匯編及嵌入式C語(yǔ)言-課件

1.微機(jī)原理學(xué)得如何？覺(jué)得難嗎？2.C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言有什么區(qū)別呢？3.以前聽(tīng)說(shuō)過(guò)ARM沒(méi)有？4.對(duì)這門(mén)課有什么期待？

5.你對(duì)我的教學(xué)有什么希望？暢所

欲言《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》、《微計(jì)算機(jī)原理及接口電路》、《操作系統(tǒng)內(nèi)核分析》前導(dǎo)課程《嵌入式系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)》、《嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》后續(xù)課程出勤率：10%課堂練習(xí)：30%作業(yè)：10%期末考試：50%成績(jī)構(gòu)成

課程教材：《ARM處理器與C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)應(yīng)用》范書(shū)瑞北航出版社教材參考教材：《ARM體系結(jié)構(gòu)與編程》杜春雷清華大學(xué)出版社這門(mén)課到底在學(xué)習(xí)什么？課程目標(biāo)：通過(guò)學(xué)習(xí)，掌握嵌入式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、ARM處理器的應(yīng)用及軟硬件設(shè)計(jì)。具備設(shè)計(jì)最小嵌入式系統(tǒng)軟硬件的能力。

1學(xué)習(xí)是很艱苦的，心態(tài)請(qǐng)保持樂(lè)觀，永遠(yuǎn)不要輕易放棄，因?yàn)閷W(xué)習(xí)是為了生存。2自信很重要：你一定有比別人強(qiáng)的地方；如果懷疑了，請(qǐng)參看第一條。3不要迷信老師，不犯錯(cuò)的老師只是個(gè)傳說(shuō)。勇敢說(shuō)出你的見(jiàn)解，我會(huì)為你鼓掌。三點(diǎn)共享課程內(nèi)容（64學(xué)時(shí)）安排第一章ARM微處理器概述嵌入式系統(tǒng)的概念、組成以及與通用計(jì)算機(jī)的區(qū)別；嵌入式微處理器的概念、特點(diǎn)、架構(gòu)和分類；ARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域、特點(diǎn)、體系結(jié)構(gòu)、系列產(chǎn)品以及在選擇ARM微處理器時(shí)應(yīng)該考慮的因素。

第二章ARM編程模型和指令集介紹ARM微處理器的編程模式，包括編程模型、指令格式、以及指令尋址方式；ARM指令集介紹，這部分是匯編程序的基礎(chǔ)。

第三章ARM程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)ARM偽指令；匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)；C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合程序設(shè)計(jì)；編譯器的使用，包括ARM編譯器關(guān)鍵詞、ARM編譯器支持的數(shù)據(jù)類型；程序設(shè)計(jì)示例。

第四章S3C2410A處理器硬件結(jié)構(gòu)S3C2410A硬件部分概述；S3C2410A特殊功能寄存器；最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括電源、晶振和復(fù)位電路；JTAG調(diào)試接口設(shè)計(jì)。

第五章存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器控制器介紹；地址線接口設(shè)計(jì)；NorFlash與NandFlash接口設(shè)計(jì)；SDRAM接口設(shè)計(jì)。

第六章時(shí)鐘和定時(shí)器時(shí)鐘和功耗管理；PWM定時(shí)器設(shè)計(jì)；實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）設(shè)計(jì)；看門(mén)狗設(shè)計(jì)。

第七章通用端口和中斷設(shè)計(jì)I/O端口設(shè)計(jì)；中斷控制設(shè)計(jì)。

第八章串行接口設(shè)計(jì)UART接口設(shè)計(jì)；I2C總線接口設(shè)計(jì)；SPI接口設(shè)計(jì)。第一章ARM微處理器概述預(yù)備知識(shí)：1.嵌入式系統(tǒng)定義嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

2.嵌入式系統(tǒng)的組成

嵌入式系統(tǒng)一般由嵌入式硬件和軟件組成。硬件以微處理器為核心集成存儲(chǔ)器和系統(tǒng)專用的輸入輸出設(shè)備；軟件包括初始化代碼及驅(qū)動(dòng)、嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序等，這些軟件有機(jī)地結(jié)合在一起，形成系統(tǒng)特定的一體化軟件。

硬件：MPU微處理器電源模塊時(shí)鐘復(fù)位FlashRAMROMUSBLCDKeyboard外圍電路Other外設(shè)

軟件：處理器存儲(chǔ)器輸入輸出操作系統(tǒng)應(yīng)用程序軟件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)3.嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)的異同

相同：都具有一個(gè)微處理器芯片、隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）、非易失性存儲(chǔ)器和輸入輸出設(shè)備。

