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1、嵌入式系统原理与开发 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。有生命必有希望第二章第二章 嵌入式处理器嵌入式处理器2.1 2.1 引言引言 2.2 2.2 嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述 2.32.3 ARMARM处理器基础处理器基础 2.42.4 ARMARM指令系指令系统统2.52.5 ARMARM程序程序设计设计基基础础嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.1 2.1 引言引言嵌入式处理器是嵌入式系统最
2、核心的部件。嵌入式处理器是嵌入式系统最核心的部件。嵌入式处理器是嵌入式系统最核心的部件。嵌入式处理器是嵌入式系统最核心的部件。RISCRISC结构已经被证明是嵌入式处理器最适合的结构已经被证明是嵌入式处理器最适合的结构已经被证明是嵌入式处理器最适合的结构已经被证明是嵌入式处理器最适合的结构。结构。结构。结构。ARMARM处理器是真正意义上的处理器是真正意义上的处理器是真正意义上的处理器是真正意义上的RISCRISC结构的处理器，结构的处理器，结构的处理器，结构的处理器，且具有处理速度快、功耗低、价格便宜等方面的且具有处理速度快、功耗低、价格便宜等方面的且具有处理速度快、功耗低、价格便宜等方面的
3、且具有处理速度快、功耗低、价格便宜等方面的优点，得到了广泛使用。优点，得到了广泛使用。优点，得到了广泛使用。优点，得到了广泛使用。嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.1 2.1 引言引言本章以本章以ARM处理器为例来介绍嵌入式处理处理器为例来介绍嵌入式处理器。器。在概要介绍处理器背景知识的基础上，主在概要介绍处理器背景知识的基础上，主要内容偏重于介绍处理器的指令系统和基要内容偏重于介绍处理器的指令系统和基于处理器的编程基础。于处理器的编程基础。嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网
4、络工程系第二章第二章 嵌入式处理器嵌入式处理器2.1 2.1 引言引言 2.2 2.2 嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述 2.32.3 ARMARM处理器基础处理器基础 2.42.4 ARMARM指令系指令系统统2.52.5 ARMARM程序程序设计设计基基础础嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.2嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述2.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类2.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.2.1嵌入式
5、处理器的分类嵌入式处理器的分类2.22.2嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述嵌入式处理器嵌入式处理器嵌入式处理器嵌入式处理器嵌入式微控制器嵌入式微控制器嵌入式微控制器嵌入式微控制器（MCUMCU）嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式微处理器（MPUMPU）嵌入式嵌入式嵌入式嵌入式DSPDSP（DSPDSP）嵌入式片上系统嵌入式片上系统嵌入式片上系统嵌入式片上系统（SoCSoC）嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.嵌入式微控制器嵌入式微控制器(MicroController)(MicroCo
6、ntroller)嵌入式微控制器又称嵌入式微控制器又称嵌入式微控制器又称嵌入式微控制器又称单单单单片机，就是将整个片机，就是将整个片机，就是将整个片机，就是将整个计计计计算机系算机系算机系算机系统统统统集成到一集成到一集成到一集成到一块块块块芯片中。芯片中。芯片中。芯片中。嵌入式微控制器将嵌入式微控制器将嵌入式微控制器将嵌入式微控制器将CPUCPU、存、存、存、存储储储储器（少量的器（少量的器（少量的器（少量的RAMRAM、ROMROM或两者都有）和其他外或两者都有）和其他外或两者都有）和其他外或两者都有）和其他外设设设设封装在同一片集成封装在同一片集成封装在同一片集成封装在同一片集成电电电电
