基于arm的gpio程序设计毕业论文

基于arm的gpio程序设计毕业论文内容摘要：

用寄存器，指令执行速度更快。  大多数数据操作都在寄存器中完成。  寻址方式灵活简单，执行效率高。  指令长度固定。 ARM 体系结构简介 1． ARM 微处理器工作状态 ARM微处理器的工作状态一般有两种，并可在两种状态之间切换。  第一种为 ARM状态，此时处理器执行 32 位的字对齐的 ARM指令。 10  第二种为 Thumb 状态，此时处理器执行 16 位的、半字对齐的 Thumb 指令。 2． ARM 体系结构的存储格式  大端格式：在这种格式中，字数据的高字节存储在低地址中，而字数据的低字节则存放在高地址中。  小端格式：与大端存储格式相反，在小端存储格式中，低地址中存放是字数据的低字节，高地址存放的是字数据的高字节。 3． ARM 处理器模式 ARM微处理器支持 7 种运行模式，分别如下。  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。  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。 ARM 体系机构 1． ARM 微处理器系列简介 ARM 微处理器系列主要特点及其主要应用领域如表 42 所示。 表 42 ARM 微处理器系列 型号 主要特点 ARM7 低功耗的 32位 RISC处理器，最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应 用。 主要应用领域为：工业控制、 Inter 设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多 种多媒体和嵌入式应用 11 ARM9 在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。 主要应用领域为：无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相 机和数字摄像机 等 ARM9E 综合处理器，使用单一的处理器内核，提供了微控制器、 DSP、 Java应用系统的解决 方案，极大的减少了芯片的面积和系统的复杂程度。 主要应用领域为：下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、存储设备和 网络设备等 ARM10E 高性能、低功耗。 由于采用了新的体系结构，与同等的 ARM9 器件相比较，在同样 的时钟频率下，性能提高近 50%，同时， ARM10E 系列微处理器采用了两种先进的 节能方式，使其功耗极低。 主要应用领域为：下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、存储设备和 网络设备等 SecurCore 专为安全需要而设计，带有灵活的保护单元，以确保操作系统和应用数据的安全。 主要应用领域为：对安全性要求较高的应用产品及应用系统，如电子商务、电子政务、 电子银行业务、网络和认证系统等领域 StrongARM 融合了 Intel 公司的设计和处理技术以及 ARM 体系结构的电源效率，采用在软件上 兼容 ARMv4体系结构、同时采用具有 Intel技术优点的体系结构。 主要应用领域为：便携式通讯产品和消费类电子产品 2 ARM9 主要特点 ARM 处理器凭借它的低功耗、高性能等特点，被广泛应用于个人通信等嵌入式领域，而 ARM7 也曾在中低端手持设备中占据了一席之地。 然而， ARM7 的处理性能逐渐无法满足人们日益增长的高性能功能需求的处理，它开始退出主流应用领域，取而代之的是性能更加强大的 ARM9 系列处理器。 新一代的 ARM9 处理器，通过全新的设计，能够达到两倍以上于 ARM7 处理器的处理能力。 它的主要特点如下所述。 （ 1） 5级流水线 12 ARM7处理器采用的 3级流水线设计，而 ARM9采用 5级流水线设计如图 31所示。 ARM7的 3级流水线 Instruction Fetch Thumb ARM depress ARM decode Reg Read shift ALU Reg Write Reg Select FETCH DECODE EXECUTE ARM9E的 5级流水线 Instruction Fetch ARM or Thumb Decode MAC1 MAC2+SAT Reg Write Reg Decode Reg Read Shift+ALU Memory Access FETCH DECODE EXECUTE MEMORY WRITE 图 31 ARM7与 ARM9流水线比较 通过使用 5级流 水线机制，在每一个时钟周期内可以同时执行 5条指令。 这样就大大提高了处理性能。 