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  • 嵌入式微处理器
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    2021-01-15 18:16:14

    嵌入式系统定义

    IEEE定义:
    嵌入式系统是用于控制、监视或者辅助操作 机器和设备的装置。

    一般定义:
    以应用为中心、以计算机技术为基础,软件 硬件可裁剪、功能、可靠性、体 积、功耗严格要求的 专用计算机系统。

    嵌入式系统的发展阶段

    无操作系统—→简单的操作系统—→实时操作系统—→网络化、智能化

    嵌入式系统对系统软件的要求:

    ①软件固件化,大多数嵌入式系统的软件固话到只读存储器中
    ②要求高质量、高可靠性的软件代码
    ③许多应用要求系统软件具有实时处理能力。

    嵌入式系统的硬件

    ①嵌入式系统的硬件包括嵌入式核心芯片、存储器系统及外部接口
    ②嵌入式核心芯片可以是嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式数字信号处理器、嵌入式片上系统和 嵌入式可编程片上系统等
    ③存储器包括程序存储器、数据存储器等。

    嵌入式微处理器概述

    处理器应用分为:服务器领域、PC 领域和嵌入式领 域。
    嵌入式领域分为:移动领域、实时嵌入式领域和深嵌 入式领域。

    嵌入式微处理器的特点

    ①对实时多任务有很强的支持能力
    ②具有功能很强的存储区保护功能
    ③可扩展的处理器结构
    ④功耗低。

    主流的嵌入式微处理器

    通常有ARM和MIPS两种架构的嵌入式微处理器
    ①ARM 处理器:体积小、功耗低、成本低且性能高。
    ②MIPS 处理器:包含大量寄存器、指令数和字符, 可视的管道演示延时时隙。

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    目录

     

    1、嵌入式硬件系统

    控制单元:

    算术逻辑单元

    寄存器

    2、典型8位微处理器的结构和特点

    2.1、8051硬件结构

    2.2、MCS-51的寻址方式

    直接寻址

    寄存器寻址

    寄存器间接寻址

    立即寻址

    变址寻址

    位寻址

    相对寻址

    2、ARM处理器

    2.1、ARM概述

    2.2、ARM的运行方式

    2.3、CPSR-当前程序状态寄存器(Current Program Status Register)

    2.4、ARM中断与异常(摘自网络)


    1、嵌入式硬件系统

    嵌入式硬件系统一般由嵌入式微处理器、存储器、输入/输出部分组成。嵌入式微处理器是嵌入式硬件的基础,通常由控制单元、算术逻辑单元和寄存器促成。

    嵌入式系统银监结构
    • 控制单元:

    主要负责取址、译码、去操作数等基本动作。包含两个重要的寄存器,程序 计数器(PC)和指令寄存器(IR)。

    程序计数器用于记录下一条程序指令在内存的位置,以便控制单元能到正确的内存单元取址。

    指令寄存器负责存放被控制单元所取的指令,通过译码,产生必要的控制信号送到算术逻辑单元进行相关的数据处理。

    • 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,例如加减乘除;另一部分是逻辑运算单元,主要处理逻辑运算工作,例如AND、OR、NOT.

    • 寄存器

    用于存储临时性的数据

    2、典型8位微处理器的结构和特点

    2.1、8051硬件结构

    • CPU
    • ROM:4096个8位掩膜存储器
    • RAM:128个用户数据存储单元和128个专用寄存器单元
    • 定时/计数器:两个16位可编程定时/计数器
    • 输入输出口:四组8位I/O接口
    • 全双工串口通信
    • 中断系统:两个外部中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断
    • 时钟电路

    2.2、MCS-51的寻址方式

    • 直接寻址

    MOV A,68H

    将内部RAM中的68H单元的数据内容传送到累加器A中

    • 寄存器寻址

    MOV A,R1
    • 寄存器间接寻址

    MOV A,@R0
    • 立即寻址

    MOVX A,#0EH

    立即寻址就是把操作数直接在指令中给出,即操作数包含在指令中,指令操作码的后面金紧跟着操作数,指令操作码的后面紧跟着操作数,一般吧之林中的操作数称为立即数。为了与直接寻址方式相区别,在立即数钱加上“#”符号。

    • 变址寻址

    MOV A,@A+DPTR
    MOV A.@A+PC

    变址寻址是以DPTR或PC作为基址寄存器,以累加器A作为变址寄存器,将两寄存器的内容相加形成16位地址形成操作数的实际地址。

    • 位寻址

    • 相对寻址

    2、ARM处理器

    2.1、ARM概述

    ARM(Advance RISC Machine)公司是一家专门从事芯片IP设计与授权业务的英国公司。许多一流的芯片厂商都是ARM的授权用户,如Inter、Samsung、TI、FreeScale、ST等公司。

    2.2、ARM的运行方式

    ARM有七种运行方式

    2.3、CPSR-当前程序状态寄存器(Current Program Status Register)

    2.4、ARM中断与异常(摘自网络)

    A、 ARM 内核支持7种中断,不同的中断处于不同的处理模式,具有不同的优先级,而且每个中断都有固定的中断地址入口。 当一个中断发生时, 相应的 R14(LR) 存储中断返回地址, SPSR 存储当前程序状态寄存器 CPSR 的值。

    B、由于 ARM 内核支持流水线工作, LR 寄存器存储的地址可能是发生中断后面指令的地址, 所以不同的中断处理完成后,必须将 LR 寄存器值经过处理后再写入 P15(PC)寄存器。

     C、ARM 异常的具体含义:

    •  复位: 当处理器的复位电平有效时, 产生复位异常, 程序跳转到异常复位异常处理程序处执行。
    • 未定义的指令:当 ARM 处理器或协处理器遇到不能处理的指令时,产生未定义指令异常。可以使用该异常机制进行软件仿真。
    •  软件中断: 该异常由执行 SWI 指令产生, 可用于用户模式下的程序调用特权操作指令。 可使用该异常机制实现操作系统调用功能。
    • 指令预取中止:如果处理器预取指令的地址不存在或该地址不允许当前指令访问,存储器向处理器发出中止信号,但当预取的指令被执行时,才会产生指令预取中止异常。
    • 数据访问中止: 如果处理器数据访问指令的目标地址不存在, 或者该地址不允许当前指令访问,处理器产生数据访问中止异常。
    • 外部中断请求:当 ARM 外部中断请求管脚有效,而且 CPSR 中的 I 位为0时,产生 IRQ 异常。
    • 系统的外设可以通过该异常请求中断服务。
    • 快速中断请求:当 ARM 快速中断请求管脚有效,而且 CPSR 的 F 位为0时,产生 FIQ 异常。

    D、 ARM 处理器对异常中断的响应过程

    • 将下一条指令的地址存入相应的连接寄存器 LR 中。
    • 将 CPSR 复制到相应的 SPSR 中。
    • 根据异常的类型,强制设置 CPSR 的运行模式位。
    • 强制 PC 从相关的异常向量地址取下一条指令执行,从而跳转到相应的异常处理程序处。

    E、 ARM 处理器从异常中断处理程序中返回

    • 恢复中断的程序的处理器状态,将 SPSR 复制到 CPSR 中。
    • 若在进入异常处理时设置了中断禁止位,要在此清除。
    • 将连接寄存器 LR 的值减去相应的偏移量后送到 PC。

    F、复位异常中断处理程序不需要返回。在复位异常中断程序开始整个用户程序的执行
     

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