1、嵌入式系統(tǒng)的處理核心

    嵌入式系統(tǒng)主要分四類：嵌入式微控制器，嵌入式DSP處理器，嵌入式微處理器，嵌入式片上系統(tǒng)。
    嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU) ：嵌入式微控制器又稱單片機(jī)，是將整個計算機(jī)系統(tǒng)濃縮集成到一塊芯片中。 一般以某一種微處理器內(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數(shù)器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、Flash、 RAM、EEPROM等各種必要功能和外設(shè)。
    嵌入式微處理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)：以通用處理器（CPU）為基礎(chǔ)。將微處理器裝配在專門設(shè)計的電路板 上，只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的功能。
    嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)：嵌入式DSP處理器有兩個發(fā)展來源，一是DSP處理器經(jīng)過單片化、EMC 改造、增加片上外設(shè)成為嵌入式DSP處理器。二是在通用單片機(jī)或SOC中增加DSP協(xié)處理器。
    嵌入式片上系統(tǒng)(System On Chip)：

2、嵌入式系統(tǒng)處理核心的演化
    晶體管邏輯電路，大規(guī)模IC邏輯電路，微處理器，DSP，F(xiàn)PGA技術(shù)，SOC

3、ARM處理器概述
    ARM32位嵌人式RISC（Reduced Instruction Set Computer）處理器擴(kuò)展到世界范圍，占據(jù)了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系統(tǒng) 應(yīng)用領(lǐng)域的地位。
    ARM處理器的3大特點如下:小體積、低功耗、成本低、高性能；16位/32位雙指令集；全球眾多的合作伙伴。
    當(dāng)前ARM體系結(jié)構(gòu)的擴(kuò)充包括：Thumb:16位指令集，用以改善代碼密度；DSP：用于DSP應(yīng)用的算術(shù)運算指令集；Jazeller：允許直接執(zhí)行Java代碼的擴(kuò)充。
    ARM體系結(jié)構(gòu)提供了在無線、消費電子和圖像應(yīng)用方面的解決方案。

4、ARM體系主要特征
    ARM體系主要特征是Advanced RISC Machine特征。ARM公司商業(yè)模式的強(qiáng)大之處在于其價格合理，全世界范圍有超過100個合作伙伴。ARM公司專注于設(shè)計，其內(nèi)核耗電少、成本低、功能強(qiáng)，特有16/32位雙指令集。ARM已成為移動通信、 手持計算、多媒體數(shù)字消費等嵌入式解決方案的RISC標(biāo)準(zhǔn)。
    支持快速中斷，支持函數(shù)調(diào)用，支持虛擬內(nèi)存。
    大量的寄存器，都可用于多種用途
    Load/Store體系結(jié)構(gòu)，每條指令都條件執(zhí)行包含非常強(qiáng)大的多寄存器Load和Store指令
    3地址指令（兩個源操作數(shù)寄存器和結(jié)果寄存器獨立設(shè)定）
    能在單時鐘周期執(zhí)行的單條指令內(nèi)完成一項普通的移位操作和一項普通的ALU操作
    能過協(xié)處理器指令集來擴(kuò)展ARM指令集，包括在編程模式下增加了新的寄存器和數(shù)據(jù)類型。
    在Thumb體系結(jié)構(gòu)中以高密度16位壓縮形式表示指令集
    條件指令

5、ARM處理器版本
    處理器版本通常指體系結(jié)構(gòu)，ARM產(chǎn)品家族一般對應(yīng)不同體系。ARM7：ARM系列具有32位整數(shù)運算核。
    T：內(nèi)含16位壓縮指令集Thumb
    D：支持片內(nèi)Debug調(diào)試
    M：采用增強(qiáng)型乘法器(Multiplier)
    I：內(nèi)含嵌入式ICE宏單元
    ARM系列產(chǎn)品的后綴提供了各種形式與功能的選擇
    -S：可綜合的軟核Softcore，
    -E：具有DSP的功能
    -J：Jazeller，允許直接執(zhí)行Java字節(jié)碼

