嵌入式系统2-指令系统.ppt

嵌入式系统设计－指令系统 设计嵌入式系统的第一步: 确定指令系统，以指导选择嵌入式微处理器核。 主流嵌入式处理器核： ARM,MIPS, PowerPC, 68K, x86 一、计算机体系结构 1、冯.诺依曼结构 2、哈佛结构 3、RISC与CISC 4、汇编语言种类 1.冯.诺依曼结构 五大部件：ALU，Controller, Memory, Input,Output 存储程序(stored program)：程序以数字形式存在，与数据一样被读写。 指令执行次序： 顺序 跳转 程序计数器Program Counter（PC） 2、哈佛体系结构 程序与数据有单独的存储器 PC只能指向程序存储器 目前仍然广泛应用 指令cache与数据cache 适用于实时信号处理（大部分的DSP） 大量数据流入计算机 数据必须在精确的时间内处理完成 两种存储器模型比较 微处理器采用的冯·诺依曼结构将指令和数据存放在同一存储空间中，统一编址，指令和数据通过同一总线访问同一地址空间上的存储器； DSP芯片采用的哈佛结构则将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编制、独立访问。与之相对应的是系统中设置的两条总线－程序总线和数据总线，从而使数据的吞吐率提高了一倍。 3、RISC与CISC CISC：复杂指令系统计算机 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：精简指令系统计算机 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 RISC一般性能比CISC高 4、汇编语言种类 1)堆栈型汇编 Push a Push b Add Pop c 2)累加器型汇编 Load a Add b Store c 3)通用寄存器型汇编（load/store） Load $1, A Load $2, B Add $3, $1, $2 Store $3, C 二、ARM处理器 属于RISC体系 ARM：只设计内核的英国公司，自己不制造VLSI设备，只提供授权 ARM内核被授权给数百家厂商 ARM主要应用于无线局域网、3G、手机、手持设备、有线网络通讯 应用形式：集成到专用芯片中作控制器 ARM体系结构 ARM7采用冯.诺依曼体系 ARM9采用哈佛体系 对汇编程序员透明 地址 32位地址长度 可以配置为低序或者高序 字的最低位放最低位字节（低序） 字的最低位放最高位字节（高序） 2.1 汇编书写模式 属于通用寄存器型（GPR）汇编 Load－Store结构 数据必须装载到寄存器才能运算 Load从内存装到寄存器 Store从寄存器存储到内存 ARM的寄存器 16个通用寄存器 r0…r15 r15 同时做PC 1个特殊寄存器：当前程序状态寄存器CPSR 在进行运算时被自动设置 CPSR 高四位为NZCV N:负数 Z:为0 C：进位 V：溢出 2.2数据运算 1）寄存器型指令： add r0, r1, r2 r1寄存器的内容加r2寄存器的内容，存到r0 算术运算 Add加 Adc进位加 Sub减 Sbc进位减 Rsb：逆减 Rsc：进位逆减 Mul：乘 Mla：乘且累加 逻辑运算 And：按位与 Orr：按位或 EOR：按位异或 BIC：位清除 移位运算 LSL：逻辑左移（添0） LSR：逻辑右移（添0） ASL：算术左移 ASR：算术右移 ROR：循环右移 RRX：带进位位的循环右移 比较指令 CMP：比较 CMN：比较求反 TST：按位测试 TEQ：按位测试求反 移动指令 MOV：移动 MVN：移动求反 内存访问指令 LDR：装入 STR：存储 LDRH：装入半字 STRH：存储半字 LDRSH：装入半个带符号字 LDRB：装入字节 STRB：存储字节 ADR：设置寄存器为地址 2）立即数寻址 Add r0, r1, #2 3）寄存器间接寻址 LDR r0, [r1, #4] 4）自动变址 LDR r0，[r1, #16]！ r1的内容加16，然后用这个新值作为地址 5）后变址 LDR r0, [r1], #16 把r1为地址的内存数据载入到r0，然后把r1的值加入16并把新值赋值给r1 6）例子：x=(a+b)-c; ADR r4, a LDR r0, [r4] ADR r5, b LDR r1, [r5] ADD r3, r0, r1 ADR r4, c LDR r2, [r4] SUB r3, r3, r2 ADR r4, x STR r3, [r4] 2.3 控制流 1）B指令 分支指令 分支目标计算