7、路里，因路里，因路里，因路里，因为为为为其片上外其片上外其片上外其片上外设资设资设资设资源一般比源一般比源一般比源一般比较较较较丰富，适合于控制，因此称丰富，适合于控制，因此称丰富，适合于控制，因此称丰富，适合于控制，因此称为为为为微微微微控制器。控制器。控制器。控制器。2.2.12.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系例：例：Intel8085MicroprocessorIntroducedinIntroducedin197419748-bit8-bita
8、rchitecturearchitectureStillusedinStillusedinsomesomemicrocontrollermicrocontrollerapplications!applications!嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.嵌入式微控制器嵌入式微控制器(MicroController)(MicroController)与嵌入式微与嵌入式微与嵌入式微与嵌入式微处处处处理器相比，微控制器的最大特点是理器相比，微控制器的最大特点是理器相比，微控制器的最大特点是理器相比，微控制器的最大特点是单单单单片化，片化
9、，片化，片化，体体体体积积积积大大减小，从而使功耗和成本降低、可靠性提高。大大减小，从而使功耗和成本降低、可靠性提高。大大减小，从而使功耗和成本降低、可靠性提高。大大减小，从而使功耗和成本降低、可靠性提高。由于微控制器低廉的价格、由于微控制器低廉的价格、由于微控制器低廉的价格、由于微控制器低廉的价格、优优优优良的功能，所以良的功能，所以良的功能，所以良的功能，所以拥拥拥拥有的品有的品有的品有的品种和数量最多，是目前嵌入式系种和数量最多，是目前嵌入式系种和数量最多，是目前嵌入式系种和数量最多，是目前嵌入式系统统统统工工工工业业业业的主流。的主流。的主流。的主流。2.2.12.2.1嵌入式处理器的
10、分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.嵌入式微控制器嵌入式微控制器(MicroController)(MicroController)比比比比较较较较有代表性的通用系列包括有代表性的通用系列包括有代表性的通用系列包括有代表性的通用系列包括80518051、C166/167C166/167、MCS-251MCS-251、MCS-96/196/296MCS-96/196/296、P51XAP51XA、MCMC68HC05/11/12/1668HC05/11/12/16、68300
11、68300等。等。等。等。半通用系列，如支持半通用系列，如支持半通用系列，如支持半通用系列，如支持USBUSB接口的接口的接口的接口的MCU8XC930/931MCU8XC930/931、C540C540、C541C541；支持；支持；支持；支持I I2 2C C、CANCAN、LCDLCD及众多及众多及众多及众多专专专专用用用用MCUMCU和和和和兼容系列。兼容系列。兼容系列。兼容系列。2.2.12.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.嵌入式微处理器嵌
12、入式微处理器(MicroProcessorUnit)(MicroProcessorUnit)嵌入式微嵌入式微嵌入式微嵌入式微处处处处理器是由通用理器是由通用理器是由通用理器是由通用计计计计算算算算机中的机中的机中的机中的CPUCPU演演演演变变变变而来的。而来的。而来的。而来的。与通用与通用与通用与通用计计计计算机算机算机算机处处处处理器不同，在理器不同，在理器不同，在理器不同，在实际应实际应实际应实际应用中，嵌入式系用中，嵌入式系用中，嵌入式系用中，嵌入式系统统统统将微将微将微将微处处处处理器装配在理器装配在理器装配在理器装配在专门设计专门设计专门设计专门设计的的的的电电电电路板上，路板上，
