微处理器系统结构跟嵌入式系统-第七节_arm微处理器编程.ppt

ARM处理器内核流水线工作流程 ARM芯片、内核和CPU的关系 中断延迟 当允许FIQ中断时，最坏情况下FIQ的中断延迟由以下几部分组成，即 ① Tsyncmax(请求通过同步器的最长时间)。Tsyncmax为4个处理器周期。 ② Tldm(最长指令的完成时间)。最长指令是加载包括PC在内的所有寄存器的LDM指令。在零等待状态的系统中，Tldm为20个处理器周期。 ③ Texc(数据中止异常进入时间)。Texc为3个处理器周期。 ④ Tfiq(FIQ进入时间)。Tfiq为2个处理器周期。 总延迟是29个处理器周期。在使用40 MHz处理器时钟的系统中，总延迟超过0.7 ms。当延迟结束时，处理器执行在0x1C处的指令。 对于最大的IRQ延迟，其计算与FIQ的类似。若必须允许FIQ有更高的优先级，那么其结果是，进入IRQ处理程序的延迟时间是随机的。 作业 7.1、7.2、7.3 * Q 位（27位）： 仅ARM 5TE/J架构支持 指示增强型DSP指令是否溢出 J 位（24位） 仅ARM 5TE/J架构支持 J = 1: 处理器处于Jazelle状态 异常exception 异常指正常执行的程序流因故被暂时中止； ARM支持7种异常类型(P231表7-6)、5种异常模式； 若同时发生多个异常，将按优先级顺序处理； 异常类型 对应异常模式 优先级 复位 Supervisor 1（最高优先级） 数据中止 Abort 2 FIQ FIQ 3 IRQ IRQ 4 指令预取中止 Abort 5 未定义指令 Undefined 6 SWI Supervisor 7（最低优先级） 优先级降低 * */95 复位异常Reset 当nRESET引脚信号变为低电平时， ARM立即停止执行当前指令，产生复位异常； 当nRESET再次变为高电平后，ARM处理器执行下列操作： 1.强制CPSR中的M[4:0]变为b10011，进入管理模式； 2.置位CPSR中的I和F位； 3.清零CPSR中的T位； 4.强制PC从地址0x00开始取第一条指令； 5.返回到ARM状态并恢复执行； * */95 中止异常Abort 中止异常包括指令预取中止和数据中止； 预取中止时，ARM将预取的指令标记为无效，但在指令到达流水线的执行阶段时才进入异常。如果指令在流水线中因为发生分支而没有被执行，中止将不会发生。 数据中止时，数据访问被记为无效，中止程序应根据中止原因作出处理，使数据可以被访问。 中止异常表示对存储器的访问失败，这种机制实际保证了虚拟存储技术的实现。 * */95 中断异常（IRQ、FIQ） 中断请求（IRQ）是一个由nIRQ引脚信号低电平所产生的正常中断（nIRQ是内核信号，对用户不可见）。IRQ的优先级低于FIQ，对于FIQ异常它是被屏蔽的。在一个特权模式中可通过置位CPSR中的I 位来禁止IRQ。 快速中断请求(FIQ)适用于对一个突发事件的快速响应。ARM状态中FIQ模式多设置了7个分组寄存器（R8_fiq~R14_fiq）可加速上下文切换的速度。在一个特权模式中可通过置位CPSR中的F位来禁止FIQ异常。 */95 未定义指令异常 当ARM处理器遇到一条自己和系统内任何协处理器都无法处理的指令时，将产生未定义指令陷阱。 软件可使用这一机制通过模拟未定义的协处理器指令来扩展ARM指令集。 * */95 软件中断异常（SWI） 执行指令SWI可进入软件中断异常； 该异常使处理器从用户模式进入管理模式，通常用于请求一个特定的管理函数（即调用系统功能函数）。 * */95 异常向量（表） 向量地址 异常类型 进入时模式 进入时I状态 进入时F状态 0x0000 0000 复位 管理 禁止 禁止 0x0000 0004 未定义指令 未定义 I F 0x0000 0008 软件中断(SWI) 管理 禁止 F 0x0000 000C 预取中止(指令) 中止 I F 0x0000 0010 数据中止 中止 I F 0x0000 0014 保留 保留 — — 0x0000 0018 IRQ 中断 禁止 F 0x0000 001C FIQ 快中断 禁止 禁止 异常发生时处理器将PC值强制设置为对应的异常向量； 异常向量处通常只存放一条跳转指令，指向真正的异常处理 程序； 异常向量表的后面一般紧跟着存放FIQ的异常处理程序，这样 可以减少一次跳转，提高FIQ的响应速度； * */95 异常响应过程 在LR中保存返回地址信息； ARM状态下将当前指令地址加4或加8复制到LR Thumb状态下将当前指令地址加2、4或加8 复制到LR 将CPSR复制到适当的SPSR中； 将CPSR模式位强制设置为与异常类型相对应的值； 强制PC从相关的异常向量