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1、电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式系统-Chapter2-嵌入式硬件系统基础G Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心第二章第二章嵌入式硬件系统基础嵌入式硬件系统基础电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心主要内容主要内容嵌入式硬件系统基本组成嵌入式硬件系统基本组成嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式系统总线嵌入式系统总线嵌入式存储系统嵌入式存储系
2、统电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心第一节第一节嵌入式硬件系统基本组成嵌入式硬件系统基本组成电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式系嵌入式系统的硬件是以包含嵌入式微的硬件是以包含嵌入式微处理器的理器的SoC为核心，主要由核心，主要由SoC、总线、存存储器、器、输入入/输出接口和出接口和设备组成。成。嵌入式微处理器为核心的嵌入式微处理器为核心的SoC总线总线存储器存储器输入输入/输出接口和设备输出接口和设备 电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式微处理器嵌入式微处理器每个嵌入式系每个嵌入式系统至少包含一个嵌入式微至
3、少包含一个嵌入式微处理器理器 嵌入式微嵌入式微处理器体系理器体系结构可采用构可采用冯诺依曼依曼（VonNeumann）结构或哈佛构或哈佛（Harvard）结构构地址地址数据数据主存储器主存储器MOV r8,#8MOV r8,#8CPUCPUPCPC指令指令程序存储器程序存储器CPUCPUPCPC地址地址数据存储器数据存储器MOV r8,#8MOV r8,#8地址地址数据数据冯冯诺依曼结构诺依曼结构哈佛结构哈佛结构指令和数据指令和数据存放在同一存放在同一存储空间中存储空间中,统一编址统一编址指令和指令和数据通数据通过同一过同一总线访总线访问问程序和数据程序和数据存储在不同存储在不同的存储空间的存
4、储空间中中两条总线（程两条总线（程序总线和数据序总线和数据总线），数据总线），数据的吞吐率提高的吞吐率提高了一倍了一倍电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式微嵌入式微处理器的指令系理器的指令系统可采用精可采用精简指令集系指令集系统RISC（ReducedInstructionSetComputer）或复）或复杂指指令集系令集系统CISC（ComplexInstructionSetComputer）CISCCISCRISCRISC价格价格由由硬硬件件完完成成部部分分软软件件功功能能，硬硬件件复复杂性增加，芯片成本高杂性增加，芯片成本高由由软
5、软件件完完成成部部分分硬硬件件功功能能，软软件件复复杂性增加，芯片成本低杂性增加，芯片成本低性能性能减减少少代代码码尺尺寸寸，增增加加指指令令的的执执行行周周期数期数使使用用流流水水线线降降低低指指令令的的执执行行周周期期数数，增加代码尺寸增加代码尺寸指令集指令集大大量量的的混混杂杂型型指指令令集集，有有简简单单快快速速的的指指令令，也也有有复复杂杂的的多多周周期期指指令令，符合符合HLLHLL（high level languagehigh level language）简简单单的的单单周周期期指指令令，在在汇汇编编指指令令方方面有相应的面有相应的CISCCISC微代码指令微代码指令高级语言
6、支持高级语言支持硬件完成硬件完成软件完成软件完成寻址模式寻址模式复复杂杂的的寻寻址址模模式式，支支持持内内存存到到内内存存寻址寻址简简单单的的寻寻址址模模式式，仅仅允允许许LOADLOAD和和STORESTORE指指令令存存取取内内存存，其其它它所所有有的的操作都基于寄存器到寄存器操作都基于寄存器到寄存器控制单元控制单元微码微码直接执行直接执行寄存器数目寄存器数目寄存器较少寄存器较少寄存器较多寄存器较多电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式微嵌入式微处理器有理器有许多不同的体系，即使多不同的体系，即使在同一体系中也可能具有不同的在同一体系