13、路板上，路板上，只保留与嵌入式只保留与嵌入式只保留与嵌入式只保留与嵌入式应应应应用用用用紧紧紧紧密相关的密相关的密相关的密相关的功能硬件，以功能硬件，以功能硬件，以功能硬件，以满满满满足嵌入式系足嵌入式系足嵌入式系足嵌入式系统统统统体体体体积积积积小、功耗低的特殊要求。小、功耗低的特殊要求。小、功耗低的特殊要求。小、功耗低的特殊要求。2.2.12.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.嵌入式微处理器嵌入式微处理器(MicroProcessorUnit)(M
14、icroProcessorUnit)与工与工与工与工业业业业控制控制控制控制计计计计算机相比，嵌入式微算机相比，嵌入式微算机相比，嵌入式微算机相比，嵌入式微处处处处理器具有体理器具有体理器具有体理器具有体积积积积小、小、小、小、重量重量重量重量轻轻轻轻、成本低和可靠性高的、成本低和可靠性高的、成本低和可靠性高的、成本低和可靠性高的优优优优点。点。点。点。目前的嵌入式微目前的嵌入式微目前的嵌入式微目前的嵌入式微处处处处理器主要有理器主要有理器主要有理器主要有Am186/88Am186/88、386EX386EX、PowerPCPowerPC、ARMARM、MIPSMIPS、Motorola68K
15、Motorola68K等。等。等。等。2.2.12.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系3.嵌入式嵌入式DSP(DigitalSignalProcessorDigitalSignalProcessor)嵌入式嵌入式嵌入式嵌入式DSPDSP是是是是专门专门专门专门用于信号用于信号用于信号用于信号处处处处理的嵌入式芯片。理的嵌入式芯片。理的嵌入式芯片。理的嵌入式芯片。DSPDSP处处处处理器在系理器在系理器在系理器在系统结统结统结统结构和指令算法方面构和指令算法
16、方面构和指令算法方面构和指令算法方面进进进进行了特殊行了特殊行了特殊行了特殊设计设计设计设计，使其适合于使其适合于使其适合于使其适合于执执执执行行行行DSPDSP算法算法算法算法，使其适合于，使其适合于，使其适合于，使其适合于执执执执行行行行DSPDSP算法，算法，算法，算法，因而能因而能因而能因而能够对够对够对够对离散离散离散离散时间时间时间时间信号信号信号信号进进进进行极快的行极快的行极快的行极快的处处处处理理理理计计计计算，提高了算，提高了算，提高了算，提高了编编编编译译译译效率和效率和效率和效率和执执执执行速度行速度行速度行速度。2.2.12.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类
17、嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系3.嵌入式嵌入式DSP(DigitalSignalProcessorDigitalSignalProcessor)在数字在数字在数字在数字滤滤滤滤波、波、波、波、FFTFFT、频谱频谱频谱频谱分析等方面，嵌入式分析等方面，嵌入式分析等方面，嵌入式分析等方面，嵌入式DSPDSP获获获获得了大得了大得了大得了大规规规规模的模的模的模的应应应应用。用。用。用。嵌入式嵌入式嵌入式嵌入式DSPDSP处处处处理器主要有两方面的理器主要有两方面的理器主要有两方面的理器主要有两方
18、面的应应应应用：用：用：用：一方面，嵌入式一方面，嵌入式一方面，嵌入式一方面，嵌入式DSPDSP处处处处理器理器理器理器经过单经过单经过单经过单片化片化片化片化设计设计设计设计，通，通，通，通过过过过在片上增加丰富的外在片上增加丰富的外在片上增加丰富的外在片上增加丰富的外设设设设使之成使之成使之成使之成为为为为具有高性能具有高性能具有高性能具有高性能DSPDSP功能功能功能功能的片上系的片上系的片上系的片上系统统统统；另一方面，在微另一方面，在微另一方面，在微另一方面，在微处处处处理器、微控制器或片上系理器、微控制器或片上系理器、微控制器或片上系理器、微控制器或片上系统统统统中增中增中增中增加
19、加加加DSPDSP协处协处协处协处理器来理器来理器来理器来实现实现实现实现DSPDSP运算。运算。运算。运算。2.2.12.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系4.嵌入式片上系统嵌入式片上系统(SystemonChipSystemonChip)片上系片上系片上系片上系统统统统SoCSoC是是是是2020世世世世纪纪纪纪9090年代后出年代后出年代后出年代后出现现现现的一种新的嵌入的一种新的嵌入的一种新的嵌入的一种新的嵌入式集成器件。式集成器件。式集成器件。式