區(qū)別：系統(tǒng)配置不同。如通用計(jì)算機(jī)一般配置較大容量的RAM，而某些嵌入式系統(tǒng)配置的內(nèi)存只有幾百個(gè)存儲(chǔ)單元；通用計(jì)算機(jī)是一個(gè)通用的計(jì)算平臺(tái)，而嵌入式系統(tǒng)一般是用于特定任務(wù)的專用系統(tǒng)，其硬件和軟件都必須高效率的設(shè)計(jì)，量體裁衣，去除冗余；通用計(jì)算機(jī)是面向計(jì)算和處理的，而嵌入式系統(tǒng)一般是面向控制的；

區(qū)別：嵌入式系統(tǒng)需要專用的開(kāi)發(fā)工具；嵌入式系統(tǒng)大都有成本和功耗的要求；嵌入式系統(tǒng)軟件故障帶來(lái)的后果比PC機(jī)大得多。

3.嵌入式微處理器概述

嵌入式處理器是整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的核心部件，與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的CPU相比，它特別強(qiáng)調(diào)面向具體應(yīng)用“量身定做”，不同的應(yīng)用領(lǐng)域往往需要不同結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo)的處理器產(chǎn)品，同時(shí)它還具有品種多、體積小、成本低、集成度高的特點(diǎn)。嵌入式處理器通常由三大部分組成：控制單元、算術(shù)邏輯單元和寄存器?？刂茊卧褐饕?fù)責(zé)取指、譯碼和取操作數(shù)等基本動(dòng)作，并發(fā)送主要的控制指令，控制單元中包括兩個(gè)重要的寄存器，即程序計(jì)數(shù)器（PC）和指令寄存器（IR），PC用于記錄下一條程序指令在內(nèi)存中的位置，以便控制單元能到正確的內(nèi)存位置取指，IR負(fù)責(zé)存放控制單元所取的指令，通過(guò)譯碼產(chǎn)生必要的控制信號(hào)送到算術(shù)邏輯單元進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理工作；算術(shù)邏輯單元：算術(shù)邏輯單元分為兩個(gè)部分，一部分是算術(shù)運(yùn)算單元，主要處理數(shù)值型的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，另一部分是邏輯運(yùn)算單元，主要處理邏輯運(yùn)算工作；寄存器：用于存儲(chǔ)暫時(shí)性的數(shù)據(jù)，主要是從存儲(chǔ)器中得到的數(shù)據(jù)和算術(shù)邏輯單元中處理好的數(shù)據(jù)。4.嵌入式微處理器的特點(diǎn)功耗低：尤其是用于便攜式的無(wú)線及移動(dòng)的計(jì)算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此；集成豐富的外圍設(shè)備接口：不僅滿足了系統(tǒng)的功能要求，還可以大大提高產(chǎn)品的集成度，從而達(dá)到縮小面積/體積、提高可靠性的目的；對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力：能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時(shí)間，從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核的執(zhí)行時(shí)間減少到最低限度。5.CISC和RISC架構(gòu)傳統(tǒng)的CISC（ComplexInstructionSetComputer）結(jié)構(gòu)有其固有的缺點(diǎn)，即是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而不斷引入新的復(fù)雜的指令集，為支持這些新增的指令，計(jì)算機(jī)的架構(gòu)會(huì)越來(lái)越復(fù)雜。然而，在CISC指令集的各種指令中，其使用頻率卻相差懸殊，大約有20%的指令會(huì)被反復(fù)使用，占整個(gè)程序代碼的80%，而剩下的不常使用的80%的指令在程序中只占20%，顯然，這種結(jié)構(gòu)是不太合理的。1979年美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校提出了RISC（ReducedInstructionSetComputer）的概念，把著眼點(diǎn)放在了如何是計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單合理地提高運(yùn)算速度上。RISC結(jié)構(gòu)優(yōu)先選取使用頻率最高的簡(jiǎn)單指令，避免復(fù)雜指令；將指令長(zhǎng)度固定，指令格式和尋址方式種類減少。RISC架構(gòu)具有如下特點(diǎn)：1.采用固定長(zhǎng)度的指令格式，指令規(guī)整、簡(jiǎn)單；2.使用單周期指令，便于操作執(zhí)行；3.大量使用cache，只有載入/存儲(chǔ)指令可以存取存儲(chǔ)器，以提高指令的執(zhí)行效率。