7、中也可能具有不同的时钟速度速度和和总线数据数据宽度度、集成不同的外部接口集成不同的外部接口和和设备。据不完全据不完全统计，目前全世界嵌入式微，目前全世界嵌入式微处理理器的品种器的品种总量已量已经超超过千种，有几十种嵌千种，有几十种嵌入式微入式微处理器体系，主流的体系有理器体系，主流的体系有ARM、MIPS、PowerPC、SH、X86等。等。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心总总线线嵌入式系嵌入式系统的的总线可分可分为：片内总线：片内总线：与嵌入式微处理器集成在一起，与嵌入式微处理器集成在一起，如：如：AMBA、AVALON、OCP、WISHBONE等等片外并行总线：
8、片外并行总线：如：如：PCI、ISA等等片外串行总线：片外串行总线：UART、SPI、I2C、USB等等片内片内总线的的选择取决于取决于CPUCore片外片外总线的的选择取决于取决于应用用电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心存储器存储器嵌入式系嵌入式系统的存的存储器包括器包括主存主存和和外存外存。大大多多数数嵌嵌入入式式系系统的的代代码和和数数据据都都存存储在在处理理器器可可直直接接访问的的存存储空空间即即主存中主存中。系系统上上电后后在在主主存存中中的的代代码直直接接运运行行。主主存存储器器的的特特点点是是速速度度快快，一一般般采采用用ROM、EPROM、Nor Fl
9、ash、SRAM、DRAM等存等存储器件。器件。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心存储器存储器目前目前有些嵌入式系有些嵌入式系统除了主存外，除了主存外，还有外存有外存。外存是外存是处理器不能直接理器不能直接访问的存的存储器，用来存器，用来存放各种信息，相放各种信息，相对主存而言具有主存而言具有价格低、容量价格低、容量大大的特点。的特点。在嵌入式系在嵌入式系统中中除部分采用硬除部分采用硬盘外，大多数采外，大多数采用用电子子盘做外存做外存，电子子盘的主要种的主要种类有：有：NandFlashSD（Secure Digital）CompactFlashU盘SmartMedi
10、aMemory StickMultiMediaCardDOC（Disk On Chip等电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心输入输入/输出接口和设备输出接口和设备嵌入式系嵌入式系统的大多数的大多数输入入/输出接口和部分出接口和部分设备已已经与嵌入式微与嵌入式微处理器集成在一起。理器集成在一起。输入入/输出接口和出接口和设备主要包括：主要包括：中断控制器、中断控制器、DMA、串行和并行接口、串行和并行接口定时器（定时器（Timers）、计数器（）、计数器（counters）、看）、看门狗（门狗（watchdogtimers）、）、RTC、UARTs、PWM（Pulsewi
11、dthmodulator）AD/DA、显示器、键盘和网络等、显示器、键盘和网络等。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心第二节第二节嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式微处理器的发展嵌入式微处理器的发展嵌入式微处理器的分类嵌入式微处理器的分类嵌入式微处理器的特点嵌入式微处理器的特点主流的嵌入式微处理器主流的嵌入式微处理器(ARM,MIPS,SH,PowerPC,x86)电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心2020世纪世纪8080年代年代中后期中后期2020世纪世纪9090年代年代初期初期2020世纪世纪9090年代年代中后期中后期2121世纪世纪初期
12、初期制作工艺制作工艺1-0.8 1-0.8 m m0.8-0.5 0.8-0.5 m m0.5 0.5 0.35 0.35 m m0.25-0.13 0.25-0.13 m m主频主频 33 MHz 33 MHz100 MHz100 MHz200 MHz200 MHz 600 MHz 500K 500K2M2M5M5M22M22M位数位数4/8/16bit4/8/16bit4/8/16/32bit4/8/16/32bit4/8/16/32bit4/8/16/32bit4/8/16/32/64b4/8/16/32/64b嵌入式微处理器的发展嵌入式微处理器的发展电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科