20、集成器件。在嵌入式系在嵌入式系在嵌入式系在嵌入式系统设计统设计统设计统设计从从从从“集成集成集成集成电电电电路路路路”级设计级设计级设计级设计不断不断不断不断转转转转向向向向“集成集成集成集成系系系系统统统统”级设计过级设计过级设计过级设计过程中，提出了程中，提出了程中，提出了程中，提出了SoCSoC的概念。的概念。的概念。的概念。SocSoc追求追求追求追求产产产产品系品系品系品系统统统统的最大包容，已成的最大包容，已成的最大包容，已成的最大包容，已成为为为为提高移提高移提高移提高移动动动动通信、通信、通信、通信、网网网网络络络络、信息家、信息家、信息家、信息家电电电电、高速、高速、高速、高
21、速计计计计算、多媒体算、多媒体算、多媒体算、多媒体应应应应用以及用以及用以及用以及军军军军用用用用电电电电子系子系子系子系统统统统性能的核心器件。性能的核心器件。性能的核心器件。性能的核心器件。2.2.12.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系4.嵌入式片上系统嵌入式片上系统(SystemonChipSystemonChip)SoCSoC不是把系不是把系不是把系不是把系统统统统所需要的所有集成所需要的所有集成所需要的所有集成所需要的所有集成电电电电路路路路简
22、单简单简单简单地二次集成地二次集成地二次集成地二次集成到一个芯片上，而是从整个系到一个芯片上，而是从整个系到一个芯片上，而是从整个系到一个芯片上，而是从整个系统统统统的性能要求出的性能要求出的性能要求出的性能要求出发发发发，把各，把各，把各，把各层层层层次次次次电电电电路器件路器件路器件路器件紧紧紧紧密密密密结结结结合起来，并通合起来，并通合起来，并通合起来，并通过过过过系系系系统统统统的的的的软软软软硬件硬件硬件硬件协协协协同同同同设计设计设计设计，在在在在单单单单个芯片上个芯片上个芯片上个芯片上实现实现实现实现整个系整个系整个系整个系统统统统的功能。的功能。的功能。的功能。SoCSoC最大
23、的特点就是成功最大的特点就是成功最大的特点就是成功最大的特点就是成功实现实现实现实现了了了了软软软软硬件无硬件无硬件无硬件无缝结缝结缝结缝结合合合合，直接，直接，直接，直接在在在在处处处处理器片内嵌入操作系理器片内嵌入操作系理器片内嵌入操作系理器片内嵌入操作系统统统统的代的代的代的代码码码码模模模模块块块块，满满满满足了足了足了足了单单单单片系片系片系片系统统统统所要求的高密度、高速度、高性能、小体所要求的高密度、高速度、高性能、小体所要求的高密度、高速度、高性能、小体所要求的高密度、高速度、高性能、小体积积积积、低、低、低、低电压电压电压电压和低和低和低和低功耗等指功耗等指功耗等指功耗等指标
24、标标标。2.2.12.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系4.嵌入式片上系统嵌入式片上系统(SystemonChipSystemonChip)目前比目前比目前比目前比较较较较典型的几款典型的几款典型的几款典型的几款SoCSoC产产产产品包括品包括品包括品包括SiemensSiemens的的的的TriCoreTriCore、PhilipsPhilips的的的的SmartXASmartXA、MotorolaMotorola的的的的M-CoreM-Core、某些、
25、某些、某些、某些ARMARM系列器件、系列器件、系列器件、系列器件、EchelonEchelon和和和和MotorolaMotorola联联联联合研制的合研制的合研制的合研制的NeuronNeuron芯片等。芯片等。芯片等。芯片等。2.2.12.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.2嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述2.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类2.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学