1.1ARM概念A(yù)RM（AdvancedRISCMachines），既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。1990年ARM公司成立于英國(guó)劍橋，是專門(mén)從事基于RISC技術(shù)的芯片設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的公司，作為知識(shí)產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，ARM本身不直接從事芯片生產(chǎn)，而是轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可，由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片。ARM7TDMI是ARM公司最成功的微處理器IP之一，至今在蜂窩電話領(lǐng)域已銷(xiāo)售了數(shù)億個(gè)微處理器。DEC公司獲得ARM公司授權(quán)設(shè)計(jì)并生產(chǎn)了StrongARM系列微處理器，這款CPU的主頻達(dá)到了233MHz，而功率不到1瓦。后來(lái)DEC公司StrongARM部門(mén)被Intel公司并購(gòu)，Intel公司用StrongARM取代了他們境況不佳的i860和i960體系，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了新的體系結(jié)構(gòu)XScale系列。將技術(shù)授權(quán)給其它芯片廠商形成各具特色的ARM芯片...ARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域：1.工業(yè)控制領(lǐng)域：作為32位的RISC架構(gòu)，基于ARM核的微控制器芯片不但占據(jù)了高端微控制器市場(chǎng)的大部分市場(chǎng)份額，同時(shí)也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展，ARM微控制器的低功耗、高性價(jià)比，向傳統(tǒng)的8位/16位微控制器提出了挑戰(zhàn)；2.無(wú)線通訊領(lǐng)域：目前已有超過(guò)85%的無(wú)線通訊設(shè)備采用了ARM技術(shù)，ARM以其高性能和低成本，在該領(lǐng)域的地位日益鞏固；3.網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用ARM技術(shù)的ADSL芯片正逐步獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。此外，ARM在語(yǔ)音及視頻處理上行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，也對(duì)DSP的應(yīng)用領(lǐng)域提出了挑戰(zhàn)；4.消費(fèi)類電子產(chǎn)品：ARM技術(shù)在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機(jī)頂盒和游戲機(jī)中得到廣泛采用；5.成像和安全產(chǎn)品：現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機(jī)和打印機(jī)中絕大部分采用ARM技術(shù)。手機(jī)中的32位SIM智能卡也采用了ARM技術(shù)。ARM微處理器的特點(diǎn)，采用RISC架構(gòu)的ARM微處理器具有如下特點(diǎn)：

->體積小、低功耗、低成本、高性能；

->支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，兼容

8位/16位器件；

->大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；

->大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；

->尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高；

->指令長(zhǎng)度固定。1.2ARM體系結(jié)構(gòu)及擴(kuò)展技術(shù)1.2.1ARM處理器的體系結(jié)構(gòu)迄今為止，ARM公司定義了7種主要的ARMISA（InstructionSetArchitecture），從版本1到版本7，ARM體系的指令集功能不斷擴(kuò)大，ARM處理器系列種的各種處理器，雖然在實(shí)現(xiàn)技術(shù)、應(yīng)用場(chǎng)合和性能方面都不相同，但只要支持相同的ARM體系版本，基于他們的應(yīng)用軟件是兼容的。1.3ARM微處理器系列

版本處理器系列特點(diǎn)ARMv1ARM1該版架構(gòu)只在原型機(jī)ARM1出現(xiàn)過(guò)，未用于商業(yè)產(chǎn)品。其基本性能如下：基本的數(shù)據(jù)處理指令（無(wú)乘法）26位尋址模式ARMv2ARM2ARM3該版架構(gòu)對(duì)ARMv1版進(jìn)行了擴(kuò)展，版本ARMv2a是v2版的變種，ARM3芯片采用了ARMv2a。ARMv2版增加了以下功能：32位乘法和乘加指令支持32位協(xié)處理器操作指令快速中斷模式版本處理器系列特點(diǎn)ARMv3ARMv3MARM6ARM7DIARM7MARMv3版架構(gòu)對(duì)ARM體系結(jié)構(gòu)作了較大改動(dòng)：尋址空間增至32位（4GB）獨(dú)立的當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器CPSR和程序狀態(tài)保存寄存器SPSR，保存程序異常中斷時(shí)的程序狀態(tài)，以便于對(duì)異常的處理增加了中止（Abort）和未定義兩種處理器模式增加了MMU支持ARMv3M增加了有符號(hào)和無(wú)符號(hào)長(zhǎng)乘法指令版本處理器系列特點(diǎn)ARMv4ARMv4TStrongARMARM7TDMIARM9TARMv4版架構(gòu)是目前應(yīng)用最廣的ARM體系結(jié)構(gòu)，在v3版上作了進(jìn)一步擴(kuò)充，指令集增加了以下功能：增加了系統(tǒng)模式增加了16位Thumb指令集完善了軟件中斷SWI指令的功能不再支持26位尋址模式版本處理器系列特點(diǎn)ARMv5TEARMv5TEJARM9EARM10EXscaleARM7EJARM926EJARMv5版架構(gòu)是在ARMv4版基礎(chǔ)上增加了一些新的指令：增加了ARM與Thumb狀態(tài)之間切換的指令增強(qiáng)乘法指令和快速乘法累加指令增加了數(shù)字信號(hào)處理指令（ARMv5TE版）增加了Java加速功能（ARMv5TEJ版）版本處理器系列特點(diǎn)ARMv6ARM11ARMv6版架構(gòu)是2001年發(fā)布的，首先在2002年春季發(fā)布的ARM11處理器中使用，增加了以下功能：Thumb-2：增強(qiáng)代碼密度SIMD：增強(qiáng)的媒體和數(shù)字處理功能TrustZone：提供增強(qiáng)的安全性能IEM：提供增強(qiáng)的功耗管理功能版本處理器系列特點(diǎn)ARMv7CortexARMv7版架構(gòu)定義了3種不同的微處理器系列：A系列：面向應(yīng)用的微處理器核，支持復(fù)雜操作系統(tǒng)和用戶應(yīng)用R系列：深度嵌入的微處理器核，針對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用M系列：微控制核，針對(duì)成本敏感的嵌入式控制應(yīng)用ARM7微處理器系列為低功耗的32位RISC處理器，最適合用于對(duì)價(jià)位和功耗要求較高的消費(fèi)類應(yīng)用，具有如下特點(diǎn)：

