《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁(yè) > 嵌入式技術(shù) > 業(yè)界動(dòng)態(tài) > 嵌入式開發(fā)之CPU的那些事

嵌入式開發(fā)之CPU的那些事

2018-04-08
關(guān)鍵詞: 嵌入式 CPU 數(shù)字處理

  cpu數(shù)字處理系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),。在我看來,,單片機(jī),、微處理器,、dsp都可以稱作是cpu,,只是它們的側(cè)重點(diǎn)有所不同罷了,。具體來說,,傳統(tǒng)意義上的單片機(jī)更偏重于嵌入式的計(jì)算,比如說我們經(jīng)常使用的51,、avr,、arm芯片中不僅僅含有了運(yùn)算和控制功能,它還涵蓋了定時(shí)器,、串口,、并口、usb,、i2c總線等外部資源,。dsp呢,cpu一般只是作為dsp的一個(gè)核存在,,它通常還會(huì)包含另外一個(gè)核,,專門用于數(shù)字信號(hào)的處理工作。而微處理器,,也就是我們經(jīng)常說的pc上的處理器,,它的工作比較單一,專注于計(jì)算和控制功能的處理,,因此一般來說在這方面的性能上面,,單片機(jī)和dsp都是不能和它相比的,有了南橋芯片和北橋芯片的幫助,,pc的微處理器就可以專注于自己的本職工作了,,效率上面也會(huì)有一個(gè)很大的提高。

  對(duì)于朋友們來說,,生活中遇到的最多的cpu其實(shí)是x86的cpu,。當(dāng)然,如果有哪位朋友喜歡apple之類的玩具,,也會(huì)知道一些arm的相關(guān)事情,。剩下的就是一些專用領(lǐng)域的cpu了,比如說在通信行業(yè)用到的比較多的powerpc芯片,,在高性能服務(wù)器用的到的sun sparc芯片,,在科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域使用到的mips芯片。所以,,無論遇到什么芯片,,對(duì)于應(yīng)用層開發(fā)的朋友都是一樣的,只是在一些小地方需要還有一些注意的地方,。比如說,,

  (1)數(shù)據(jù)的對(duì)齊方式

 ?。?)數(shù)據(jù)的字節(jié)序問題

 ?。?)函數(shù)參數(shù)的壓棧問題

 ?。?)cpu的亂序執(zhí)行問題

  (5)cpu中cache和內(nèi)存一致性的問題

5.png

  當(dāng)然,,如果我們所要思考只是簡(jiǎn)單的應(yīng)用層設(shè)計(jì),,考慮到這些內(nèi)容本身已經(jīng)實(shí)屬不易了。然而,,我們考慮的是如何設(shè)計(jì)嵌入式操作系統(tǒng)的問題,,所以接下來還要看看一般cpu下面都包含了那些內(nèi)容,。這樣,,只要熟練掌握了一款cpu的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),對(duì)其他cpu的知識(shí)也會(huì)觸類旁通了,。

  任何一款cpu,,不管是完成的功能是什么樣的,通常都會(huì)有這樣一些基本設(shè)計(jì):

 ?。?)寄存器

  堆棧寄存器

  pc寄存器

  狀態(tài)寄存器

  運(yùn)算寄存器

  寄存器是cpu內(nèi)部的基本資源,。不管cpu的代碼執(zhí)行到什么時(shí)候,這些資源都是共享的,,所以在cpu發(fā)生中斷,、函數(shù)調(diào)用、線程切換的時(shí)候,,都需要對(duì)這些寄存器進(jìn)行保護(hù),,常用的基本措施就是把把它們保存到臨時(shí)堆棧當(dāng)中去。堆棧寄存器記錄了當(dāng)前堆棧使用到了什么地方,,pc寄存器則記錄當(dāng)前代碼跑到了什么地方,,下一條指令在什么地方等。狀態(tài)寄存器則保存了當(dāng)前cpu的執(zhí)行情況,,包括計(jì)算有沒有溢出,、中斷是關(guān)還是開、有沒有o除數(shù)異常等等,。至于運(yùn)算寄存器就因cpu而異了,,有的cpu寄存器比較少,比如說x86的寄存器,;有的cpu寄存器就比較多,,比如說powerpc。運(yùn)算寄存器的用途很多,,比如說數(shù)據(jù)訪問,、計(jì)算、移位,、返回計(jì)算結(jié)果等等,。