26、工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器1.ARM处理器处理器2.PowerPC处理器处理器3.MIPS处理器处理器4.Sparc处理器处理器5.龙芯一号处理器龙芯一号处理器2.22.2嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.ARM处理器处理器2.2.22.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器 英国先英国先英国先英国先进进进进RISCRISC机器公司（机器公司（机器公司（机器公司
27、（A AdvanceddvancedR RISCISCMMachinesachines，ARMARM）是全球）是全球）是全球）是全球领领领领先的先的先的先的16/3216/32位位位位RISCRISC微微微微处处处处理理理理器知器知器知器知识产权识产权识产权识产权（I IntellectualntellectualP Propertyroperty，IPIP）供）供）供）供应应应应商。商。商。商。ARMARM公司本身不直接从事芯片生公司本身不直接从事芯片生公司本身不直接从事芯片生公司本身不直接从事芯片生产产产产，而是依靠，而是依靠，而是依靠，而是依靠转让转让转让转让微微微微处处处处理器、外理器
28、、外理器、外理器、外围围围围和系和系和系和系统统统统芯片的芯片的芯片的芯片的设计设计设计设计技技技技术给术给术给术给合作公司，由合作合作公司，由合作合作公司，由合作合作公司，由合作公司使用公司使用公司使用公司使用这这这这些技些技些技些技术术术术来生来生来生来生产产产产各具特色的芯片。各具特色的芯片。各具特色的芯片。各具特色的芯片。嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.ARM处理器处理器ARMARM已成已成已成已成为为为为移移移移动动动动通信、手持通信、手持通信、手持通信、手持设备设备设备设备、多媒体数字消、多媒体数字消、多媒体数字消
29、、多媒体数字消费费费费等等等等嵌入式解决方案事嵌入式解决方案事嵌入式解决方案事嵌入式解决方案事实实实实上的上的上的上的标标标标准。准。准。准。ARMARM进进进进入中国几年以来，已入中国几年以来，已入中国几年以来，已入中国几年以来，已经经经经与中与中与中与中兴兴兴兴、华为华为华为华为、东东东东南大南大南大南大学、上海集成学、上海集成学、上海集成学、上海集成电电电电路路路路设计设计设计设计中心、中芯国中心、中芯国中心、中芯国中心、中芯国际际际际以及大唐以及大唐以及大唐以及大唐签订签订签订签订了芯了芯了芯了芯片核心技片核心技片核心技片核心技术术术术授授授授权协议权协议权协议权协议。2.2.22.2
30、.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.ARM处理器处理器ARMARM处处处处理器本身是理器本身是理器本身是理器本身是3232位位位位设计设计设计设计，但也配，但也配，但也配，但也配备备备备1616位指令集位指令集位指令集位指令集。ARMARM的的的的JazelleJazelle技技技技术术术术提供了提供了提供了提供了JavaJava加速，可得到比基于加速，可得到比基于加速，可得到比基于加速，可得到比基于软软软软件的件的件的件的JavaJava虚虚虚虚拟拟拟拟
31、机高得多的性能。机高得多的性能。机高得多的性能。机高得多的性能。ARMARM采用采用采用采用DSPDSP指令集的指令集的指令集的指令集的扩扩扩扩充提供了增充提供了增充提供了增充提供了增强强强强的的的的1616位和位和位和位和3232位位位位算算算算术术术术运算能力，提高了性能和灵活性运算能力，提高了性能和灵活性运算能力，提高了性能和灵活性运算能力，提高了性能和灵活性。ARMARM还还还还提供了两个前沿特性提供了两个前沿特性提供了两个前沿特性提供了两个前沿特性嵌入式嵌入式嵌入式嵌入式ICE-RTICE-RT逻辑逻辑逻辑逻辑和和和和嵌入式跟踪宏嵌入式跟踪宏嵌入式跟踪宏嵌入式跟踪宏核系列，用以核系列
