應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第4章應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

4.2ARM920T簡(jiǎn)介

4.3S3c2410X處理盎能詳角星

4.4單元電路設(shè)計(jì)

45存儲(chǔ)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.6JTAG調(diào)試接口設(shè)計(jì)

4.7綜合訓(xùn)練之通過(guò)JTAG訪問(wèn)外設(shè)

4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

圖4」開(kāi)發(fā)平臺(tái)系統(tǒng)組成.

4.2ARM920T簡(jiǎn)介

ARM920T是ARM920TDMI系列中的一款通用性的微處理器，ARM920TDMI系

列微處理器包含如下幾種類型的內(nèi)核。

?ARM9TDMI：只有內(nèi)核。

?ARM940T：由內(nèi)核、高速緩存和內(nèi)存保護(hù)單元組成。

?ARM920T：由內(nèi)核、高速緩存和內(nèi)存管理單元（MMU）組成。

4.2.1ARM920T系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

4.2.2ARM920T內(nèi)核編程模型

ARM920T系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

ARM9TDMI采用5級(jí)流水線，其結(jié)構(gòu)圖如圖4.2所示，具有分開(kāi)的指令和數(shù)據(jù)

存儲(chǔ)器，5級(jí)流水線具體如下。

(1)取指：從存儲(chǔ)器中取出指令，并將其放入指令流水線。

(2)譯碼：對(duì)指令進(jìn)行譯碼。

(3)執(zhí)行：把一個(gè)操作數(shù)移位，產(chǎn)生ALU的結(jié)果。

(4)緩沖/數(shù)據(jù)：如果需要，則訪問(wèn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；否則ALU的結(jié)果只是簡(jiǎn)單

地緩沖1個(gè)時(shí)鐘周期，以便所有的指令具有同樣的流水線流程。

(5)回寫(xiě)：將指令產(chǎn)生的結(jié)果回寫(xiě)到寄存器，包括任何從存儲(chǔ)器中讀取的數(shù)

據(jù)。

°ARM9TDMI處理器一個(gè)顯著的特點(diǎn)是采用指令和數(shù)據(jù)分離訪問(wèn)的方式，即采

用了指令緩存(l-Cache)和數(shù)據(jù)緩存(D-Cache)。這樣可以把指令訪問(wèn)和數(shù)

據(jù)訪問(wèn)單獨(dú)安排1級(jí)流水線。

取指令移位/ALU”數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器訪問(wèn).

取指p譯碼。執(zhí)行〉存儲(chǔ)器*

圖4.2ARM9TDMI流水線圖-

ARM920T以ARM9TDMI為內(nèi)核，增加了高速緩存和內(nèi)存管理單元，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖如圖4.3所示。

m

圖4.3ARM920T系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

ARM920T內(nèi)核編程模型

字（Word）,在ARM體系結(jié)構(gòu)中，字的長(zhǎng)度為32位，而在8位/16位處理器體系結(jié)構(gòu)

中，字的長(zhǎng)度一般為16位。

半字（Half-Word）,在ARM體系結(jié)構(gòu)中，半字的長(zhǎng)度為16位，與8位/16位處理器

體系結(jié)構(gòu)中字的長(zhǎng)度一致。

字節(jié)（Byte）,在ARM體系結(jié)構(gòu)和8位/16位處理器體系結(jié)構(gòu)中，字節(jié)的長(zhǎng)度均為8

位。

指令長(zhǎng)度可以是32位（在ARM狀態(tài)下），也可以為16位（在Thumb狀態(tài)下）。

ARM920T中支持字節(jié)（8位）、半字（16位）、字（32位）3種數(shù)據(jù)類型，其中，

字需要4字節(jié)對(duì)齊，半字需要2字節(jié)對(duì)齊。

1.ARM微處理器的工作狀態(tài)

從編程的角度看，ARM920T微處理器的工作狀態(tài)一般有兩種：

?ARM狀態(tài)，此時(shí)處理器執(zhí)行32位的、字對(duì)齊的ARM指令；

?Thumb狀態(tài)，此時(shí)處理器執(zhí)行16位的、半字對(duì)齊的Thumb指令。

ARM指令集和Thumb指令集均有切換處理器狀態(tài)的指令，在程序的執(zhí)行過(guò)程中，微

處理器可以隨時(shí)在兩種工作狀態(tài)之間切換，并且，處理器工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)變并不影響處

理器的工作模式和相應(yīng)寄存器中的內(nèi)容。但ARM微處理器在開(kāi)始執(zhí)行代碼時(shí)，應(yīng)該處

于ARM狀態(tài)。

當(dāng)操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位（位0）為1時(shí)，可以采用執(zhí)行BX指令的方法，使微處理器

從ARM狀態(tài)切換到Thumb狀態(tài)。當(dāng)操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位為0時(shí)，執(zhí)行BX指令可以使