13、技大学嵌入式软件工程中心嵌入式微处理器的分类嵌入式微处理器的分类嵌嵌入入式式微微处理理器器种种类繁繁多多，按按位位数数可可分分为4位位、8位、位、16位、位、32位和位和64位。位。按按用用途途来来分分，嵌嵌入入式式微微处理理器器可可分分为嵌嵌入入式式DSP和通用的嵌入式微和通用的嵌入式微处理器两种：理器两种：嵌嵌入入式式DSP：专专用用于于数数字字信信号号处处理理，采采用用哈哈佛佛结结构构和和一一系系列列措措施施保保证证数数字字信信号号的的处处理理速速度度，如如对对FFT（快快速速傅傅立立叶叶变变换换）的的专专门门优优化。化。通通用用的的嵌嵌入入式式微微处处理理器器：一一般般是是集集成成了了
14、通通用用微微处处理理器器的的核核、总总线线、外外围围接接口口和和设设备备的的SOCSOC芯片芯片，有些还将，有些还将DSP作为协处理器集成。作为协处理器集成。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式微处理器的特点嵌入式微处理器的特点体系结构体系结构指令集指令集性能性能功耗和管理功耗和管理成本成本集成度集成度基础是通用微处理器基础是通用微处理器与通用微处理器相比的与通用微处理器相比的区别：区别：体积小、重量轻体积小、重量轻成本低、功耗低成本低、功耗低工作温度宽工作温度宽抗电磁干扰、可靠性抗电磁干扰、可靠性强强电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心E
15、xternalMemoryCPUAddressDataCacheBusInterfaceWriteBufferMMU/MPURRWWWW(R/W)外设外设如如USB、LCD控制器等控制器等扩展芯片扩展芯片内核（内核（core）处理器存储器子系统处理器存储器子系统SoC的片内外设的片内外设系统的片外设备系统的片外设备处理器（处理器（Processor）芯片（芯片（SoC）系统（系统（System）嵌入式微处理器的集成度嵌入式微处理器的集成度符合嵌入式系统的低成符合嵌入式系统的低成本和低功耗需求本和低功耗需求电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式微处理器的集成度嵌入式微
16、处理器的集成度嵌嵌入入式式微微处理理器器是是面面向向应用用的的，其其片片内内所所包包含含的的组件的数目和种件的数目和种类是由它的市是由它的市场定位决定的。定位决定的。在最普通的情况下，嵌入式微在最普通的情况下，嵌入式微处理器包括理器包括：片内存储器：部分嵌入式微处理器片内存储器：部分嵌入式微处理器外部存储器的控制器，外设接口外部存储器的控制器，外设接口(串口，并口串口，并口)LCD控制器：面向终端类应用的嵌入式微处理器控制器：面向终端类应用的嵌入式微处理器中断控制器，中断控制器，DMA控制器，协处理器控制器，协处理器定时器，定时器，A/D、D/A转换器转换器多媒体加速器：当高级图形功能需要时多
17、媒体加速器：当高级图形功能需要时总线总线其他标准接口或外设其他标准接口或外设返回返回电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式微处理器的体系结构嵌入式微处理器的体系结构算算术格式（格式（ArithmeticFormat）由由于于低低成成本本和和低低功功耗耗的的限限制制，大大多多数数的的嵌嵌入入式式微微处处理理器使用器使用定点运算定点运算（fixed-pointarithmetic）当当嵌嵌入入式式系系统统中中需需要要使使用用浮浮点点运运算算时时，可可采采用用软软件件模模拟拟的的方方式式实实现现浮浮点点运运算算，只只不不过过这这样样要要占占用用更更多多的的处处理器时间。理
18、器时间。功能功能单元（元（FunctionalUnits）通常包括不止一个的功能单元，典型的是包含一个通常包括不止一个的功能单元，典型的是包含一个ALU、移位器和、移位器和MAC，处理器通常用一条指令完成，处理器通常用一条指令完成乘法操作。乘法操作。流水流水线（Pipeline）通常采用通常采用单周期执行指令单周期执行指令，可能导致比较长的流水线，可能导致比较长的流水线 返回返回电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式微处理器的指令集嵌入式微处理器的指令集为满足足应用用领域的需要，嵌入式微域的需要，嵌入式微处理器的指令理器的指令集一般要集一般要针对特定特定领域的域的应
19、用用进行行剪裁和剪裁和扩充充。目前很多目前很多应用系用系统需要需要类似于似于DSP的数字的数字处理功理功能。能。这些指令主要有：些指令主要有：乘加乘加(MAC)操作操作：它在一个周期中执行了一次乘法运：它在一个周期中执行了一次乘法运算和一次加法运算。算和一次加法运算。SIMD类操作类操作：允许使用一条指令进行多个并行数据流：允许使用一条指令进行多个并行数据流的计算。的计算。零开销的循环指令零开销的循环指令：采用硬件方式减少了循环的开销。：采用硬件方式减少了循环的开销。仅使用两条指令实现一个循环，一条是循环的开始并仅使用两条指令实现一个循环，一条是循环的开始并提供循环次数，另一条是循环体。提供循
