操作码 F7 B A
主存
基址寄存器
A’
操作数 程序段
操作数的EA=(B)+A
14
8、变址寻址方式 与基址寻址方式类似，区别为使用的是变址REG。 该寻址方式很适用于对程序块规律性处理(如数组)。
9、隐含寻址方式 操作数不显式地在地址码中给出，指令隐含约定(默认)该操
作数的存在及位置。如过程调用/返回操作的地址在堆栈中。
当ARM微处理器执行32位的ARM指令集时，工作在ARM状态； 当ARM微处理器执行16位的Thumb指令集时，工作在Thumb状态。 在程序的执行过程中，微处理器可以随时在两种工作状态之间切
换，并且，处理器工作状态的转变并不影响处理器的工作模式和 相应寄存器中的内容。
24
状态切换方法：
28
处理器模式
ARM微处理器支持7种运行模式，分别为： 用户模式（usr）：ARM处理器正常的程序执行状态 快速中断模式（fiq）：用于高速数据传输或通道处理 外部中断模式（irq）：用于通用的中断处理 管理模式（svc）：操作系统使用的保护模式（复位或软中断） 数据访问终止模式(abt)：当数据或指令预取终止时进入该模式， 可用于虚拟存储及存储保护。 系统模式（sys）：运行具有特权的操作系统任务。 未定义指令中止模式（und）：当未定义的指令执行时进入该模 式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。
4
冯•诺依曼结构VS哈佛结构
每个嵌入式系统至少包含一个嵌入式微处 理器
嵌入式微处理器体系结构可采用冯•诺依曼
（Von Neumann）结构或哈佛（Harvard）
结构
地址
主存储器
CPU
数据
地址
数据存储器 数据
CPU
MOV r8,#8
PC
冯•诺依曼结构
地址
程序存储器 MOV r8,#8 指令
3
IEEE定义
嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作 的机器、设备或装置”（原文为devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。
通常执行特定功能 嵌入式系统的核心----嵌入式微处理器 严格的时序和稳定性要求 全自动操作循环
考核方式和评分标准
考核方式
平时作业和表现（占10%）+实验（占20%） +笔试（70%，闭卷考试 ）
分数分配表
70%
10%
作业
20%
实验
考试
1
CHAPTER
1 处理器设计导论
2
嵌入式系统
一般定义 以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪, 应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用 环境有特殊要求的专用计算机系统。是将应用程序、 操作系统和计算机硬件集成在一起的系统（技术角度） 嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使 其紧密耦合在一起的计算机系统。（系统角度） 术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统（被称 之为嵌入的系统）的一个完整子系统。嵌入式的系 统可以包含多个嵌入式系统。 广义定义 任何一个非PC的计算系统
分组寄存器R8～R14：

对于分组寄存器，每一次所访问的物理寄存器与处理器当前的
运行模式有关。
对于R8～R12来说，每个寄存器对应两个不同的物理寄存器，当使 用fiq模式时，访问寄存器R8_fiq～R12_fiq；当使用除fiq模式以外的 其他模式时，访问寄存器R8_usr～R12_usr。
RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer) 只包含最有用的指令，指令长度固定 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
16
CISC与RISC的数据通道
开始
IF
ID
ALU MEM REG
退出
微操作通道
CISC：寻址方式复杂
开始
IF
PC
哈佛结构
5
传统的微处理器采用的冯·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。
哈佛结构则是不同于冯·诺依曼结构的一种并行 体系结构，其主要特点是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。
9
A 1-address (accumulator) instruction format
f bits
n bits
f unction op 1 addr .
10
A 0-address instruction format
f bits f unction
11
1、立即寻址方式 形式地址为常数操作数本身。
6
1.4 指令集的设计 A 4-address instruction format
f bits
n bits
n bits
n bits
n bits
f unction op 1 addr . op 2 addr . dest. addr. next_i addr .