狀態(tài)切換到ARM狀態(tài)Tfe外處理器進(jìn)行異常處理時(shí)fFG指針

放入異常模式鏈接寄存器中，并從異常向量地址開(kāi)始執(zhí)行程序，也可以使處理器切換

到ARM狀態(tài)。

2.ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器格式

ARM920T體系結(jié)構(gòu)將存儲(chǔ)器看做是從零地址開(kāi)始的字節(jié)的線性組合。從0字

節(jié)到3字節(jié)放置第1個(gè)存儲(chǔ)的字?jǐn)?shù)據(jù)，從第4個(gè)字節(jié)到第7個(gè)字節(jié)放置第2個(gè)存儲(chǔ)的

字?jǐn)?shù)據(jù)，依次排列。作為32位的微處理器，ARM920T體系結(jié)構(gòu)所支持的最大尋

址空間為4GB（232字節(jié)）。

ARM920T體系結(jié)構(gòu)可以用兩種方法存儲(chǔ)字?jǐn)?shù)據(jù)，分別稱為大端格式和小端格

式。

大端格式中字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)存儲(chǔ)在低地址中，而字?jǐn)?shù)據(jù)的低字節(jié)則存放在高

地址中，如圖4.4所示。

31”2“23P1M15，8A,0+字地址.

8〃9V10*-'11。8“

4川5，6P4d

2y3d

低出七址~

圖4.4以大端格式存儲(chǔ)字?jǐn)?shù)據(jù).

與大端存儲(chǔ)格式相反，在小端存儲(chǔ)格式中，低地址中存放的是字?jǐn)?shù)據(jù)的低字

節(jié)，高地址存放的是字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)。如圖4.5所示

31.->24」23,⑹138+702字地址，

11〃10。9川8P

7a6，5，4,

3，2“0“

低大!址，

圖4.5以小端格式存儲(chǔ)字?jǐn)?shù)據(jù)」

3.處理器模式

ARM920T支持7種運(yùn)行模式，分別為：

?用戶模式（usr）,ARM處理器正常的程序執(zhí)行狀態(tài)；

?快速中斷模式（fiq）,用于高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理；

?外部中斷模式（irq）,用于通用的中斷處理；

?管理模式（svc）,操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模式；

?數(shù)據(jù)訪問(wèn)終止模式（abt）,當(dāng)數(shù)據(jù)或指令預(yù)取終止時(shí)進(jìn)入該模式，可用于

虛擬存儲(chǔ)及存儲(chǔ)保護(hù)；

?系統(tǒng)模式（sys）,運(yùn)行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù)；

?未定義指令中止模式（und）,當(dāng)未定義的指令執(zhí)行時(shí)進(jìn)入該模式，可用

于支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真。

ARM微處理器的運(yùn)行模式可以通過(guò)軟件改變，也可以通過(guò)外部中斷或異常處

理改變。大多數(shù)的應(yīng)用程序運(yùn)行在用戶模式下，當(dāng)處理器運(yùn)行在用戶模式下時(shí)，

某些被保護(hù)的系統(tǒng)資源是不能被訪問(wèn)的。

除用戶模式以外，其余的6種模式稱為非用戶模式或特權(quán)模式；其中除去用

戶模式和系統(tǒng)模式以外的5種又稱為異常模式，常用于處理中斷或異常，以及訪

問(wèn)受保護(hù)的系統(tǒng)資源等情況。

4.寄存器組織

ARM920T共有37個(gè)32位寄存器，其中31個(gè)為通用寄存器，6個(gè)為狀態(tài)寄存

器。但是這些寄存器不能被同時(shí)訪問(wèn)，具體哪些寄存器是可編程訪問(wèn)的，取決

于微處理器的工作狀態(tài)及具體的運(yùn)行模式。

在ARM狀態(tài)下，任一時(shí)刻可以訪問(wèn)16個(gè)通用寄存器和1?2個(gè)狀態(tài)寄存器。在

非用戶模式（特權(quán)模式）下，則可訪問(wèn)到特定模式分組寄存器，圖4.6所示為在

每一種運(yùn)行模式下，可以訪問(wèn)的寄存器。

在ARM狀態(tài)下有16個(gè)直接訪問(wèn)寄存器R0?R15,除R15寄存器外均為通用目

的，可用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或地址值。除此之外，還有第17個(gè)寄存器用來(lái)存儲(chǔ)狀態(tài)信

息。

R14也稱為子程序連接寄存器（SubroutineLinkRegister）或連接寄存器LR。

當(dāng)執(zhí)行BL子程序調(diào)用指令時(shí)，R14中得到R15（程序計(jì)數(shù)器PC）的備份。在其

他情況下，R14用做通用寄存器。與之類似，當(dāng)發(fā)生中斷或異常時(shí)，對(duì)應(yīng)的分組

寄存器R14_svc、R14_irq>R14_fiq>R14_abt和R14_und用來(lái)保存R15的返回

值。

寄存器R15用做程序計(jì)數(shù)器（PC）。在ARM狀態(tài)下，位［1:0］為0,位［31:2］

用于保存PC；在Thumb狀態(tài)下，位⑼為0,位［31:1］用于保存PC。

寄存器R16用做當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器（CurrentProgramStatusRegister,