6、ARM架構(gòu)版本
    ARM架構(gòu)自誕生至今,已經(jīng)發(fā)生了很大的演變,至今已定義7種不同的版本。
    □V1版架構(gòu)
    該版架構(gòu)只在原型機(jī)ARM1出現(xiàn)過，基本性能有：基本的數(shù)據(jù)處理指令(無乘法)，字節(jié)、半字和字的LOAD/STORE指令，轉(zhuǎn)移指令,包括子程序調(diào)用及鏈接指令。軟件中斷指令。尋址空間：64M字節(jié)。但是這個版本沒有cache和MMU。
    □V2版架構(gòu)
    該版架構(gòu)對V1版進(jìn)行了擴(kuò)展，如ARM2與ARM3。增加功能有：乘法和乘加指令，支持協(xié)處理器操作指令，快速中斷模式，SWP/SWPB的基本存儲器與寄存器交換指令，尋址空間沒有改變還是64M字節(jié)。
    □V3版架構(gòu)
    把尋址空間增至32位(4G字節(jié)),增加了當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器CPSR(Current Program Status Register)和程序狀態(tài)保存寄存器SPSR(Saved Program Status Register)。增加了中止(Abort)和未定義二種處理器模式。ARM6就采用該版架構(gòu)。具備cache和MMU。
    □V4版架構(gòu)
    V4版架構(gòu)是目前應(yīng)用廣的ARM體系結(jié)構(gòu)，對V3版架構(gòu) 進(jìn)行了進(jìn)一步擴(kuò)充。引進(jìn)了16位的Thumb指令集，使ARM使用更加靈活。ARM7、ARM8、ARM9和StrongARM(為了推XScale，intel 停產(chǎn)了strongarm)都采用該版架構(gòu)。
    處理器的操作狀態(tài):AARM - 32-bit, 按字排列的ARM指令集；Thumb -16-bit, 按半字排列的Thumb指令集。
    □V5版架構(gòu)
    在V4版基本上增加了一些新的指令,ARM10和XScale都采用該版架構(gòu),這些新增指令有：
    帶有鏈接和交換的轉(zhuǎn)移BLX指令
    計數(shù)前導(dǎo)零CLZ指令
    BRK中斷指令
    增加了信號處理指令(V5TE版)
    為協(xié)處理器增加更多可選擇的指令
    □V6版架構(gòu)
    ARMv6，發(fā)布于2001年10月，是目前的架構(gòu)，形成ARM11系列嵌入式處理器。
    特點：增強(qiáng)的Cache結(jié)構(gòu)，支持實地址Cache和減少Cache的刷新和重載和減少上下文切換的開銷。
     加強(qiáng)媒體處理能力，使MPEG4編碼/解碼/音頻處理加快一倍。
     低功耗：0.13um工藝，1.2v下，ARM11功耗0.4mW/MHz。
     用戶定制能力強(qiáng)，保持了的二進(jìn)制向下兼容，支持多處理器系統(tǒng)MPCORE（由2-4個ARM11內(nèi)核組成）。
    □V7版架構(gòu)
    ARMv7，發(fā)布于2005年，是目前的架構(gòu)。超標(biāo)量流水線，能夠同時執(zhí)行多條指令。可調(diào)尺寸的L2。支持Thumb-2技術(shù)和NEON技術(shù)。

7、ARM的7種工作模式
    用戶模式(usr)： - 正常的程序執(zhí)行模式
    快速中斷模式(fiq)： - 支持高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理
    中斷模式(irq)： - 用于通用中斷處理
    管理員模式(svc)： - 操作系統(tǒng)的保護(hù)模式
    中止模式(abt)： - 支持虛擬內(nèi)存和/或內(nèi)存保護(hù)
    系統(tǒng)模式(sys)： - 支持操作系統(tǒng)的特殊用戶模式(運行操作系統(tǒng)任務(wù)）
    未定義模式(und) - 支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真
    除了用戶模式外，其他模式均可視為特權(quán)模式。
    改變模式的方法一共有三個：軟件控制，外部中斷和異常處理。
    通常在用戶模式下不能訪問被保護(hù)的系統(tǒng)資源，一般不能改變模式，但是異常發(fā)生可以導(dǎo)致模式改變。

8、處理器模式對應(yīng)寄存器組
    每一種處理器模式中有一組相應(yīng)的寄存器組
    任意時刻（也就是任意的處理器模式下），可見的寄存器（邏輯寄存器編號）包括：15個通用寄存器（R0～R14），一個或兩個狀態(tài)寄存器和程序計數(shù)器（PC）。
    有些是各模式共用的同一個物理寄存器，有些是各模式自己擁有的獨立的物理寄存器。

9、寄存器分配:通用寄存器
    R0－R15：可以直接訪問，R0－R14：通用寄存器。
    R13：堆棧指針(sp)通常每種處理器模式都有單獨的堆棧，每個寄存器對應(yīng)6個不同的物理寄存器
    R14：鏈接寄存器(Link Register，LR)R15的備份，子程序的返回地址，異常返回地址。
        不需要存放在堆棧中，函數(shù)調(diào)用速度快,每個寄存器對應(yīng)6個不同的物理寄存器。
    R15：程序計數(shù)器(PC)
    R16，就是CPSR（狀態(tài)寄存器）。當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器，包括代碼標(biāo)志狀態(tài)和當(dāng)前模式位。
    這些寄存器的功能是:包括關(guān)于近執(zhí)行的ALU操作的信息，控制中斷的使用和禁止，設(shè)置處理器操作模式。
    Thumb狀態(tài)下的寄存器組織和ARM狀態(tài)下大致相同，T狀態(tài)下寄存器集是ARM狀態(tài)下的子集。

10、ARM異常中斷
    由內(nèi)部、外部引起的事件。一共有7種異常。
    復(fù)位，進(jìn)入管理模式
    未定義指令：未定義模式
    軟件中斷（SWI）：管理模式
    預(yù)取中止：中止模式
    數(shù)據(jù)中止：中止模式
    IRQ：IRQ模式
    FIQ：FIQ模式

