嵌入式生產實習報告(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 令可以完成子程序返回：LDMFD SP！,{Regs,PC}R14也可作為通用寄存器。J 程序計數器PC(R15) 寄存器R15用作程序計數器（PC）。在ARM狀態下，位[1:0]為0，位[31:2]用于保存PC；在Thumb狀態下，位[0]為0，位 [31:1]用于保存PC；雖然可以用作通用寄存器，但是有一些指令在使用R15時有一些特殊限制，若不注意，執行的結果將是不可預料的。在ARM狀態 下，PC的0和1位是0，在Thumb狀態下，PC的0位是0。 R15雖然也可用作通用寄存器，但一般不這么使用，因為對R15的使用有一些特殊的限制，當違反了這些限制時，程序的執行結果是未知的。 由于ARM體系結構采用了多級流水線技術，對于ARM指令集而言，PC總是指向當前指令的下兩條指令的地址，即PC的值為當前指令的地址值加8個字節。在ARM狀態下，任一時刻可以訪問以上所討論的16個通用寄存器和一到兩個狀態寄存器。在非用戶模式（特權模式）下，則可訪問到特定模式分組寄存器，哪一些寄存器是可以訪問的。J 寄存器R16： 寄存器R16用作CPSR(Current Program Status Register，當前程序狀態寄存器)，CPSR可在任何運行模式下被訪問，它包括條件標志位、中斷禁止位、當前處理器模式標志位，以及其他一些相關的控制和狀態位。 每一種運行模式下又都有一個專用的物理狀態寄存器，稱為SPSR（Saved Program Status Register，備份的程序狀態寄存器），當異常發生時，SPSR用于保存CPSR的當前值，從異常退出時則可由SPSR來恢復CPSR。 由于用戶模式和系統模式不屬于異常模式，他們沒有SPSR，當在這兩種模式下訪問SPSR，結果是未知的。Thumb工作狀態下的寄存器組織 Thumb狀態下的寄存器集是ARM狀態下寄存器集的一個子集，程序可以直接訪問8個通用寄存器（R7～R0）、程序計數器（PC）、堆棧指針（SP）、 連接寄存器（LR）和CPSR。同時，在每一種特權模式下都有一組SP、LR和SPSR。Thumb狀態下的寄存器組織與ARM狀態下的寄存器組織的關系： ─ Thumb狀態下和ARM狀態下的R0～R7是相同的。 ─ Thumb狀態下和ARM狀態下的CPSR和所有的SPSR是相同的。 ─ Thumb狀態下的SP對應于ARM狀態下的R13。 ─ Thumb狀態下的LR對應于ARM狀態下的R14。 ─ Thumb狀態下的程序計數器對應于ARM狀態下R15以上對應關系如下圖所示：訪問THUMB狀態下的高位寄存器（Hiregisters）： 在Thumb狀態下，高位寄存器R8～R15并不是標準寄存器集的一部分，但可使用匯編語言程序受限制的訪問這些寄存器，將其用作快速的暫存器。使用帶特 殊變量的MOV指令，數據可以在低位寄存器和高位寄存器之間進行傳送；高位寄存器的值可以使用CMP和ADD指令進行比較或加上低位寄存器中的值。J 程序狀態寄存器 ARM體系結構包含一個當前程序狀態寄存器（CPSR）和五個備份的程序狀態寄存器（SPSRs）。備份的程序狀態寄存器用來進行異常處理，其功能包括： ─ 保存ALU中的當前操作信息 ─ 控制允許和禁止中斷 ─ 設置處理器的運行模式程序狀態寄存器的每一位的安排如圖所示：條件碼標志（Condition Code Flags） N、Z、C、V均為條件碼標志位。它們的內容可被算術或邏輯運算的結果所改變，并且可以決定某條指令是否被執行。 在ARM狀態下，絕大多數的指令都是有條件執行的。 在Thumb狀態下，僅有分支指令是有條件執行的。