CPSR）,CPSR可在任何運(yùn)行模式下被訪問(wèn)，它包括條件標(biāo)志位、中斷禁止位、

當(dāng)前處理器模式標(biāo)志位，以及其他一些相關(guān)的控制和狀態(tài)位。

■■■

ARM狀態(tài)下的通用寄存器與程序計(jì)數(shù)器，，

System&User*1FIQ/Supervisor-'About/IRGfUndefined-'

RCkR(kR0<R0〃RWR(k

RbRK)RMRI。Rl“RW

R2tR2?R20R2>R2”R2--

R3-R3>R3“R3“時(shí)R3-'

R4.R4“R43RWR4。R4"

R5-1R5a心，R5aR5-'R5。

R6?1R6<1R6kR6-1RMR6~

R7；R7」R7dR7~R7dR7P

R“、R8_6q+R8<R“R8+R8<'

R9?」、R9__fiq*-'R9+眸R9」R9~

R10<1、R10_fiq-RIO4--RIO^RIO。RI04-'

Rib1\Rll_fiq，R1U-R1U)Rll“Rih'

R⑵、R12_fiq*R⑵R12~RI2^R⑵

R13u、R13__fiq-?,、R13_SVC「\R13_abh-'、R13_irq。、R13_und*

R14<、R14_fiq<J、R14_SVC〃R14__abt*J、R14_irq。\R14__und?-,

R15(PC>R15(PC)-R15(PC>R15(PC)<R15(PC>R15(PC)^

ARM狀態(tài)下的程序狀態(tài)寄存器?

CPSR。CPS的CPSR/CPSR"CPSRxCPSRv

\SPSR_fiq>、SPSR__svc<-\SPSR_abt<」\SPSRJrq-'、SPSR_undp

'=分組寄存器，

圖4.6ARNI狀態(tài)下的寄存器組織”

每一種非用戶模式下都有一個(gè)專用的物理狀態(tài)寄存器，稱為SPSR（Saved

ProgramStatusRegister,備份的程序狀態(tài)寄存器）。當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，SPSR用

于保存CPSR的當(dāng)前值，從異常退出時(shí)則可由SPSR來(lái)恢復(fù)CPSR。

fiq模式下有7個(gè)分組寄存器R8_fiq~R14_fiq,在ARM狀態(tài)下，許多fiq處理都

不用保存任何寄存器。usr、fiq、irq>svc、abt>und模式下有兩個(gè)分組寄存器

R13和R14,而每種模式都有一個(gè)自己的堆棧指針和連接寄存器

Thumb狀態(tài)下的寄存器集是ARM狀態(tài)下寄存器集的一個(gè)子集，程序可以直接

訪問(wèn)8個(gè)通用寄存器（R7~R0）、程序計(jì)數(shù)器（PC）、堆棧指針（SP）、連接

寄存器（LR）和CPSR。同時(shí)，在每一種特權(quán)模式下都有一組SP、LR和SPSR。

圖4.7所示表明Thumb狀態(tài)下的寄存器組織。

Thumb狀態(tài)下的寄存器組織與ARM狀態(tài)下的寄存器組織存在如下關(guān)系：

?Thumb狀態(tài)下和ARM狀態(tài)下的R0?R7是相同的；

?Thumb狀態(tài)下和ARM狀態(tài)下的CPSR和所有的SPSR是相同的；

?Thumb狀態(tài)下的SP對(duì)應(yīng)于ARM狀態(tài)下的R13；

?Thumb狀態(tài)下的LR對(duì)應(yīng)于ARM狀態(tài)下的R14；

?Thumb狀態(tài)下的程序計(jì)數(shù)器對(duì)應(yīng)于ARM狀態(tài)下的R15。

以上的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖4.8所小。

在Thumb狀態(tài)下，高位寄存器R8~R15并不是標(biāo)準(zhǔn)寄存器集的一部分，但可

使用匯編語(yǔ)言程序受限制地訪問(wèn)這些寄存器，將其用做快速的暫存器。使用帶特

殊變量的MOV指令，數(shù)據(jù)可以在低位寄存器和高位寄存器之間進(jìn)行傳送；高位

寄存器的值可以使用CMP和ADD指令進(jìn)行比較或加上低位寄存器中的值。

THUMBStateARMSlate?

RO?RO

RIRl.

R2.R2

R3?R3

R4R4.

R5.R5

R6R6.

R7.R7.

R8.

R9?

R1O..

Rll..

R12.

StackPoitSSP)SuckPointei(R13)

LinkBegkter(LR)LinkRegisteitRH)

ProgramCounter(PC)ProgramCountei(R15)

CPSRCPSR.