 ?。?)指令集

  尋址指令

  數(shù)學(xué)運(yùn)算指令

  邏輯運(yùn)算指令

  軟中斷指令

  跳轉(zhuǎn)指令

  遠(yuǎn)程調(diào)用指令

  io訪問指令

  棧操作指令

  指令集在某種程度上直接決定了某一種cpu的類型。就像intel和amd生產(chǎn)的cpu雖然有差別,,但是它們的cpu使用的都是x86的指令集,,而marwell、samsung和高通生產(chǎn)的cpu當(dāng)然也不同,,但是它們的指令集都是arm指令集,。所以,如果軟件在marwell上跑,,一般來說也可以在Samsung上跑起來,。指令集很復(fù)雜,內(nèi)容很多,。但是通常來說,,上面這些內(nèi)容都是cpu所必須要完成的幾種指令。當(dāng)然重中之重的還是中斷和棧處理指令,。

 ?。?)中斷、異常處理機(jī)制

  不管是什么cpu,,中斷部分的內(nèi)容都是少不了的,。試想一想,如果一顆cpu只知道不停地運(yùn)行,,那么它的執(zhí)行效率實(shí)際上是很低的,。擁有了中斷的cpu不僅使得cpu可以和更多的外設(shè)io打交道,還能極大地提高自身運(yùn)行的效率,。不同的cpu處理中斷的方法其實(shí)都差不多,,在整個(gè)cpu的地址空間里面,通常在低地址區(qū)域會(huì)有一張中斷向量表,,表中每一項(xiàng)記錄了每一個(gè)中斷對(duì)應(yīng)的處理函數(shù),。所以,只要中斷發(fā)生時(shí),,cpu就會(huì)首先將下一條pc地址壓入堆棧,,然后跳轉(zhuǎn)到中斷向量表中對(duì)應(yīng)的中斷地址處執(zhí)行的相應(yīng)的處理函數(shù)。這個(gè)過程是cpu自動(dòng)完成的,,不需要我們關(guān)心,。這樣對(duì)我們來說,它和cpu中的函數(shù)調(diào)用其實(shí)沒有什么區(qū)別,。等待中斷處理結(jié)束后,,我們使用ret指令返回到之前壓入的那個(gè)ip地址處,繼續(xù)下面的代碼。整個(gè)過程就好像中斷根本沒有發(fā)生過一樣,。

  所以,,對(duì)于cpu的了解其實(shí)主要就是對(duì)寄存器、指令集和中斷的了解,。有了對(duì)中斷和堆棧的深入理解,,其實(shí)也就沒有什么困難的了。在軟件開發(fā)中,,設(shè)計(jì)其實(shí)是最難的,,剩下的才是開發(fā)和調(diào)試。

  嵌入式ARM 技術(shù)專區(qū)

  溫度傳感器I2C的總線應(yīng)用及設(shè)計(jì)

  c語(yǔ)言運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)規(guī)律

  考一考你,!這三道嵌入式Linux題你會(huì)嗎,?來做一下吧

  嵌入式選擇用C語(yǔ)言開發(fā)的原因

  一切皆Socket!Socket是什么,?


本站內(nèi)容除特別聲明的原創(chuàng)文章之外,,轉(zhuǎn)載內(nèi)容只為傳遞更多信息,,并不代表本網(wǎng)站贊同其觀點(diǎn),。轉(zhuǎn)載的所有的文章、圖片,、音/視頻文件等資料的版權(quán)歸版權(quán)所有權(quán)人所有,。本站采用的非本站原創(chuàng)文章及圖片等內(nèi)容無法一一聯(lián)系確認(rèn)版權(quán)者。如涉及作品內(nèi)容,、版權(quán)和其它問題,,請(qǐng)及時(shí)通過電子郵件或電話通知我們,以便迅速采取適當(dāng)措施,,避免給雙方造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失,。聯(lián)系電話:010-82306118;郵箱:[email protected],。