ARM嵌入式系统是基于ARM(Advanced RISC Machines)架构的微处理器系统,广泛应用于各种嵌入式设备中,如物联网设备、智能手机、工业控制等。在这个实验中,重点是了解和掌握ARM7TDMI处理器的汇编指令,以及如何在ARM和Thumb模式之间切换。
ARM7TDMI是一款32位的处理器核心,它支持两种指令集:ARM指令集(32位)和Thumb指令集(16位)。ARM指令集提供了更丰富的指令,而Thumb指令集则以更紧凑的形式提供高效的代码执行。在某些情况下,Thumb指令集可以节省内存空间,提高代码密度。
实验的目的在于:
1. 熟悉ARM7TDMI的汇编指令,能够编写简单的汇编程序。
2. 学习如何使用16位的Thumb汇编指令。
3. 掌握指令的条件执行,这是编程中控制流程的重要部分。
实验设备包括嵌入式实验平台、仿真器和PC机,以及相关的开发软件,如Windows操作系统、仿真器驱动和ADS(ARM Development Studio)开发工具。ADS是用于ARM开发的一个集成开发环境,包含了编译器、链接器和调试器等功能。
实验内容要求使用ARM和Thumb指令计算1到N的和。其中,ADD、MOV和CMP是基本的运算指令,ADD用于加法,MOV用于数据移动,CMP用于比较。B是跳转指令,根据之前的条件决定是否改变程序执行流程。
ARM处理器有两种工作状态:
1. ARM状态:执行32位对齐的ARM指令。
2. Thumb状态:执行16位对齐的Thumb指令。两种状态之间的切换不会影响处理器的模式或寄存器内容。
状态切换通常通过BX指令实现:
- 当操作数寄存器的最低位为1时,执行BX指令会进入Thumb状态。
- 当操作数寄存器的最低位为0时,执行BX指令会进入ARM状态。
在异常处理中,处理器会自动根据当前状态进行切换。例如,如果处理器在Thumb状态发生异常,异常退出时会自动回到Thumb状态。
实验操作步骤包括使用ADS建立工程,编写汇编源代码,设置链接地址,编译链接,使用AXD调试器进行调试,并观察寄存器的变化,尤其是CPSR(Current Program Status Register)中的T位,该位标识当前处理器是在ARM还是Thumb状态。
实验程序中,R0寄存器用来保存累加的结果,初始值设为0;R1作为循环计数器,从1开始递增,当R1达到N时,循环结束。Thumb指令代码示例中,首先定义了常量N的值,然后通过LDR指令设置栈指针SP,ADR指令将Thumb代码的入口地址加载到R0,通过BX R0指令进入Thumb状态,之后的代码在Thumb模式下执行,完成计算。
通过这样的实验,学生能够深入理解ARM处理器的工作原理,熟练掌握汇编语言编程,并熟悉嵌入式系统开发的基本流程。这对于进一步学习和开发嵌入式系统至关重要。