32、，用以核系列，用以核系列，用以辅辅辅辅助助助助带带带带嵌入式核的、高集成的嵌入式核的、高集成的嵌入式核的、高集成的嵌入式核的、高集成的SoCSoC器件的器件的器件的器件的调试调试调试调试。2.2.22.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.ARM处理器处理器 基于基于基于基于ARMARM核嵌入式芯片的典型核嵌入式芯片的典型核嵌入式芯片的典型核嵌入式芯片的典型应应应应用主要有：用主要有：用主要有：用主要有：2.2.22.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处
33、理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器ARMARM应用应用消费娱乐产品消费娱乐产品数字影像产品数字影像产品军事电子军事电子工业控制产品工业控制产品移动存贮移动存贮无线产品无线产品存储产品存储产品汽车产品汽车产品网络产品网络产品安全产品安全产品嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.PowerPC处理器处理器PowerPCPowerPC处处处处理器品种很多，既有通用的理器品种很多，既有通用的理器品种很多，既有通用的理器品种很多，既有通用的处处处处理器，又有嵌理器，又有嵌理器，又有嵌理器，又有嵌入式控制器和内核。入式控制器和内核。入式控
34、制器和内核。入式控制器和内核。PowerPCPowerPC的特点是可伸的特点是可伸的特点是可伸的特点是可伸缩缩缩缩性好、方便灵活。性好、方便灵活。性好、方便灵活。性好、方便灵活。PowerPCPowerPC的的的的应应应应用范用范用范用范围围围围非常广泛，从高端的工作站、服非常广泛，从高端的工作站、服非常广泛，从高端的工作站、服非常广泛，从高端的工作站、服务务务务器到桌面器到桌面器到桌面器到桌面计计计计算机系算机系算机系算机系统统统统，从消，从消，从消，从消费电费电费电费电子到大型通信子到大型通信子到大型通信子到大型通信设备设备设备设备等各个等各个等各个等各个方面。方面。方面。方面。2.2.2
35、2.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.PowerPC处理器处理器PowerPCPowerPC处处处处理器的主理器的主理器的主理器的主频频频频从从从从25MHz25MHz700MHz700MHz不等，不等，不等，不等，它它它它们们们们的能量消耗、大小、整合程度、价格等差的能量消耗、大小、整合程度、价格等差的能量消耗、大小、整合程度、价格等差的能量消耗、大小、整合程度、价格等差别悬别悬别悬别悬殊，殊，殊，殊，主要主要主要主要产产产产品的芯片型号有品的芯片型
36、号有品的芯片型号有品的芯片型号有PowerPC750PowerPC750、PowerPC405PowerPC405和和和和PowerPC440PowerPC440。2.2.22.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系3.MIPS处理器处理器MIPS是是MicroprocessorwithoutInterlockedPipelineStages的的缩缩写，即写，即“无无内部互内部互锁锁流水流水级级的微的微处处理理器器”。MIPS的机制是尽量利用的机制是尽量利用软
37、软件件办办法避免流水法避免流水线线中的数据中的数据相关相关问题问题，最早在，最早在80年代初期由斯坦福（年代初期由斯坦福（Stanford）大）大学学Hennessy教授教授领导领导的研究小的研究小组组研制出来的。研制出来的。2.2.22.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系3.MIPS处理器处理器在嵌入式在嵌入式应应用方面，用方面，MIPS系列微系列微处处理器是目前理器是目前仅仅次于次于ARM的使用最广泛的的使用最广泛的处处理器之一，其理器之一，其应应用用
38、领领域覆盖机域覆盖机顶顶盒、盒、游游戏戏机、路由器、激光打印机、掌上机、路由器、激光打印机、掌上电脑电脑等各个方面。等各个方面。MIPS的系的系统结统结构及构及设计设计理念比理念比较较先先进进，强强调软调软硬件硬件协协同提供性能，同同提供性能，同时简时简化硬件化硬件设计设计。MIPSIDF(MIPSIntegratedDevelopmentFramework)集成开集成开发发工具，特工具，特别别适用于嵌入式系适用于嵌入式系统统的开的开发发。2.2.22.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程