SPSRSPSR

圖48Thwb狀態(tài)下的寄存器組織/

5.程序狀態(tài)寄存器

ARM920T體系結(jié)構(gòu)中包含一個(gè)當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器(CPSR)和5個(gè)備份的

程序狀態(tài)寄存器(SPSR)。備份的程序狀態(tài)寄存器用來(lái)進(jìn)行異常處理，其功能

包括：

?保存ALU中的當(dāng)前操作信息；

?控制允許和禁止中斷；

?設(shè)置處理器的運(yùn)行模式。

程序狀態(tài)寄存器每一位的安排如圖4.9所示。

條件碼標(biāo)志，保宜“控制牧

Cany/Boirow/ExijendStatebit

Zero---------------------------------FIQdisable

NegativeITwin----------------------------------IRQdi^bk?

圖4.9程序狀態(tài)寄存器格式丫

6.條件碼標(biāo)志（ConditionCodeFlags）

N、Z、C、V均為條件碼標(biāo)志位。它們的內(nèi)容可被算術(shù)或邏輯運(yùn)算的結(jié)果所改

變，并且可以決定某條指令是否被執(zhí)行。條件碼標(biāo)志各位的具體含義如表4.1所示。

表4.1條件碼標(biāo)志的具體含義4

標(biāo)志像◎義.

N,當(dāng)用兩個(gè)科嗎愛(ài)家的帶符號(hào)數(shù)送行過(guò)算時(shí).N=1農(nóng)示運(yùn)算的結(jié)果的負(fù)數(shù)；N=0我不運(yùn)算的統(tǒng)果為正數(shù)或察

Z,2=1及示運(yùn)算的續(xù)果為黑；Z=0表示過(guò)算的結(jié)果為非窯

C可以有4種方法設(shè)置C的但：

一加法運(yùn)算（包括比校指令CMP）：當(dāng)運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生丁逸粒時(shí)（無(wú)符號(hào)數(shù)整出），C=E否則C=0

—減法運(yùn)算（包括比長(zhǎng)推母CMPL當(dāng)運(yùn)算時(shí)產(chǎn)生T借校（無(wú)符號(hào)基整出）.C=0.否劃C=1

—附子包含移位慢作的非加/減運(yùn)算燧令，C欠移出值的最后一位

—對(duì)千其他的非加，減過(guò)篁微令.C的但圓堂不改變

V.可以有2種方法設(shè)餐V的值：

一和千加/蹴法過(guò)篁楂令.當(dāng)區(qū)作敵和過(guò)復(fù)結(jié)果為二澆制的料包農(nóng)不的藥符號(hào)基時(shí)，V=1茂木符號(hào)位旅出

—對(duì)于其他的非加，減運(yùn)篁撥令.C的但遇常不改變

Q■在ARM9應(yīng)以上版近的E系列處理器中.用Q標(biāo)志檢攝示第裔的DSP過(guò)夏微令是否發(fā)生T溢出.在其他版

本的處理趨中.Q標(biāo)志粒無(wú)定義

7.控制位

CPSR的低8位（包括I、F、T和M[4：0]）稱為控制位，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)這些位

可以被改變。如果處理器運(yùn)行特權(quán)模式，這些位也可以由程序修改。

?中斷禁止位I、F：置1時(shí)，禁止IRQ中斷和FIQ中斷。

?T標(biāo)志位：該位反映處理器的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)該位為1時(shí)，程序運(yùn)行于Thumb

狀態(tài)，否則運(yùn)行于ARM狀態(tài)。該信號(hào)反映在外部弓I腳TBIT上。在程序中不得修

改CPSR中的TBIT位，否則處理器工作狀態(tài)不能確定。

?運(yùn)行模式位M[4：0]：MO、M1、M2、M3、M4是模式位。這些位決定了處

理器的運(yùn)行模式。具體含義如表4.2所示。

?保留位：CPSR中的其余位為保留位，當(dāng)改變CPSR中的條件碼標(biāo)志位或者

控制位時(shí)，保留位不要被改變，在程序中也不要使用保留位來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。保留位

將用干ARM版本的擴(kuò)展.

n表4.2運(yùn)行模式位M[4：0]的具體含義「

M[4=0]」處理器極衣ARM梭衣出訪日的備存卷」THUMB枚式可訪日的備存期

0b10000.用戶模式、PC,CPSR,R0忘14PC,CPSR,R0~R7?LR.SP

Ob10001.FIQ模忒，PC.CPSR,SPSR^q,R14?~R8_fiq?R7-R0PC,CPSR,SPSRjaq.LR_fiq,SPR7-R0

Ob10010.IRQ梭衣，PC.CPSR,SPSR_irq,R14_irq，RBJrq.R12-R0PC.CPSR,SPSR_irq?LR_irq?SP_irq?R7-R￡L

OblOOll.管理槐衣PC.CPSR.SPSR_fVC.R14_SVC?R13耳.R12-R0PC<CPSR.SPSR_5vc.LR_$vc..SP_$vt.R7~R0

