇编言、（交叉）编译器、原理图&PCB…•16位处理器——DSP•C语言、流水线、锁频环、哈佛结构…•可编程逻辑器件——GAL、CPLD、FPGA•硬件描述语言、数字电路的根本…作为当代的一个硬件工程师，这些词语并不陌生，这可能是大多数做硬件人的成长之路。嵌入式处理器时代常见的嵌入式处理器核：•ARM•MIPS•PowerPC•68K•x86冯·诺依曼体系结构模型存储器指令寄存器程序控制器指令0指令1指令2指令3指令4数据通道数据输入输出中央处理器数

2、据0数据1数据2哈佛体系结构地址程序存储器指令寄存器指令0控制器指令1指令指令2地址数据存储器数据通道输入输出数据0中央处理器数据1数据数据2CISC和RISCCISC：复杂指令集（ComplexInstructionSetComputer）具有大量的指令和寻址方式8/2原则：80%的程序只使用20%的指令大多数程序只使用少量的指令就能够运行。RISC：精简指令集（ReducedInstructionSetComputer)在通道中只包含最有用的指令确保数据通道快速执行每一条指令使CPU硬件结构设计变得更为简单流水线流水线技术：几个

3、指令可以并行执行提高了CPU的运行效率内部信息流要求通畅流动Add取指译码执行addSub取指译码执行subCmp取指译码执行cmp时间高速缓存（CACHE）1、为什么采用高速缓存微处理器的时钟频率比内存速度提高快得多，高速缓存可以提高内存的平均性能。2、高速缓存的工作原理高速缓存是一种小型、快速的存储器，它保存部分主存内容的拷贝。数据高速CACHE缓CPU存主存控制地址器数据说说ARMARM•ARM（AdvancedRISCMachines）公司是全球领先的16/32位RISC微处理器知识产权设计供应商。•ARM公司通过转让它的高

4、性能、低成本、功耗低的RISC微处理器、外围和系统芯片设计技术给合作伙伴来生产各具特色的芯片。•ARM公司已成为移动通信、手持设备、多媒体数字消费嵌入式解决方案的RISC标准。ARM体系结构版本-1•Version1(obsolete)•基本数据处理•字节,字以及多字load/store•软件中断•26bit地址总线•Version2(obsolete)•Multiply&Multiply-accumulate•支持协处理器•支持线程同步•26bit地址总线ARM体系结构版本-2òV3版本推出32位寻址能力,结构扩展变化为©T—16

5、位压缩指令集©M—增强型乘法器,产生全64位结果(32X32⇒64or32X32+64⇒64)òV4版本增加了半字load和store指令òV5版本改进了ARM和Thumb之间的交互,结构扩展变化为:©E---增强型DSP指令集,包括全部算法操作和16位乘法操作©J----支持新的JAVA,提供字节代码执行的硬件和优化软件加速功能ARM家族的更新感受ARM的几个突出优点•全新设计的RISC结构的32位处理器•因为是全新的设计，开始就是32位，没有历史遗留问题（比如，x86）。所以，更便于对处理器结构进行优化•价格低廉•ARM公司不生

6、产芯片，专心研究处理器内核的解决方案把ARM的核授权给各个IC制造公司，各个公司生产自己的芯片，分工明确，体系统一，导致ARM处理器的价格低廉•ARM公司的合作伙伴众多•从IC制造到操作系统，可以提供给用户大量的工具和开发资料，推广ARM的应用•低功耗ARM指令的特点•指令长度固定，所有的ARM指令长度都是32bit•结构简单，更有利于处理器的优化设计•会引起指令的密度降低，增加系统的总线的负担（对于存储器的需求的增加不予考虑，因为，现在的存储器可以做的很大，也很便宜）。所以，产生了16bit的Thumb指令。可以弥补一些不足•3寄

7、存器指令操作，所有的指令都可条件执行，避免条件跳转中的流水线的停顿，应用更灵活（参考《ARMSoc体系结构》）THUMB指令集(‘T’)©THUMB指令集:32位ARM指令集的子集，按16位指令重新编码（可看作ARM指令压缩形式的子集）©代码尺寸小(upto40%compression)©简化设计工作状态之间的切换•ARM7TDMI处理器有两种工作状态:©ARM-32-bit,按字排列的ARM指令集©Thumb-16-bit,按半字排列的Thumb指令集•ARM7TDMI核的操作状态可能通过BX指令(分支和交换指令）在ARM状态和T

8、humb状态之间切换例：从ARM状态切换到Thumb状态：LDRR0,=Label+1BXR0从Thumb状态切换到ARM状态：LDRR0,=LabelBXR0存储器模式•大端模式©字数据的高位字节存储在低地址中©字数据的低字节则存放