cpu是數(shù)字處理系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在我看來(lái)，單片機(jī),、微處理器,、dsp都可以稱(chēng)作是cpu,，只是它們的側(cè)重點(diǎn)有所不同罷了,。具體來(lái)說(shuō)，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(shuō)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(zhuān)門(mén)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(shuō)的pc上的處理器，它的工作比較單一,，專(zhuān)注于計(jì)算和控制功能的處理,，因此一般來(lái)說(shuō)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(zhuān)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(lái)說(shuō),，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(lèi)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(zhuān)用領(lǐng)域的cpu了,，比如說(shuō)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(wú)論遇到什么芯片,，對(duì)于應(yīng)用層開(kāi)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(shuō),，

　?。?）數(shù)據(jù)的對(duì)齊方式

　?。?）數(shù)據(jù)的字節(jié)序問(wèn)題

　　（3）函數(shù)參數(shù)的壓棧問(wèn)題

　?。?）cpu的亂序執(zhí)行問(wèn)題

　?。?）cpu中cache和內(nèi)存一致性的問(wèn)題

　　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(wèn)題,，所以接下來(lái)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(lèi)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(méi)有溢出、中斷是關(guān)還是開(kāi),、有沒(méi)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(shuō)x86的寄存器,；有的cpu寄存器就比較多，比如說(shuō)powerpc,。運(yùn)算寄存器的用途很多,，比如說(shuō)數(shù)據(jù)訪問(wèn)、計(jì)算、移位,、返回計(jì)算結(jié)果等等,。

　　（2）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(wèn)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(lèi)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(lái)說(shuō)也可以在Samsung上跑起來(lái)。指令集很復(fù)雜,，內(nèi)容很多,。但是通常來(lái)說(shuō)，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,。

　　（3）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(guò)程是cpu自動(dòng)完成的,，不需要我們關(guān)心。這樣對(duì)我們來(lái)說(shuō),，它和cpu中的函數(shù)調(diào)用其實(shí)沒(méi)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(guò)程就好像中斷根本沒(méi)有發(fā)生過(guò)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(méi)有什么困難的了,。在軟件開(kāi)發(fā)中，設(shè)計(jì)其實(shí)是最難的,，剩下的才是開(kāi)發(fā)和調(diào)試,。

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