OblOlll中止極式PC,CPSR,SPSRJbt,R14_sbt.R13_abt,R12~RDPC,CPSR,SPSR_abt,LR_abt,SP/rt,R7~R0

ObllOlli泉定義橙衣PC,CPSR.SPSRjmdeR14jmdeR13jmd.R12-R0PC.CPSR,SPSRjmdeLRjond.SPjmd.R7-R0

Oblllll1系統(tǒng)梭衣PC.CPSR,R14-R0,PC.CPSR,LR.SP.R7-R0

8.異常(Exceptions)

當(dāng)正常的程序執(zhí)行流程發(fā)生暫時(shí)的停止時(shí)，稱之為異常。在處理異常之前，當(dāng)前處理

器的狀態(tài)必須保留，這樣，當(dāng)異常處理完成之后，當(dāng)前程序可以繼續(xù)執(zhí)行。處理器允許多

個(gè)異常同時(shí)發(fā)生，處理器會(huì)按固定的優(yōu)先級(jí)對(duì)多個(gè)異常進(jìn)行處理。ARM920T對(duì)異常的處

理按以下步驟操作：

(1)將下一條指令的地址存入相應(yīng)連接寄存器LR。若異常是從ARM狀態(tài)進(jìn)入，LR寄

存器中保存的是下一條指令的地址(當(dāng)前PC+4或PC+8,與異常的類型有關(guān))；若異常

是從Thumb狀態(tài)進(jìn)入，則在LR寄存器中保存當(dāng)前PC的偏移量。這樣，異常處理程序就不

需要確定異常是從何種狀態(tài)進(jìn)入的，程序在處理異常返回時(shí)能從正確的位置重新開(kāi)始執(zhí)行。

例如：在軟件中斷異常SWI中，指令MOVPC,R14_svc總是返回到下一條指令，而不管

SWI是在ARM狀態(tài)執(zhí)行，還是在Thumb狀態(tài)執(zhí)行。

(2)將CPSR復(fù)制到相應(yīng)的SPSR中。

(3)根據(jù)異常類型，強(qiáng)制設(shè)置CPSR的運(yùn)行模式位。

(4)強(qiáng)制PC從相應(yīng)的異常向量地址取下一條指令執(zhí)行，從而跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常處理

程序處。

進(jìn)入異常處理前可以設(shè)置中斷禁止位，以禁止異常處理時(shí)對(duì)中斷的響應(yīng)。如果異常發(fā)

生時(shí)，處理器處于Thumb狀態(tài)，則當(dāng)異常向量地址加載入PC時(shí)，處理器自動(dòng)切換到ARM

狀態(tài)。異常處理完畢之后，執(zhí)行以下操作從異常返回：

(1)將連接寄存器LR的值減去相應(yīng)的偏移量后送到PC中。

(2)將SPSR復(fù)制回CPSR中。

(3)若在進(jìn)入異常處理時(shí)設(shè)置了中斷禁止位，要在此清除。

表4.3總結(jié)了進(jìn)入異常處理時(shí)保存在相應(yīng)R14中的PC值，及在退出異常處理時(shí)推薦

使用的指令。

表4.3異常進(jìn)入/退出

3以的的伏布

返回?cái)z令注徽,

ARMR14_xThumbR14_x」

BL,MOVPCrR14,PC-+-4,PC4-2,1」

SWI.MOVSPC,R14.PCI1PC-H21、

UDEFMOVSPC.R14jmdPC+4,PC+2,1,

FIQSUBSPC.R14_fiq.屏4PCI,PC4-4.,2.

IRQSUBSPC.R14_irq.盡4，PC+4iPC+42,

PABTSUBSPC,R14Jbt,N,PC+4.PC-4-41、

DABT.SUBSPC.R14_St,48.PC+8iPC-H83i

RESETNA、一,，-i4,

應(yīng)用程序中的異常處理：當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，異?？赡軙?huì)隨時(shí)發(fā)生。為保證在ARM處

理器發(fā)生異常時(shí)不至于處于未知狀態(tài)，在應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)中，首先要進(jìn)行異常處

理。采用的方式是在異常向量表中的特定位置放置一條跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到異常處

理程序。當(dāng)ARM處理器發(fā)生異常時(shí)，程序計(jì)數(shù)器PC會(huì)被強(qiáng)制設(shè)置為對(duì)應(yīng)的異常向

量，從而跳轉(zhuǎn)到異常處理程序。當(dāng)異常處理完成以后，返回到主程序繼續(xù)執(zhí)行。

各異常向量地址如表4.4所示。

表4.4異常向曼表J

址，異常.，設(shè)入梭衣，

0x0000^000,復(fù)被冷理槐衣

0x0000^1004來(lái)定義檄令，耒是義極衣

0^0000^3008，SWI軟件中斷曾理模也，

0x0000pooC中止（初取橙令）中止叔忒?