39、学院网络工程系工程学院网络工程系4.Sparc处理器处理器Sparc处处理器是由著名的理器是由著名的Sun公司自行研公司自行研发发的微的微处处理器理器芯片。芯片。Sun在在64位位UltraSparc处处理器方面，主要有理器方面，主要有3个系列：个系列：可可扩扩展的展的s系列系列主要用于高性能、易主要用于高性能、易扩扩展的多展的多处处理器系理器系统统；集成式集成式i系列系列将多种系将多种系统统功能集成在一个功能集成在一个处处理器上，理器上，为单处为单处理器系理器系统统提供了更高的效益；提供了更高的效益；嵌入式嵌入式e系列系列为为用用户户提供理提供理想的性能价格比，其嵌入式想的性能价格比，其嵌入
40、式应应用包括瘦客用包括瘦客户户机、机、电缆调电缆调制制解解调调器和网器和网络络接口等。接口等。2.2.22.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系5.龙芯一号处理器龙芯一号处理器龙龙芯一号芯一号处处理器是神州理器是神州龙龙芯公司推出的兼芯公司推出的兼顾顾通用及嵌入通用及嵌入式式处处理器特点的新一代理器特点的新一代32位位处处理器。理器。龙龙芯一号的投片成功，并通芯一号的投片成功，并通过过了以了以SPECCPU2000为为代表的一批性能和功能代表的一批性能和功能
41、测试测试程序的程序的严严格格测试测试，标标志着我国志着我国在在现现代通用微代通用微处处理器理器设计设计方面方面实现实现了了零零的突破，的突破，打破打破了我国了我国长长期依期依赖赖国外国外CPU产产品的无品的无芯芯的的历历史，也史，也标标志着志着国国产产安全服安全服务务器器CPU和通用的嵌入式微和通用的嵌入式微处处理器理器产业产业化的开化的开始。始。2.2.22.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系5.龙芯一号处理器龙芯一号处理器龙龙芯一号在通用芯一号在通用C
42、PU体系体系结结构构设计设计方面采用了方面采用了许许多先多先进进的的设计设计与与实现实现技技术术，尤其在，尤其在动态动态流水流水线线的具体的具体实现实现和硬件和硬件对对系系统统安全性的支持方面，有独特安全性的支持方面，有独特创创新并申新并申请请了了专专利。利。龙龙芯一号在片内提供了一种特芯一号在片内提供了一种特别设计别设计的硬件机制，可以的硬件机制，可以抗御抗御缓缓冲区溢出攻冲区溢出攻击击，在硬件上根本抵制了，在硬件上根本抵制了缓缓冲区溢出冲区溢出类类攻攻击击的危的危险险，从而大大的增加的服，从而大大的增加的服务务器的安全性。器的安全性。2.2.22.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器
43、典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系5.龙芯一号处理器龙芯一号处理器使用使用龙龙芯一号芯一号CPU可以构成更可以构成更为为安全的网安全的网络络安全服安全服务务器、器、网网络络安全网关、网安全网关、网际际防火防火墙墙、服、服务务器网卡等器网卡等对对网网络络安全有安全有特殊需求的特殊需求的产产品及品及应应用。用。龙龙芯系列微芯系列微处处理器可广泛理器可广泛应应用于工用于工业业控制、信息家控制、信息家电电、通通讯讯、网、网络设备络设备、PDA、网、网络终络终端、存端、存储储服服务务器、安全服器、安全服务务
44、器等器等产产品上。品上。2.2.22.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系第二章第二章 嵌入式处理器嵌入式处理器2.1 2.1 引言引言 2.2 2.2 嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述 2.32.3 ARMARM处理器基础处理器基础 2.42.4 ARMARM指令系指令系统统2.52.5 ARMARM程序程序设计设计基基础础嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.3ARM处理器基础处理器基础2.3
