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[提问] 嵌入式开发之CPU的那些事... [复制链接]

技术小白 (离线)
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发表于 前天 09:45 | 显示全部楼层
关键词: 嵌入式 , CPU
cpu是数字处理系统中的一个重要环节。在我看来,s8s同升国际s8s00.me 单片机、微处理器、dsp都可以称作是cpu,只是它们的侧重点有所不同罢了。具体来说,传统意义上的单片机更偏重于s8s同升国际这里会爆 嵌入式s8s同升国际这里会爆 的计算,比如说我们经常使用的51、avr、arm芯片中不仅仅含有了运算和控制功能,它还涵盖了定时器、串口、并口、usb、i2c总线等外部资源。dsp呢,cpu一般只是作为dsp的一个核存在,它通常还会包含另外一个核,专门用于数字信号的处理工作。而微处理器,也就是我们经常说的pc上的处理器,它的工作比较单一,专注于计算和控制功能的处理,因此一般来说在这方面的性能上面,单片机和dsp都是不能和它相比的,有了南桥芯片和北桥芯片的帮助,pc的微处理器就可以专注于自己的本职工作了,效率上面也会有一个很大的提高。

对于朋友们来说,生活中遇到的最多的cpu其实是x86的cpu。当然,如果有哪位朋友喜欢apple之类的玩具,也会知道一些arm的相关事情。剩下的就是一些专用领域的cpu了,比如说在通信行业用到的比较多的powerpc芯片,在高性能服务器用的到的sun sparc芯片,在科学计算领域使用到的mips芯片。所以,无论遇到什么芯片,对于应用层开发的朋友都是一样的,只是在一些小地方需要还有一些注意的地方。比如说,
(1)数据的对齐方式
(2)数据的字节序问题
(3)函数参数的压栈问题
(4)cpu的乱序执行问题
(5)cpu中cache和内存一致性的问题

当然,如果我们所要思考只是简单的应用层设计,考虑到这些内容本身已经实属不易了。然而,我们考虑的是如何设计嵌入式操作系统的问题,所以接下来还要看看一般cpu下面都包含了那些内容。这样,只要熟练掌握了一款cpu的设计和实现,对其他s8s同升国际官网网址 cpu的知识也会触类旁通了。

任何一款cpu,不管是完成的功能是什么样的,通常都会有这样一些基本设计:

(1)寄存器
    堆栈寄存器   
    pc寄存器
    状态寄存器
    运算寄存器
    寄存器是cpu内部的基本资源。不管cpu的代码执行到什么时候,这些资源都是共享的,所以在cpu发生中断、函数调用、线程切换的时候,都需要对这些寄存器进行保护,常用的基本措施就是把把它们保存到临时堆栈当中去。堆栈寄存器记录了当前堆栈使用到了什么地方,pc寄存器则记录当前代码跑到了什么地方,下一条指令在什么地方等。状态寄存器则保存了当前cpu的执行情况,包括计算有没有溢出、中断是关还是开、有没有o除数异常等等。至于运算寄存器就因cpu而异了,有的cpu寄存器比较少,比如说x86的寄存器;有的cpu寄存器就比较多,比如说powerpc。运算寄存器的用途很多,比如说数据访问、计算、移位、返回计算结果等等。

(2)指令集
    寻址指令
    数学运算指令
    逻辑运算指令
    软中断指令
    跳转指令
    远程调用指令
    io访问指令
    栈操作指令
指令集在某种程度上直接决定了某一种cpu的类型。就像intel和amd生产的cpu虽然有差别,但是它们的cpu使用的都是x86的指令集,而marwell、samsung和高通生产的cpu当然也不同,但是它们的指令集都是arm指令集。所以,如果软件在marwell上跑,一般来说也可以在Samsung上跑起来。指令集很复杂,内容很多。但是通常来说,上面这些内容都是cpu所必须要完成的几种指令。当然重中之重的还是中断和栈处理指令。

(3)中断、异常处理机制
不管是什么cpu,中断部分的内容都是少不了的。试想一想,如果一颗cpu只知道不停地运行,那么它的执行效率实际上是很低的。拥有了中断的cpu不仅使得cpu可以和更多的外设io打交道,还能极大地提高自身运行的效率。不同的cpu处理中断的方法其实都差不多,在整个cpu的地址空间里面,通常在低地址区域会有一张中断向量表,表中每一项记录了每一个中断对应的处理函数。所以,只要中断发生时,cpu就会首先将下一条pc地址压入堆栈,然后跳转到中断向量表中对应的中断地址处执行的相应的处理函数。这个过程是cpu自动完成的,不需要我们关心。这样对我们来说,它和cpu中的函数调用其实没有什么区别。等待中断处理结束后,我们使用ret指令返回到之前压入的那个ip地址处,继续下面的代码。整个过程就好像中断根本没有发生过一样。

所以,对于cpu的了解其实主要就是对寄存器、指令集和中断的了解。有了对中断和堆栈的深入理解,其实也就没有什么困难的了。在这里我们大家可以考虑一个问题,如何在Windows或者linux下仿真中断完成我们的操作系统开发呢?大家可以自己先思考一下,我们会在随后的s8s同升国际s8s00.me中继续介绍。整篇s8s同升国际官网网址,我们没有介绍编码的相关内容,其实只要把这里的基本概念弄清楚了,剩下来其实就是一些流程性的工作了。在软件开发中,设计其实是最难的,剩下的才是开发和调试。

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