0M000,010中止中止板式

0x0000^)014保密、保穿

0x0000/018.,IRQ.IRQ、

0x0000poic-RQ.FIQ-

當(dāng)多個(gè)異常同時(shí)發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)固定的優(yōu)先級(jí)決定異常的處理順序。

異常優(yōu)先級(jí)由高到低的排列次序?yàn)椋簭?fù)位、數(shù)據(jù)中止、FIQ、IRQ、預(yù)取指

令中止、未定義指令、SWL

4.3S3c2410X處理器詳解

S3c241OX在包含ARM920T核的同時(shí)，增加了豐富的外圍資源，如圖4.10所

示。主要片內(nèi)外圍模塊包括：

?1個(gè)LCD控制器，支持STN和TFT液晶顯示屏；

?外部存儲(chǔ)器管理（SDRAM控制器和芯片選擇邏輯）；

?3個(gè)通道的UART；

?4個(gè)通道的DMA,支持存儲(chǔ)器和I/O口之間的傳輸，以猝發(fā)模式提高傳輸率;

?4個(gè)具有PWM功能的16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和1個(gè)16位內(nèi)部定時(shí)器，支持外部時(shí)

鐘源；

?8通道的10位ADC,最高速率可達(dá)500kB/s,10位分辨率；

?觸摸屏接口；

?IIS總線接口；

?2個(gè)USB主機(jī)接口，1個(gè)USB設(shè)備接口；

?2個(gè)SPI接口;

?SD卡接口和MMC卡接口；

?16位看門(mén)狗定時(shí)器；

?117位通用I/O口和24位外部中斷源；

?8通道10位AD控制器；

?電源管理。

S3C241OX及片內(nèi)外圍簡(jiǎn)介

ClockG?rmtor

￡(MPLL)Bridgt&DMA(4Ch)

UART0,l,2<M>12C

USBDeviceK)Z=(><2=t>

SDFMMC.gIO..

VMchdog

Tiner0=€>

BUSCONT.

ADC

Art>ito(r/Decode0

SPI0,1Ta/PWM

00~3,4(加聞nal)

圖41。S3c2410X結(jié)構(gòu)框圖?

S3c2410X支持大、小端模式,將存儲(chǔ)空間分成8組（Bank）,每組大小是

128MB,共計(jì)1GB。

OM[1:0]4)1F10OM[1^)]-01,10

OxFFFF...FFFF

求使用耒使用

0x6000....0000.1

<1專用功能備存落區(qū)專用功能音存巷區(qū)

0x4800...0000.

0x4000....0FFF,耒便用

BootSRAM(4KB)

0x4000....0000.

SROMSROM

(BANK7,nGCS7)(BANK7,nGCS7).

0x3800....0000

SROM.SROM.

(BANK5,nGCS6)(BANK6,nGCS6)

0x3000....0000

SROM.SROM..

(BANK5,nGCS5)(BANK5,nGCS5)

0x2800....0000

SROMSROM

(BANK4,nGCS4).(BANK4,nGCS4).

0x2000....0000?

SROMSROM

(BANKS,nGCS3).(BANK5,nGCS3).

0x1800....0000?

SROM..SROM..

(BANK2,nGCS2)(BAbTK2,nGCS2)

0x0100....0000

SROMSROM

0x0800....0000(BANKl,nGCSl>.(BANKhnGCSl).

SROM

0x0000....0000(BANK0,nGCS0).BootSRAM(4KB)

便用NANDFlash啟動(dòng)L

不使用NANDFlash啟動(dòng)

圖4.11S3c2410X復(fù)位后存緒器映射圖?

特殊功能寄存器

1.內(nèi)存控制器(MemoryController)

內(nèi)存控制器為訪問(wèn)外部存儲(chǔ)空間提供存儲(chǔ)器控制信號(hào)，共有13個(gè)寄存器。

區(qū)4.5內(nèi)存控制寄存淤

寄存卷，地址大炭方忒讀閏,設(shè)明J定做后的但

BWSCON0X48000000,怠皎黨度和善待拄制備毒備0M)

BANKCONO0X48000004BANK0控制言存君■03U700

BANKC0N10X48000008BANK1控制備存超、0XD700

BANKC0N2、0X4800000CBANK2控制專存留0MD700

BANKC0N303(48000010.BANK3控制言存靜0MI700.

BANKC0N40X180000141BANK4拄制寄存器.0MJ700

BANKC0N5,0X48000018//耳，BANK5拄制寄存餐0MD700

BANKC0N60X4800001CBANK6控制備存卷、0X18008

BANKC0N7.0J38000020,BANK7控制備存&-0X18008

REFRESH0^8000024?SDRAM刷新控制備存百OWkCOOOO..