★具有嵌入式ICE－RT邏輯，調(diào)試開(kāi)發(fā)方便

★極低的功耗★能夠提供0.9MIPS/MHz的三級(jí)流水線

★程序密度高并兼容16位的Thumb指令集★對(duì)操作系統(tǒng)的支持廣泛，包括WindowsCE、Linux、PalmOS等★指令系統(tǒng)與ARM9、ARM9E和ARM10E系列相容，便于用戶的產(chǎn)品升級(jí)換代★主頻最高可達(dá)130MIPS，高速的運(yùn)算處理能力能勝任絕大多數(shù)的復(fù)雜應(yīng)用ARM9微處理器系列

ARM9在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能，具有如下特點(diǎn)：★5級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高；★1.1MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)

★支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集★支持32位的高速AMBA總線接口

★全性能的MMU，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)★支持?jǐn)?shù)據(jù)cache和指令cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力ARM9E微處理器系列

ARM9E系列微處理器為可綜合處理器，使用單一的處理器內(nèi)核提供了微控制器、DSP、Java應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案，極大的減少了芯片的面積和系統(tǒng)的復(fù)雜程度，具有如下特點(diǎn)：★支持DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場(chǎng)合★支持VFP9浮點(diǎn)處理協(xié)處理器★主頻最高可達(dá)300MIPS

ARM10E微處理器系列

ARM10E具有高性能、低功耗的特點(diǎn)，由于采用了新的架構(gòu)，與ARM9器件相比較，在同樣的時(shí)鐘頻率下，性能提高了近50%，同時(shí)，ARM10E采用了兩種先進(jìn)的節(jié)能方式，使其功耗極低，具有如下特點(diǎn)：★6級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高★支持DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場(chǎng)合

★支持VFP10浮點(diǎn)處理協(xié)處理器

★主頻最高可達(dá)400MIPS★內(nèi)嵌并行讀/寫(xiě)操作部件ARM11微處理器系列

ARM11著重提高了多媒體處理性能，在處理流媒體和Java程序時(shí)的性能表現(xiàn)更為出色，ARM11具有更低的耗電量，可以滿足下一代手持設(shè)備對(duì)電池供應(yīng)時(shí)間的要求。具有如下特點(diǎn)：★8級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高★主頻最高可達(dá)1GHzSecurCore微處理器系列

SecurCore系列微處理器除了具有ARM體系結(jié)構(gòu)的低功耗、高性能的特點(diǎn)外，還具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，即提供了對(duì)安全解決方案的支持

具有如下特點(diǎn)：★帶有靈活的保護(hù)單元，以確保操作系統(tǒng)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的安全

★采用軟內(nèi)核技術(shù)，防止外部對(duì)其進(jìn)行掃描探測(cè)★可集成用戶自己的安全特性和其他協(xié)處理器

StrongARM微處理器系列

InterStrongARMSA-1100處理器是采用ARM體系結(jié)構(gòu)高度集成的32位RISC微處理器。它融合了Inter公司的設(shè)計(jì)和處理技術(shù)以及ARM體系結(jié)構(gòu)的電源效率，采用在軟件上兼容ARMv4體系結(jié)構(gòu)、同時(shí)采用具有Intel技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)。IntelStrongARM處理器是便攜式通訊產(chǎn)品和消費(fèi)類電子產(chǎn)品的理想選擇，已成功應(yīng)用于多家公司的掌上電腦系列產(chǎn)品。

Xscale微處理器系列

Xscale處理器是基于ARMv5TE體系結(jié)構(gòu)的解決方案，是一款全性能、高性價(jià)比、低功耗的處理器。它支持16