11、未定義的指令處理
    當(dāng)ARM接受到一條不能處理的指令,ARM把這條指令提供給任何一個協(xié)處理器執(zhí)行。如果協(xié)處理器可以執(zhí)行這條指令但此時協(xié)處理器忙,ARM將等待直到協(xié)處理器準(zhǔn)備好或中斷發(fā)生。如果沒有協(xié)處理器處理這條指令,那么ARM將處理未定義的指令陷井。

12、異常中斷向量表和中斷優(yōu)先級
  中斷向量地址 異常中斷類型 異常中斷模式 優(yōu)先級(6)
  0x00 復(fù)位 特權(quán)模式 1 
  0x04 未定義的指令 UND終止模式 6 
  0x08 軟件中斷 特權(quán)模式 6 
  0x0C 指令預(yù)取終止 終止模式 5 
  0x10 數(shù)據(jù)訪問終止 終止模式 2 
  0x14 保留 未使用 未使用 
  0x18 外部中斷請求 IRQ模式 4 
  0x1C 快速中斷請求 FIQ模式 3

13、用戶模式到FIQ快速中斷模式切換
    將一個從用戶模式計算的PC計數(shù)器值存儲到FIQ模式中R14的位置。
    用戶模式的CPSR復(fù)制到FIQ模式的SPSR。
    異常返回由鏈接寄存器LR的值恢復(fù)PC，返回到發(fā)生異常中斷的指令的下一條指令處執(zhí)行程序。將SPSR復(fù)制回CPSR中。若在進(jìn)入異常處理時設(shè)置了中斷禁止位，要在此清除。
    復(fù)位系統(tǒng)后，開始整個異常應(yīng)用程序的執(zhí)行，因此，復(fù)位異常處理程序不需要返回。

14、什么是JTAG？
    JTAG是Joint Test Action Group的縮寫。JTAG的建立使得集成電路固定在PCB上，只通過邊界掃描便可以被測試。在ARM7TDMI處理器中，可以通過JTAG直接控制ARM的內(nèi)部總線，IO口等信息，從而達(dá)到調(diào)試的目的。

15、ARM的斷點設(shè)置
    設(shè)置EmbeddedICE的兩個watchpoint單元：地址、數(shù)據(jù)、控制信號等
    斷點的類型：硬件斷點：在ARM中直接設(shè)定watchpoint中的地址，當(dāng)ARM運行到制定的地址時，就進(jìn)入Debug狀態(tài)。硬件斷點數(shù)目受EmbeddedICE中的Watchpoint數(shù)目的限制；但是，可以在任何地方設(shè)置斷點。
     軟件斷點：改變存儲器中的ARM指令為一個特殊的數(shù)據(jù)X（ARM的未定義指令），同時設(shè)置watchpoint中的斷點數(shù)據(jù)也為X，當(dāng)ARM把X數(shù)據(jù)作為指令讀入的時候，ARM就進(jìn)入Debug狀態(tài)。軟件斷點數(shù)目不受限制，但是，軟件斷點是通過替換系統(tǒng)的斷點地址的指令實現(xiàn)的，所以，軟件斷點只能在可寫的存儲器的地址中設(shè)置（比如：RAM），而不能在ROM（比如：Flash）中設(shè)置。

16、ARM指令集
    數(shù)據(jù)處理指令，跳轉(zhuǎn)指令，內(nèi)存指令，程序狀態(tài)寄存器處理指令，協(xié)處理器指令，異常產(chǎn)生指令。ARM指令集是32位長度字對準(zhǔn)，可以傳送8bit，16bit，32bit符號/無符號數(shù)據(jù)。Thumb指令集和ARM指令沒有太大的區(qū)別。ARM條件指令是只要滿足條件，這條指令就可以執(zhí)行。

17、ARM匯編程序設(shè)計
  硬件與軟件考慮平衡。涉及硬件和時間的盡量用匯編。在調(diào)用與存儲器I/O等硬件相關(guān)的函數(shù)時，要作相應(yīng)的裁減。要針對每一個具體的目標(biāo)平臺，根據(jù)具體的目標(biāo)存儲器資源進(jìn)行修改（移植）。
  ARM混合編程：ATPCS（ARM-Thumb Procedure Call Standard）；統(tǒng)一定義了函數(shù)過程調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)。
    變量定義與邊界對齊：要盡量考慮到16位32位訪問對齊。
  定義1：
  char a;
  short b;
  char c;
  int d;
 
  定義2：
  char a;
  char c;
  short b;
  int d;

18、嵌入式處理器
  處理器的兩個基本單元是：程序流控制單元（CU）和執(zhí)行單元（EU），CU中包含了一個取指單元，用于從存儲器中取指令，EU中含有執(zhí)行指令的電路，用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移操作以及數(shù)據(jù)從一種形式到另一種形式的轉(zhuǎn)換操作。
粵嵌科技13年專注IT人才培訓(xùn)學(xué)習(xí)的專業(yè)機(jī)構(gòu),主要培訓(xùn)課程為,嵌入式培訓(xùn)、Unity游戲開發(fā)、Java培訓(xùn)、Python人工智能、HTML5前端開發(fā)、全棧UI設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)營銷、CCIE網(wǎng)絡(luò)等專業(yè)課程