BANKSIZE0X48000028可變的緞大小寄存部0MD

L/DR.SR5603^800002CBANK6的極式設(shè)置志存巷:XXX

MRSEB70X48000030，BANK7的極式設(shè)置備存器3ODC

2.NandFlash控制器

S3c2410X支持NandFlash啟動(dòng)，啟動(dòng)代碼存儲(chǔ)在NandFlash上。啟動(dòng)時(shí)，

NandFlash的前4KB將被裝載到內(nèi)部的固定地址中，利用硬件糾錯(cuò)碼ECC對(duì)數(shù)據(jù)

的正確性檢驗(yàn)，然后開(kāi)始執(zhí)行其中的啟動(dòng)代碼。一般情況下，該啟動(dòng)代碼會(huì)把

NandFlash中的內(nèi)容拷貝到SDRAM中去，拷貝完后，主程序?qū)⒃赟DRAM中執(zhí)

行。操作流程如圖4.13所示。

圖4.13NandFlash執(zhí)行流科

自動(dòng)引導(dǎo)模式流程：

?復(fù)位；

?如果自動(dòng)引導(dǎo)模式使能，NandFlash中的前4KB代碼拷貝到內(nèi)部的小石頭區(qū)域;

?小石頭映射到nGCSO；

?CPU開(kāi)始執(zhí)行小石頭區(qū)域中的代碼。

NandFlash模式：

?通過(guò)NFCONF寄存器設(shè)置NandFlash酉己置；

?iENandFlash命令寫(xiě)入NFCMD寄存器；

?fi5NandFlash地址寫(xiě)入NFADDR寄存器；

?讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)同時(shí)通過(guò)NFSTAT寄存器檢測(cè)NandFlash狀態(tài)。讀操作前或者程序執(zhí)

行后檢查R/nB信號(hào)。

表4.7|NandFlash控制器

備存百出址、讀，耳.說(shuō)明復(fù)粒后的值

NFCON0?E?00000配置NandFlash：位15為1時(shí)使能N?ndFlash一,■

NFCMD.,03(40000004.1設(shè)置NandFlash一?■

讀，耳

NEADDRn0X4ED00008.1設(shè)置NandFlash地址.

NFDATA，o?nioooocNandFlash數(shù)據(jù)備存卷.一.

NFSTAT03SD300010NandFlash國(guó)作伏本一,

讀，

NFECC.03(40)00014NandFlashECC備存器?一.

「

3.時(shí)鐘和電源管理

S3c2410X的主時(shí)鐘由外部晶振或者外部時(shí)鐘提供，選擇后可以生成3種時(shí)鐘信號(hào),

分另U是CPU使用的FCLK,AHB總線使用的HCLK和APB總線使用的PCLK。時(shí)鐘

管理模塊同時(shí)擁有兩個(gè)鎖相環(huán)，一個(gè)稱為MPLL,用于FCLK、HCLK和PCLK；另

一個(gè)稱為UPLL,用于USB設(shè)備。對(duì)時(shí)鐘的選擇是通過(guò)OM[3:2]實(shí)現(xiàn)的。

?OM[3:2]=00B時(shí)，晶體為MPLLCLK和UPLLCLK提供時(shí)鐘源；

?OM[3:2]=01B時(shí)，晶體為MPLLCLK提供時(shí)鐘源，EXTCLK為UPLLCLK提供0寸

鐘源；

?OM[3:2]=10B時(shí)，EXTCLK為MPLLCLK提供時(shí)鐘源，晶體為UPLLCLK提供時(shí)

鐘源；

?OM[3:2]=11B時(shí)，EXTCLK為MPLLCLK和UPLLCLK提供時(shí)鐘。

(1)鎖相環(huán)PLL。

鎖相環(huán)最基本的結(jié)構(gòu)由3個(gè)基本的部件組成：鑒相器(PFD)、環(huán)路濾波器

(LoopFilter)和壓控振蕩器(VCO),如圖4.14所示。鑒相器是個(gè)相位比較裝

置，它把輸入信號(hào)Fref與壓控振蕩器輸出分頻后的信號(hào)Fvc。的相位進(jìn)行比較，產(chǎn)

生對(duì)應(yīng)于兩個(gè)信號(hào)相位差的誤差電壓。環(huán)路濾波器的作用是濾除誤差電壓中的高

頻成分和噪聲，以保證環(huán)路所要求的性能，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。壓控振蕩器受控

制電壓的控制，使壓控振蕩器的頻率向輸入信號(hào)的頻率靠攏，直至消除頻差而鎖

定。由此可見(jiàn)，鎖相環(huán)是個(gè)相位誤差控制系統(tǒng)。它比較輸入信號(hào)和壓控振蕩器輸

出信號(hào)之間的相位差，從而產(chǎn)生誤差控制電壓來(lái)調(diào)整壓控振蕩器的頻率，以達(dá)到

與輸入信號(hào)同頻。

P[5:0]

Mf7:0]

S[1:O]

圖414PLL工作原理“

S3c2410X增加了1個(gè)轉(zhuǎn)換泵和3個(gè)除法器來(lái)增加控制。轉(zhuǎn)換泵首先對(duì)PFD的輸出信號(hào)按一

