為了獲得最高的性能以及并行性， AVR 采用了Harvard 結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)和程序總 線。程序存儲(chǔ)器里的指令通過(guò)一級(jí)流水線運(yùn)行。CPU 在執(zhí)行一條指令的同時(shí)讀取下一條 指令( 在本文稱為預(yù)取)。這個(gè)概念實(shí)現(xiàn)了指令的單時(shí)鐘周期運(yùn)行。程序存儲(chǔ)器是可以在 線編程的Flash 。
快速訪問(wèn)寄存器文件包括32 個(gè)8 位通用工作寄存器，訪問(wèn)時(shí)間為一個(gè)時(shí)鐘周期。從而實(shí) 現(xiàn)了單時(shí)鐘周期的ALU 操作。在典型的ALU 操作中，兩個(gè)位于寄存器文件中的操作數(shù)同 時(shí)被訪問(wèn)，然后執(zhí)行運(yùn)算，結(jié)果再被送回到寄存器文件。整個(gè)過(guò)程僅需一個(gè)時(shí)鐘周期。
寄存器文件里有6 個(gè)寄存器可以用作3 個(gè)16 位的間接尋址寄存器指針以尋址數(shù)據(jù)空間， 實(shí)現(xiàn)高效的地址運(yùn)算。其中一個(gè)指針還可以作程序存儲(chǔ)器查詢表的地址指針。這些附加 的功能寄存器即為16 位的X、Y、Z 寄存器。
ALU支持寄存器之間以及寄存器和常數(shù)之間的算術(shù)和邏輯運(yùn)算。ALU也可以執(zhí)行單寄存器 操作。運(yùn)算完成之后狀態(tài)寄存器的內(nèi)容得到更新以反映操作結(jié)果。
程序流程通過(guò)有/ 無(wú)條件的跳轉(zhuǎn)指令和調(diào)用指令來(lái)控制，從而直接尋址整個(gè)地址空間。大 多數(shù)指令長(zhǎng)度為16 位，亦即每個(gè)程序存儲(chǔ)器地址都包含一條16 位或32 位的指令。
程序存儲(chǔ)器空間分為兩個(gè)區(qū)：引導(dǎo)程序區(qū)(Boot 區(qū)) 和應(yīng)用程序區(qū)。這兩個(gè)區(qū)都有專門(mén)的 鎖定位以實(shí)現(xiàn)讀和讀/ 寫(xiě)保護(hù)。用于寫(xiě)應(yīng)用程序區(qū)的SPM 指令必須位于引導(dǎo)程序區(qū)。
在中斷和調(diào)用子程序時(shí)返回地址的程序計(jì)數(shù)器(PC) 保存于堆棧之中。堆棧位于通用數(shù)據(jù) SRAM，因此其深度僅受限于SRAM 的大小。在復(fù)位例程里用戶首先要初始化堆棧指針 SP。這個(gè)指針位于I/O 空間，可以進(jìn)行讀寫(xiě)訪問(wèn)。數(shù)據(jù)SRAM 可以通過(guò)5 種不同的尋址模 式進(jìn)行訪問(wèn)。
AVR 存儲(chǔ)器空間為線性的平面結(jié)構(gòu)。
AVR有一個(gè)靈活的中斷模塊。控制寄存器位于I/O空間。狀態(tài)寄存器里有全局中斷使能位。 每個(gè)中斷在中斷向量表里都有獨(dú)立的中斷向量。各個(gè)中斷的優(yōu)先級(jí)與其在中斷向量表的 位置有關(guān)，中斷向量地址越低，優(yōu)先級(jí)越高。
I/O 存儲(chǔ)器空間包含64 個(gè)可以直接尋址的地址，作為CPU 外設(shè)的控制寄存器、SPI，以及 其他I/O 功能。映射到數(shù)據(jù)空間即為寄存器文件之后的地址 0x20 - 0x5F。
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史海拾趣
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