45、.1ARM简介简介2.3.2ARM处理器系列处理器系列2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构2.3.4ARM处理器应用选型处理器应用选型嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.3.1ARM简介简介ARM处理器核因其卓越的性能和显著处理器核因其卓越的性能和显著优点，已成为高性能、低功耗、低成本嵌优点，已成为高性能、低功耗、低成本嵌入式处理器核的代名词，得到了众多半导入式处理器核的代名词，得到了众多半导体厂家和整机厂商的大力支持。体厂家和整机厂商的大力支持。2.3ARM2.3ARM处理器基础处理器基础处理器基础处理器基础嵌入式系统原
46、理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.ARM处理器的发展过程处理器的发展过程1985年年4月月26日，第一个日，第一个ARM原型在英国原型在英国剑桥剑桥的的Acorn计计算机有限公司算机有限公司诞诞生，并成功的运行了生，并成功的运行了测试测试程序。程序。20世世纪纪80年代后期，年代后期，ARM很快开很快开发发成成Acorn的台式机的台式机产产品，奠定了英国教育界品，奠定了英国教育界计计算机技算机技术术的基的基础础。1990年，年，为为广泛推广广泛推广ARM技技术术而成立了而成立了AdvancedRISCMachinesLimited（简简称称
47、为为ARMLimited，ARM公司）。公司）。2.3.1ARM2.3.1ARM简介简介简介简介嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.ARM处理器的发展过程处理器的发展过程20世世纪纪90年代，年代，ARM32位嵌人式位嵌人式RISC（ReducedInstructionSetComputer）处处理器理器扩扩展到世界范展到世界范围围，特特别别是占据了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系是占据了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系统应统应用用领领域的域的领领先地位。先地位。ARM公司公司虽虽然只成立然只成立10多年，但在多年，但在1999年
48、因移年因移动电话动电话火爆市火爆市场场，其，其32位位RISC处处理器占市理器占市场场份份额额超超过过了了50%，成成为业为业界界龙头龙头老大。老大。2001年初，年初，ARM公司的公司的32位位RISC处处理器市理器市场场占有率超占有率超过过了了75%。2.3.1ARM2.3.1ARM简介简介简介简介嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.ARM处理器的发展过程处理器的发展过程ARM公司商业模式的强大之处在于其价格合理，全世界公司商业模式的强大之处在于其价格合理，全世界范围有超过范围有超过100个合作伙伴个合作伙伴包括半导体工业的著
49、名公包括半导体工业的著名公司。司。ARM公司专注于设计，其内核耗电少、成本低、功能公司专注于设计，其内核耗电少、成本低、功能强，特有强，特有16/32位双指令集。位双指令集。ARM已成为移动通信、手已成为移动通信、手持计算、多媒体数字消费等嵌入式解决方案的持计算、多媒体数字消费等嵌入式解决方案的RISC标准。标准。在所有在所有ARM处处理器系列中，理器系列中，ARM7处处理器系列理器系列应应用最广，用最广，采用采用ARM7处处理器作理器作为为内核生内核生产产芯片的公司最多。芯片的公司最多。2.3.1ARM2.3.1ARM简介简介简介简介嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学
50、*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.ARM处理器的特点处理器的特点体积小、低功耗、低成本、高性能；体积小、低功耗、低成本、高性能；支持支持Thumb（16位）位）/ARM（32位）双指令集，能很好位）双指令集，能很好的兼容的兼容8位位/16位器件；位器件；大量使用寄存器，指令执行速度更快；大量使用寄存器，指令执行速度更快；大多数数据操作都在寄存器中完成，通过大多数数据操作都在寄存器中完成，通过Load/Store结结构在内存和寄存器之间传递数据；构在内存和寄存器之间传递数据；寻址方式灵活简单，执行效率高；寻址方式灵活简单，执行效率高；指令长度固定。指令长度固定。2.3.1ARM2.3.1