定比例轉(zhuǎn)換，然后傳遞給外部濾波器，最后由外部濾波器驅(qū)動(dòng)壓控振蕩VCO。除法器P對(duì)

輸入信號(hào)Fin分頻產(chǎn)生信號(hào)Fref,除法器M對(duì)壓控振蕩器輸出信號(hào)分頻產(chǎn)生信號(hào)Fvco，分頻

器S對(duì)壓控振蕩器輸出信號(hào)分頻后生成了MPLL。

在環(huán)路開(kāi)始工作時(shí)，如果Fref與Fvco頻率不同，則是由于兩信號(hào)之間存在固有的頻率差

,因此它們之間的相位差一直在變化，使得鑒相器PFD輸出的誤差電壓就在一定范圍內(nèi)變

化。在這種誤差電壓的控制下，壓控振蕩器的頻率也在變化。若Fvco的頻率能夠變化到與

Frefffi等，那么在滿足穩(wěn)定性條件下就在這個(gè)頻率上穩(wěn)定下來(lái)。達(dá)到穩(wěn)定后，F(xiàn)ref與Fvco

之間的頻差為零，相差不再隨時(shí)間變化，誤差電壓為一固定值，此時(shí)環(huán)路進(jìn)入“鎖定”狀

態(tài)。這就是鎖相環(huán)工作的大致過(guò)程。

系統(tǒng)穩(wěn)定后Fref與Fvco相等，可得輸出頻率MPLL與輸入時(shí)鐘頻率Fin的關(guān)系式：

(M+8)xFin

MPLL—'L一一

(尸+2)x2

(2)時(shí)鐘控制邏輯。

時(shí)鐘控制邏輯決定了所使用的時(shí)鐘源，是采用MPLL作為FCLK,還是采用外

部時(shí)鐘。復(fù)位后，F(xiàn)in直接傳遞給FCLK,即使不想改變默認(rèn)的PLLCON值，也需

要重新寫(xiě)一遍。FCLK由ARM920T核使用，HCLK提供給AHB總線，PCLK提供

給了APB總線。

S3c2410X支持HCLK、FCLK和PCLK的分頻選擇，其比率是通過(guò)CLKDIV寄

存器中的HDIVN和PDIVN控制的，如表4.8所示。

表4.8分頻設(shè)定表”

HDIVNPDIVNFCLK,HCLK,PCLK,

0..0.FCLK.,FCLK..FCLK

O.tFCLK..FCLK,FCLK/2

1.0，F(xiàn)CLK,FCLK/2FCLKQ.

1FCLK,FCLK/2FCLK/4

(3)電源管理。

S3c241OX電源管理模塊通過(guò)4種模式有效地控制功耗：

?Normal模式：為CPU和所有的外設(shè)提供時(shí)鐘，所有的外設(shè)開(kāi)啟時(shí)，該模式

下的功耗最大。這種模式允許用戶通過(guò)軟件控制外設(shè)，可以斷開(kāi)提供給外設(shè)的時(shí)

鐘以降低功耗。

?Slow模式：采用外部時(shí)鐘生成FCLK的方式，此時(shí)電源的功耗取決于外部

時(shí)鐘。

?Idle模式：斷開(kāi)FCLK與CPU核的連接，外設(shè)保持正常，該模式下的任何中

斷都可喚醒CPU。

?Power-off模式：斷開(kāi)內(nèi)部電源，只給內(nèi)部的喚醒邏輯供電。一般模式下需

要兩個(gè)電源，一個(gè)提供給喚醒邏輯，另外一個(gè)提供給CPU和內(nèi)部邏輯，在

Power-off模式下，后一個(gè)電源關(guān)閉。該模式可以通過(guò)EINT[15:0]和RTC喚醒。

aLEBIT?L_____________

frienupts,EINTp：23],RTC

[RESET)

r—yWLQW_BI吧*4、

￡041(15:0],

RTCalaim

((SLOW_BIT-1)

POWER-OFFBIT-1,

圖4.15S3c241UX的電源管理模式轉(zhuǎn)換關(guān)系圖，

(4)時(shí)鐘和電源管理寄存器。

S3c2410X通過(guò)控制寄存器實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)鐘和電源的管理，相關(guān)寄存器

如表4.10所示。

表4.10時(shí)鐘控制寄存

比址.、我，耳1說(shuō)明定牧后的值

LOCKTIME0X4C00000、PLL假定時(shí)問(wèn)計(jì)數(shù)器OXOOKFKVTF

MPLL配置備存春：MDIV=I19:12],..

MPLLCON.0x4C00004,0x0005C0801

PDIV=p：4],SDIV=[1:O]

讀得

UPLLCON0X4C00008UPLL配置寄存希.同上■0x00028080

CLKCON0X4C0000C..時(shí)忖信號(hào)生成控制備存粉