20、环次数，另一条是循环体。多媒体加速指令多媒体加速指令：像素处理、多边形、：像素处理、多边形、3D操作等指令。操作等指令。返回返回电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式微处理器的性能嵌入式微处理器的性能低端（低价，低性能）低端（低价，低性能）一般低端嵌入式微处理器的性能最多达到一般低端嵌入式微处理器的性能最多达到50MIPS，应，应用在对性能要求不高但对用在对性能要求不高但对价格和功耗价格和功耗有严格要求的应有严格要求的应用系统中。用系统中。中档，低功耗中档，低功耗 中档的嵌入式微处理器可达到较好的性能（如中档的嵌入式微处理器可达到较好的性能（如150MIPS左右），
21、采用增加左右），采用增加时钟频率、加深流水深度、时钟频率、加深流水深度、增加增加Cache及一些额外的功能块来提高性能及一些额外的功能块来提高性能，并保持，并保持低功耗低功耗。高端高端 电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式微处理器的性能嵌入式微处理器的性能高端嵌入式微高端嵌入式微处理器用于理器用于高高强度度计算算的的应用，用，使用不同的方法来达到更高的并行度使用不同的方法来达到更高的并行度 单指令执行乘法操作单指令执行乘法操作：通过加入额外的功能单元和扩展指令：通过加入额外的功能单元和扩展指令集，使许多操作能在一个单一的周期内并行执行。集，使许多操作能在一个单一的
22、周期内并行执行。每个周期执行多条指令每个周期执行多条指令：桌面和服务器的超标量处理器都支：桌面和服务器的超标量处理器都支持单周期多条指令执行，在嵌入式领域通常使用持单周期多条指令执行，在嵌入式领域通常使用VLIW(verylargeinstructionword)来实现，这样只需较少的硬件，总体来实现，这样只需较少的硬件，总体价格会更低些。例如价格会更低些。例如TI的的TMS320C6201芯片，通过使用芯片，通过使用VLIW方法，能在每个周期同时执行方法，能在每个周期同时执行8条独立的条独立的32位指令。位指令。使用多处理器使用多处理器：采用多处理器的方式满足应用系统的更高要：采用多处理器的
23、方式满足应用系统的更高要求。一些嵌入式微处理器采用特殊的硬件支持多处理器。如求。一些嵌入式微处理器采用特殊的硬件支持多处理器。如TI的的OMAP730包括了三个处理器核包括了三个处理器核ARM9、ARM7、DSP。返回返回电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式微处理器的功耗管理嵌入式微处理器的功耗管理大多数嵌入式系大多数嵌入式系统有功耗的限制（特有功耗的限制（特别是是电池池供供电的系的系统），它），它们不支持使用不支持使用风扇和其他冷扇和其他冷却却设备。降低工作电压降低工作电压：1.8v、1.2v甚至更低，而且甚至更低，而且这个数值一直在下降。这个数值一直在下降。提
24、供不同的时钟频率提供不同的时钟频率：通过软件设置不同的：通过软件设置不同的时钟分频。时钟分频。关闭暂时不使用的功能块关闭暂时不使用的功能块：如果某功能块在：如果某功能块在一个周期内不使用，就可以被完全关闭，以一个周期内不使用，就可以被完全关闭，以节约能量。节约能量。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式微处理器的功耗管理嵌入式微处理器的功耗管理提供功耗管理机制提供功耗管理机制 运行模式运行模式（RunningMode）：处理器处于全速运）：处理器处于全速运行状态下。行状态下。待命模式待命模式（StandbyMode）：处理器不执行指令，）：处理器不执行指令，所有存储
25、的信息是可用的，处理器能在几个周期内所有存储的信息是可用的，处理器能在几个周期内返回运行模式。返回运行模式。时钟关闭模式时钟关闭模式（clock-offmode）：时钟完全停止，）：时钟完全停止，要退出这个模式系统需要重新启动。要退出这个模式系统需要重新启动。影响功耗的其他因素还有影响功耗的其他因素还有总线总线（特别是总线转（特别是总线转换器，可以采用特殊的技术使它的功耗最小）换器，可以采用特殊的技术使它的功耗最小）和和存储器类型的大小存储器类型的大小（如果使用（如果使用DRAM，它需，它需要不断的刷新）。为了使功耗最小，总线和存要不断的刷新）。为了使功耗最小，总线和存储器要保持在应用系统可接