N Negative 如果結果是負數則置位 Z Zero 如果結果是零則置位 C Carry 如果發生進位則置位 O Overflow 如果發生溢出則置位 I IRQ 中斷禁用 F FIQ 快速中斷禁用 S1 和 S0 是處理器模式標志: S1 S0 模式 0 0 USR 用戶模式 0 1 FIQ 快速中斷模式 1 0 IRQ 中斷模式 1 1 SVC 超級用戶模式J LED寄存器設置：介紹完寄存器的知識，以下則對LED寄存器進行設置，將會用到這三個寄存器：：GPBCON GPBUP GPBDAT引腳說明如下：Q 程序編輯J ARM指令結構介紹指令系統概念 指令：是規定計算機進行某種操作的命令。 指令系統：計算機能夠執行的各種指令的集合。指令集可以是以下任一種32 bits 長 (ARM狀態)l 16 bits 長 (Thumb 狀態)l ARM9支持3種數據類型l 字節 (8bit)l 半字 (16bit)l 字 (32bit)l 字必須被排成4個字節邊界對齊,半字必須被排列成2個字節邊界對齊 ARM指令的特點l 所有指令都是32位的。l 大多數指令都在單周期內完成。l 所有指令都可以條件執行。l ARM指令為加載/存儲load/store類型。 指令集僅能處理寄存器中的數據，而且處理結果都要放回寄存器中，而對系統存儲器的訪問則需要通過專門的加載/存儲指令來完成。l 基本指令僅36條，分成六類。l 有7種尋址方式。l 指令集可以通過協處理器擴展。l 向后兼容：新版本增加指令，并保持指令向后兼容。l 數據處理指令 – 使用和改變寄存器的值l 數據傳送指令 – 把存儲器的值拷貝到寄存器中 (load) or 把寄存器中的值拷貝到存儲器中(store)l 控制流指令 l 分支l 分支和鏈接, 保存返回的地址,以恢復最先的次序l 軟件中斷指令l 程序狀態寄存器指令l 協處理器指令ARM指令有7種尋址方式： 立即尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、基址尋址、堆棧尋址 、塊拷貝尋址、相對尋址。ARM指令的格式ARM指令基本的語法格式為：Opcode {cond}{s} Rn, Rd {, Operand2}Opcode：指令操作碼。cond：指令的條件碼。S：決定指令的操作是否影響cpsr的值。Rd：目標寄存器編碼。Rn：包含第一個操作數的寄存器編碼。Operand2：第2操作數。ARM指令典型的編碼格式為：（數據處理指令類）指令的條件碼 條件碼的位數和位置：每條ARM指令包含4位條件碼域cond,它占用指令編碼的最高四位[31：28]。 條件碼的表示：條件編碼共 24 ＝16 種，其中，15種用于指令的條件碼。每種條件碼用2個英文縮寫字符表示。 帶條件指令的執行：ARM處理器根據指令的執行條件是否滿足，決定當前指令是否執行。 只有在cpsr中的條件標志位滿足指定的條件時，指令才會被執行。不符合條件的代碼依然占用一個時鐘周期（相當于一個NOP指令）。 條件碼的書寫方法：條件碼的位置在指令助記符的后面（因此也稱為條件后綴）。 例如： MOVEQ R0, R1條件碼助記符含 義標 志0000EQ相等Z=10001NE不相等Z=00010CS/HS無符號數大于或等于C=10011CC/LO無符號數小于C=00100MI負數N=10101PI非負數N=00110VS溢出V=10111VC沒有溢出V=01000HI無符號數大于C=1且Z=01001LS無符號數小于或等于C=0或Z=11010GE有符號數大于或等于N=V1011LT有符號數小于N!=V1100GT有符號數大于Z=0且N=V1101LE有符號數小于或等于Z=1或N!=V1110AL無條件執行任意1111保留v5以下版本總執行,v5及以上版本有用J ARM的尋址方式主要內容尋址方式：處理器根據指令中給出的（地址）信息，尋找操作數（物理地址）的方式。我們將ARM指令系統的尋址方式分為7種（有分為9種的等）。一、立即尋址立即尋址也叫立即數尋址。