2、基本概念汇编.ppt

ARM原理及应用 第二讲 基本概念及设计方法 本节提要 1 3 2 4 嵌入式系统硬件基础 嵌入式系统软件基础 嵌入式操作系统 嵌入式系统设计方法 嵌入式处理器的基本结构（1） 微处理器是整个系统的核心，通常由3大部分组成：控制单元、算术逻辑单元和寄存器。 嵌入式处理器的基本结构（2） 控制单元：主要负责取指、译码和取操作数等基本动作，并发送主要的控制指令。控制单元中包括两个重要的寄存器：程序计数器（PC）和指令寄存器（IR）。 算术逻辑单元：算术逻辑单元分为两部分，一部分是算术运算单元，主要处理数值型的数据，进行数学运算，如加、减、乘、除或数值的比较；另一部分是逻辑运算单元，主要处理逻辑运算工作，如AND、OR、XOR或NOT等运算。 寄存器：用于存储暂时性的数据。主要是从存储器中所得到的数据（这些数据被送到算术逻辑单元中进行处理）和算术逻辑单元中处理好的数据（再进行算术逻辑运行或存入到存储器中。 冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构 CISC与RISC 存储器系统 嵌入式系统硬件基础 指令寄存器 控制器 数据通道 输入 输出 中央处理器 存储器 程序 指令0 指令1 指令2 指令3 指令4 数据 数据0 数据1 数据2 冯·诺依曼体系结构模型 嵌入式微处理器体系结构 哈佛体系结构 指令寄存器 控制器 数据通道 输入 输出 中央处理器 程序存储器 指令0 指令1 指令2 数据存储器 数据0 数据1 数据2 地址 指令 地址 数据 CISC和RISC CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer） 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。 CISC的背景和特点 背景:存储资源紧缺, 强调编译优化 增强指令功能，设置一些功能复杂的指令，把一些原来由软件实现的、常用的功能改用硬件的（微程序）指令系统来实现 为节省存储空间，强调高代码密度，指令格式不固定，指令可长可短，操作数可多可少 寻址方式复杂多样，操作数可来自寄存器，也可来自存储器 CPI ５，指令越复杂，CPI越大。 CISC的主要缺点 指令使用频度不均衡。 高频度使用的指令占据了绝大部分的执行时间，扩充的复杂指令往往是低频度指令。 大量复杂指令的控制逻辑不规整，不适于VLSI工艺 VLSI的出现，使单芯片处理机希望采用规整的硬联逻辑实现，而不希望用微程序，因为微程序的使用反而制约了速度提高。(微码的存控速度比CPU慢5-10倍)。 软硬功能分配 复杂指令增加硬件的复杂度，使指令执行周期大大加长，直接访存次数增多，降低了CPU性能。 不利于先进指令级并行技术的采用 流水线技术 RISC基本设计思想 RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer) 减小CPI: CPUtime=Instr_Count * CPI * Clock_cycle 精简指令集：保留最基本的,去掉复杂、使用频度不高的指令 采用Load/Store结构，有助于减少指令格式，统一存储器访问方式;使CPU硬件结构设计变得更为简单 典型的高性能RISC处理器 SUN公司的SPARC(1987) MIPS公司的SGI:MIPS(1986) HP公司的PA-RISC, IBM, Motorola公司的PowerPC DEC、Compac公司的Alpha AXP IBM的RS6000(1990)第一台Superscalar RISC机 CISC与RISC的对比 类别 CISC RISC 指令系统 指令数量很多 较少，通常少于100 执行时间 有些指令执行时间很长，如整块的存储器内容拷贝；或将多个寄存器的内容拷贝到存贮器 没有较长执行时间的指令 编码长度 编码长度可变，1-15字节 编码长度固定，通常为4个字节 寻址方式 寻址方式多样 简单寻址 操作 可以对存储器和寄存器进行算术和逻辑操作 只能对寄存器对行算术和逻辑操作，Load/Store体系结构 编译 难以用优化编译器生成高效的目标代码程序 采用优化编译技术，生成高效的目标代码程序 ARM体系的存储系统 简介 ARM芯片一般在处理器核和外部存储器之间有一个存储器管理部件将局部总线的信号和时序转换为现实的外部总线信号和时序。 ARM的规范定义了局部总线的信号和时序。 各芯片生产厂商制定了自己的外部总线的信号和时序。 ARM体系的存储系统 存储器格式 地址空间的规则要求字地址A： 位于地址A的字包含的字节位于地址A,A+1,A+2和A+3； 位于地址A的半字包含的字节位于地址A和A+1； 位于地址A+2的半字包含的字节位