26、受的最小规模储器要保持在应用系统可接受的最小规模。返回返回电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式微处理器的成本嵌入式微处理器的成本为降低价格，需要在嵌入式微降低价格，需要在嵌入式微处理器的理器的设计中考中考虑不不同的折衷方案。同的折衷方案。处理器的价格受如下因素影响理器的价格受如下因素影响:处理器的特点处理器的特点：功能块的数目、总线类型等。功能块的数目、总线类型等。片上存储器的大小片上存储器的大小。芯片的芯片的引脚数引脚数和和封装形式封装形式：如：如PQFP(PlasticQuadFlatPackage)通常比通常比BGA(BallGridArrayPackage
27、)便宜。便宜。芯片大小芯片大小（diesize）：取决于制造的工艺水平。）：取决于制造的工艺水平。代码密度代码密度（codedensity）：代码存储器的大小将影响价代码存储器的大小将影响价格，不同种类的处理器结构（格，不同种类的处理器结构（CISC/RISC/VLIW）有不同）有不同的代码密度。的代码密度。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心主流的嵌入式微处理器主流的嵌入式微处理器目前主流的嵌入式微目前主流的嵌入式微处理器系列主要有理器系列主要有:ARM系列系列MIPS系列系列PowerPC系列系列SuperH系列等系列等。属于属于这些系列的嵌入式微些系列的嵌入式微处
28、理器理器产品很多，品很多，有上千种以上。有上千种以上。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心UnitsUnits(millions)(millions)Source:Andrew Allison,Inside The New Computer Industry,January 2001EmbeddedRISCProcessorShipments电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心32位浪潮的到来位浪潮的到来Source:SemicoResearchCorp.andSIA/WSTSTotalMCU,bySub-Category(excl.DSP)To
29、talEmbeddedControlMarketShipmentsbyType总共约总共约26亿个亿个32位处理器位处理器付运，占总数付运，占总数96亿的亿的27%2005年年ARM为为17亿个，亿个，约占约占32位总量的位总量的70%左右左右电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心X86系列系列主要由主要由AMD，Intel，NS，ST等公司提等公司提供，如：供，如：Am186/88、Elan520、嵌入式、嵌入式K6，386EX、STPC等。等。主要应用在主要应用在工业控制工业控制、通信通信等领域。等领域。国内由于对国内由于对X86体系比较熟悉，得到广泛体系比较熟悉，得
30、到广泛应用，特别是嵌入式应用，特别是嵌入式PC的应用非常广泛。的应用非常广泛。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心Intel Atom processor Z5xxbuiltonanew45-nanometerHi-klowpowermicro-architectureand45nmprocesstechnologythefirstgenerationoflowpowerIA-32micro-architecturespeciallydesignedforthenewclassofMobileInternetDevices(MIDs).IntheIntelCentrin
31、oAtomprocessortechnologyplatform,theIntelAtomprocessorZ5xxseriessupportstheIntelSystemControllerHub(IntelSCH),asingle-chipcomponentdesignforlow-power.Thisdocumentcontainselectrical,mechanicalandthermalspecificationsforthefollowingprocessors:IntelAtomprocessorZ540,Z530,Z520,Z510,andZ500电子科技大学嵌入式软件工程中