立即尋址概念：操作數本身就在指令中給出，只要取出指令也就取到了操作數。這個操作數被稱為立即數，對應的尋址方式也就叫做立即尋址。ADD R0，R0，＃1 ；R0←R0＋1 MOV R0 ，＃0x3f 。 R0←＃0x3f書寫立即數時，要求以“＃”為前綴。十六進制數，＃后加 0x或amp。,如 0x3f,amp。3f.二進制數， ＃后加 0b, 如 0b1011十進制數， 后加 0d或缺省,如0d678,789 如何構造32位立即數？在指令格式中，第二個操作數有12位：因此有效立即數immediate可以表示成：immediate=immed_8 循環右移（2rot）4 bit 移位值 (015)乘于2，得到一個范圍在030，步長為 2的移位值。因此，將ARM中的立即數稱為8位位圖。記住一條準則： “最后8位移動偶數位”得到立即數。例如：下列命令中，匯編器把立即數轉換為移位操作：MOV R0,4096 。 uses 0x40 ror 26ADD R1,R2,0xFF0000 。 uses 0xFF ror 16帶有立即數的MOV 指令的二進制編碼為：MOV R0，0xF200 ；E3A00CF2. 0xF200 =0xF2循環右移（2*C）MOV R1，0x110000 ； =0x11循環右移（2*8）MOV R4，0x12800 ；E3A04B4A. 0x12800 =0x4A循環右移（2*B）只有能夠通過此構造方法得到的才是合法的立即數。合法立即數：0xFF；0x104（其8位圖為0x41）；0xFF0；0xFF00非法立即數：0x101；0x102；0xFF1 深入理解：一個合法的立即數可能有多種編碼方法，將使某些指令的執行產生不同的結果。 如： 0x3F0 ARM匯編編譯器生成立即數的規則為：當立即數數值在0到0xFF范圍時，令immed_8=immediate，rot=0。其它情況下，匯編編譯器選擇使rot數值最小的編碼方式。二、寄存器尋址寄存器尋址： ——利用寄存器中的數值作為操作數。這種尋址方式是各類微處理器經常采用的一種方式，也是一種執行效率較高的尋址方式。兩種具體形式：寄存器尋址、寄存器移位尋址。寄存器尋址如指令：ADD R0，R1，R2 ；R0←R1＋R2 寄存器移位尋址1）寄存器移位尋址當第二操作數為寄存器型時，在執行寄存器尋址操作時，也可以對第二操作數寄存器進行移位，此時第二操作數形式為：MOV Rd, Rn, Rm，{shift}其中： Rm 稱為第二操作數寄存器shift 用來指定移位類型和移位位數，有兩種形式：F 5位立即數 （其值小于32）F 寄存器(用Rs表示) （其值小于32）在指令執行時將寄存器移位后的內容作為第二操作數參與運算。例如指令：ADD R3，R2，R1，LSR 2 ；R3←R2+(R1右移2位)ADD R3，R2，R1，LSR R0 ；R3←R2+(R1右移R0位)2）第二操作數移位方式 共有6種移位方式：? — LSL 邏輯左移 — LSR 邏輯右移 ? — ASL 算術左移 — ASR 算術右移 ? — ROR 循環右移 — RRX 帶擴展的循環右移LSL：邏輯左移，空出的最低有效位用0填充。LSR：邏輯右移，空出的最高有效位用0填充。SUB R3，R2，R1，LSL 2 ；R3←R2(R1左移2位)SUB R3，R2，R1，LSR R0 ；R3←R2(R1右移R0位)ASL：算術左移，由于左移空出的有效位用0填充，因此它與LSL同義。ASR：算術右移 (Arithmetic Shift Right) 。算術移位的對象是帶符號數，移位過程中必須保持操作數的符號不變。如果源操作數是正數，空出的最高有效位用0 填充，如果是負數用1填充。30 0ADD R3，R2，R1，ASL 2 ；R3←R2+(R1左移2位)SUB R3，R2，R1，ASR R3 ；R3←R2(R1算術右移R3位)