在同样的加工工艺下， ARM9处理器的时钟频率是 ARM7 的 ～。 （ 2）采用哈佛结构 首先读者需要了解什么叫哈佛结构。 在计算机中，根据计算机的存储器结构及其总线连接形式，计算机系统可以被分为冯诺依曼结构和哈佛结构，其中冯诺依曼结构共用数据存储空间和程序存储空间，它们共享存储器总线，这也是以往设计时常用的方式；而哈佛结构则具有分离的数据和程序空间及分离的访问总线。 所以哈佛结构在指令执行时，取址和取数可以并行，因此具有更 高的执行效率。 ARM9 采用的就是哈佛结构，而 ARM7 采用的则是冯诺依曼结构。 如图 32和图 33 分别体现了冯诺依曼结构和哈佛结构的数据存储方式。 13 主存储器 地址 数据 CPU PC 数据存储器 地址 数据 地址 指令 CPU PC MOV r8,8 程序存储器 图 32 冯诺依曼结构 图 33 哈佛结构 由于在 RISC 架构的处理器中，程序中大约有 30%的指令是 LoadStore 指令，而采用哈佛结构大大提升了这两个指令的执行速度，因此对提高系统效率的贡献是非常明显的。 （ 3）高速缓存和写缓存的引入 由于在处理器中，一般处理器速度远远高于存储器访问速度，那么，如果存储器访问成为系统性能的瓶颈，则处理器再快也都毫无作用。 在这种情况下，高速缓存（ Cache）和写缓存（ Write Buffer）可以很好地解决这个问题，它们存储了最近常用的代码和数据，以供 CPU快速存储，如图 34所示： A 图图 34 CPU Bus Interface MMU或 MPU Cache Write Buffer ARM9E处理器 External Memory 14 （ 4）支持 MMU MMU是内存管理单元，它把内存以“页（ page）”为单位来进行处理。 一页内存是指一个具有一定大小的连续的内存块，通常为 4096B或 8192B。 操作系统为每个正在运行的程序建立并维护一张被称为进程内存映射（ Process Memory Map）的表，表中记录了程序可以存取的所有内存页以及它们的实际位置。 每当程序存取一块内存时，它会把相应的虚拟地址（ virtual address）传送给MMU，而 MMU 会在 PMM 中查找这块内存的实际位置，也就是物理地址（ physical address），物理地址可以在内存中或磁盘上的任何位置。 如果程序要存取的位置在磁盘上，就必须把包含该地址的页从磁盘上读到内存中，并且必须更新 PMM 以反映这个变化（这被称为 pagefault，即页错）。 MMU的实现过程如图 所示。 只有拥有了 MMU才能真正实现内存保护。 例如当 A进程的程序试图直接访问属于 B进程的虚拟地址中的数据，那么 MMU会产生一个异常（ Exception）来阻止 A的越界操作。 这样，通过内存保护，一个进程的 失败并不会影响其他进程的运行，从而增强了系统的稳定性，如图 35 所示。 ARM9 也正是因此拥有了MMU，比 ARM7 有了更强的稳定性和可靠性。 Process D MMU I TLB O TLB Translation Tables Process C VRAM Process B RAM ROM Process A RAM RAM Manager RAM RAM 图 35 MMU的实现 过程 15 操作系统 图 36 内存保护示意图 S3C2410处理器详解 本文所介绍的硬件平台是深圳优龙科技有限公司的开发板 FS2410，它的中央处理器是三星公司的 S3C2410X。 S3C2410X 是使用 ARM920T 核、采用 工艺 CMOS 标准宏单元和存储编译器开发而成的。 由于采用了由 ARM 公司设计的 16/32 位 ARM920T RISC处理器，因此 S3C2410X 实现了 MMU和独立的16KB指令和 16KB数据哈佛结构的缓存，且每个缓存均为 8个字长度的流水线。 它 的低功耗、精简而出色的全静态设计特别适用于对成本和功耗敏感的领域。 S3C2410X 提供全面的、通用的片上外设，大大降低系统的成本，下面列举了 S3C2410X的主要片上功能。  ， ；  16KB指令和 16KB数据缓存的 MMU内存管理单元；  外部存储器控制（ SDRAM控制和芯片选择逻辑）；  提供 LCD 控制器（最大支持 4K 色的 STN 或 256K 色 TFT 的 LCD），并带有 1 个通道的 LCD 专用 DMA控制器；  提供 4通道 DMA，具有 外部请求引脚；  提供 3通道 UART（支持 ， 16 字节发送 FIFO 及 16 字节接收 FIFO）/2 通道 SPI接口；  提供 1个通道多主 IIC总线控制器 /1通道 IIS总线控制器；  兼容 SD 主机接口 MMC卡协议 版； APP1 APP2 APP3 16  提供 2 个主机接口的 USB口 /1 个设备 USB口（ 版本）；  4通道 PWM定时器 /。