32、心电子科技大学嵌入式软件工程中心Intel Atom processor Z5xxbuiltonanew45-nanometerHi-klowpowermicro-architectureand45nmprocesstechnologythefirstgenerationoflowpowerIA-32micro-architecturespeciallydesignedforthenewclassofMobileInternetDevices(MIDs).IntheIntelCentrinoAtomprocessortechnologyplatform,theIntelAtomprocesso
33、rZ5xxseriessupportstheIntelSystemControllerHub(IntelSCH),asingle-chipcomponentdesignforlow-power.Thisdocumentcontainselectrical,mechanicalandthermalspecificationsforthefollowingprocessors:IntelAtomprocessorZ540,Z530,Z520,Z510,andZ500电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心Intel Atom processor Z5xxbuiltonanew4
34、5-nanometerHi-klowpowermicro-architectureand45nmprocesstechnologythefirstgenerationoflowpowerIA-32micro-architecturespeciallydesignedforthenewclassofMobileInternetDevices(MIDs).IntheIntelCentrinoAtomprocessortechnologyplatform,theIntelAtomprocessorZ5xxseriessupportstheIntelSystemControllerHub(IntelS
35、CH),asingle-chipcomponentdesignforlow-power.Thisdocumentcontainselectrical,mechanicalandthermalspecificationsforthefollowingprocessors:IntelAtomprocessorZ540,Z530,Z520,Z510,andZ500电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心Intel Atom processor Z5xxNewsingle-coreprocessorformobiledevicesofferingenhancedperformanc
36、eOndie,primary32-kBinstructionscacheand24-kBwrite-backdatacache100-MHzand133-MHzSource-Synchronousfrontsidebus(FSB)100MHz:IntelAtomprocessorZ500133MHz:IntelAtomprocessorZ540,Z530,Z520,andZ510SupportsHyper-ThreadingTechnology2-threadsOndie512-kB,8-wayL2cacheSupportforIA32-bitarchitectureIntelVirtuali
37、zationTechnology(IntelVT)IntelStreamingSIMDExtensions2and3(IntelSSE2andIntelSSE3)andSupplementalStreamingSIMDExtensions3(SSSE3)support电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心MPC/PPC系列系列Motorola推出的推出的MPC系列，如系列，如MPC8XX。IBM推出推出PPC系列，如系列，如PPC4XX。主要应用在主要应用在通信通信、消费电子及工业控制、消费电子及工业控制、军用装备军用装备等等领域。领域。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子
38、科技大学嵌入式软件工程中心MPC/PPC系列系列IBMPowerPC集成集成10/100Mbps以太网以太网控制器、串行和并行端口、内存控制器控制器、串行和并行端口、内存控制器以及其它外以及其它外设的高性能嵌入式的高性能嵌入式处理器。理器。MotorolaMPC高度高度综合的合的SOC设备，它它结合了合了PPC微微处理器核心的功能、通理器核心的功能、通信信处理器和理器和单硅成分内的硅成分内的显示控制器。示控制器。这个个设备可以在大量的可以在大量的电子子应用中使用，用中使用，特特别是在低能源、便携式、是在低能源、便携式、图象捕捉和象捕捉和个人通信个人通信设备。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科