7
A 3-address instruction format

ARM指令集和Thumb指令集均有切换处理器状态的指令，并
可在两种工作状态之间切换，但ARM微处理器在开始执行代码时，
应该处于ARM状态。
进入Thumb状态：当操作数寄存器的状态位（位0）为1时， 可以采用执行BX指令的方法，使微处理器从ARM状态切换到 Thumb状态。
此外，当处理器处于Thumb状态时发生异常（如IRQ、FIQ、 Undef、Abort、SWI等），则异常处理返回时，自动切换 到Thumb状态。
29
ARM微处理器的运行模式可以通过软件改变，也 可以通过外部中断或异常处理改变。
大多数的应用程序运行在用户模式下，当处理器 运行在用户模式下时，某些被保护的系统资源是 不能被访问的。
除用户模式以外，其余的所有6种模式称之为非 用户模式，或特权模式（Privileged Modes）； 其中除去用户模式和系统模式以外的5种又称为 异常模式（Exception Modes），常用于处理中 断或异常，以及需要访问受保护的系统资源等情 况。
进入ARM状态：当操作数寄存器的状态位为0时，执行BX指令 时可以使微处理器从Thumb状态切换到ARM状态。
此外，在处理器进行异常处理时，把PC指针放入异常模式 链接寄存器中，并从异常向量地址开始执行程序，也可以 使处理器切换到ARM状态。
25
2.3.2 ARM体系结构的存储器格式
ARM体系结构将存储器看作是从零地址开始的字节的线性组合。从 零字节到三字节放置第一个存储的字数据，从第四个字节到第七个 字节放置第二个存储的字数据，依次排列。作为32位的微处理器， ARM体系结构所支持的最大寻址空间为4GB（232字节）。
操作数类型
常用寻址方式
数据 除相对寻址外，一般均可使用
指令地址 一般使用相对、直接、寄存器间接方式
☆不同指令系统对寻址方式的命名可能有所不同！
15
1.6 精简指令集计算机
CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer） 具有大量的指令和寻址方式，指令长度可变 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。
30
寄存器组织
ARM微处理器共有37个32位寄存器，其中 31个为通用寄存器，6个为状态寄存器。 但是这些寄存器不能被同时访问，具体哪 些寄存器是可编程访问的，取决微处理器 的工作状态及具体的运行模式。
但在任何时候，通用寄存器R0～R14、程 序计数器PC、一个或两个状态寄存器都是 可访问的。
段内地址
操作数的EA=(A)=A’
主存
A’ 操作数
13
6、相对寻址方式 有效地址为程序计数器PC内容与偏移量相加的结果。
操作码 F6 A
主存
操作数的EA=(PC)+A
目标指令 程序段
程序计数器PC XX
7、基址寻址方式 有效地址为基址REG内容与偏移量相加的结果。 该寻址方式特别适用于段式存储管理。
操作码 F1 A
操作数=A
2、寄存器(直接)寻址方式
形式地址为存放REG操作数的REG编号。
操作码 F2 A
通用寄存器
REG号
…
操作数
…
3、寄存器间接寻址方式
操作数=(A)
形式地址为存放MEM操作数地址的地址REG编号。
注：地址REG—有基址REG和变址REG两种类型。
操作码 F3 操作数的EA=(A)
A
REG号
地址寄存器
…
A’
段内地址
…
主存
操作数
程序段
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4、直接寻址方式 形式地址为MEM操作数的有效地址。 通常用于单个单元操作和无条件转移指令。
操作码 F4 A
主存
操作数的EA=A
段内地址
操作数 程序段
5、间接寻址方式 形式地址为存放MEM操作数地址的地址。 因需要两次访存，现在已基本不用。
操作码 F5 A
18
RISC:减少指令平均执行周期数
CPUtime= Instr_Count *CPI * Clock_cycle
IC RISC > IC CISC, 30%---40% CC RISC < CC CISC CPI RISC < CPI CISC ， 20% 超标量、超流水线、VLIW等系统结构， 目标