39、技大学嵌入式软件工程中心技术技术0.25微米微米CMoSSA-12E282Dhrystone2.1MIPS200MHz375Dhrystone2.1MIPS266MHz200/100/66/50MHz266/133/66/66MHz晶体数量晶体数量480万万电源消耗电源消耗1.1瓦瓦信号信号 I/O300温度范围温度范围-40到到80度度电源供应电源供应2.5V(逻辑电路逻辑电路),3.3V(I/O)，支持，支持 5VI/Os456-Ball,EnhancedPBGA(35mmx35mm)性能性能频率频率(CPU/SDRAM/PCI/EBC)封装封装PowerPC 405 GP技术规格*Dhr
40、ystoneDhrystone是一个综合性的基准测试程序，它是为了测试编译器和是一个综合性的基准测试程序，它是为了测试编译器和CPUCPU处处理整数指令和控制功能的有效性，人为地选择一些理整数指令和控制功能的有效性，人为地选择一些“典型指令综合起来形典型指令综合起来形成的测试程序。成的测试程序。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心ARM系列系列ARM(AdvancedRISCMachine)公司是一家公司是一家专门从事芯片从事芯片IP设计与授与授权业务的英国公司，其的英国公司，其产品有品有ARM内核以及各内核以及各类外外围接口。接口。ARM内核是一种内核是一种32位位R
41、ISC微微处理器，具有理器，具有功耗功耗低低、性价比高性价比高、代代码密度高等密度高等三大特色。三大特色。目前，目前，90%的移的移动电话、大量的游、大量的游戏机、手持机、手持PC和机和机顶盒等都已采用了盒等都已采用了ARM处理器，理器，许多一流的多一流的芯片厂商都是芯片厂商都是ARM的授的授权用用户（Licensee），），如如Intel、Samsung、TI、Motorola、ST等，等，ARM已成已成为业界公界公认的嵌入式微的嵌入式微处理器理器标准。准。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心ARM处理器的分类处理器的分类结构体系版本结构体系版本（Architectu
42、reArchitecture）ARM v4TARM v5TE ARM v6ARM Cortex(v7)Processor FamilyProcessor FamilyARM7 ARM9ARM10ARM11ARM Cortex按应用特征分类按应用特征分类应用处理器应用处理器 Application Processor实时控制处理器实时控制处理器 Real-time Controller微控制器微控制器 Micro-controller特征：特征：MMU,Cache最快频率、最高性能、合理功耗最快频率、最高性能、合理功耗特征：特征：MPU,Cache实时响应、合理性能、较低功耗实时响应、合理性能、
43、较低功耗特征：特征：nosub-memorysystem一般性能、最低成本、极低功耗一般性能、最低成本、极低功耗电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心v4v5TESA110v4TARM720TARM7TDMI-SARM920TARM940TARM922TARM966E-SARM946E-SARM1020Ev5TEJ/Jazellev6/JazelleARM7EJ-SARM926EJ-SARM1026EJ-SARM11Micro-ArchitectureRoadmap of ARM V4/V5/V6基于基于32-bit地址空间的地址空间的32-bit指令集指令集增加增加16
44、-bitThumb指令集，使得编译器指令集，使得编译器能产生紧凑代码（内存能节省到能产生紧凑代码（内存能节省到35%以上以上)Thumb在处理器中仍然要扩展为标准的在处理器中仍然要扩展为标准的32位位ARM指令来运行。指令来运行。采用采用16位位Thumb指令集最大的好处就是指令集最大的好处就是可以获得可以获得更高的代码密度和降低功耗更高的代码密度和降低功耗。1999年推出年推出增强了增强了Thumb体系体系:以更好地以更好地平衡代码空间和性能平衡代码空间和性能并在并在ARMISA上扩展了上扩展了增强的增强的DSP指令指令集集:E扩展表示在通用的扩展表示在通用的CPU上提供上提供DSP能力。能
45、力。2000年推出年推出,增加了增加了Jazelle扩展以支持扩展以支持Java加速技术。加速技术。Jazelle技术比仅仅基于软件的技术比仅仅基于软件的JVM性能提性能提高近高近8倍的性能减少了倍的性能减少了80的功耗。的功耗。2001年推出，它在许多方面做了改进如内存系统、异年推出，它在许多方面做了改进如内存系统、异常处理和较好地支持多处理器。常处理和较好地支持多处理器。SIMD扩展使得广大的软件应用如扩展使得广大的软件应用如Video和和Audiocodec的性能提高了的性能提高了4倍。倍。Thumb-2和和TrustZone技术也用于技术也用于ARMv6中。中。电子科技大学嵌入式软件工
46、程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心ARMv7(Cortex)ARMv7定定义了了3种不同的种不同的处理器配置（理器配置（processorprofiles）:ProfileA是面向复杂、基于虚拟内存的是面向复杂、基于虚拟内存的OS和应用的和应用的ProfileR是针对实时系统的是针对实时系统的ProfileM是针对低成本应用的优化的微控制器的是针对低成本应用的优化的微控制器的。所有所有ARMv7profiles实现Thumb-2技技术，同，同时还包括了包括了NEON技技术的的扩展提高展提高DSP和多媒体和多媒体处理吞吐量理吞吐量400，并提供，并提供浮点支持浮点支持以以满足下一代足下一代3D
47、图形和游形和游戏以及以及传统嵌入式控制嵌入式控制应用的需要用的需要。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心ARMFamilyARM7FamilyARM9FamilyARM10FamilyARM11Family150DMIPS300DMIPS500DMIPS1000DMIPSARMCortexFamilyARM720TARM1136JARM1176JZARM1026EARM920T/ARM922TARM926EJCortexAApplicationProcessorARM7TDMIARM1156T2ARM1026EARM946ECortexREmbeddedRTContro
48、llerARM7TDMIARM966EARM968ECortexMMicro-controllerARMArchitecture电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心当前的主流当前的主流ARM处理器处理器ARM7世界上最为广泛使用的世界上最为广泛使用的CPU之一之一100MHzARM9100-300MHz1.7B ARM Powred shipment in year of 2005,31%is ARM9 based.电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心ARM11芯片已经面世芯片已经面世ARM11300-700+MHzSIMD指令扩展支持更丰富的多
49、媒体应用指令扩展支持更丰富的多媒体应用40家授权芯片公司，一些已开始量产家授权芯片公司，一些已开始量产FOMAN902iFirstARM11basedphoneOMAP2420i.MX31/i.MX31L电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心目前最快的嵌入式处理器目前最快的嵌入式处理器最快的处理器提供超过最快的处理器提供超过2000DMIPS的性能的性能运行于运行于1GHz频率频率(90nmor65nm制造工艺制造工艺)功耗小于功耗小于300mWARMCortexA8ApplicationProcessor电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心Cor
50、tex-M3实现实现$1ARM芯片芯片ARMCortexArchitectureThumb-2ISA3StagePipeline1.22DMIPS/MHz30%overARM7TDMI33Kgates30%smallerthanARM7TDMILuminary MicroLuminary Micro的的StellarisStellaris系列系列MCUMCU产品售价仅产品售价仅1 1美元美元ARMCortex-M3微控制器内微控制器内核，专门针对核，专门针对MCU应用领域应用领域而设计，突出低成本、低功耗而设计，突出低成本、低功耗和高效率。和高效率。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