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1、ARM 嵌入式系统嵌入式系统第第1章章 嵌入式系统概述嵌入式系统概述学好学好ARM就有机会就有机会!uARMAdvanced RISC Machines uARM微处理器的应用领域微处理器的应用领域uARM微处理器的特点微处理器的特点uARM微处理器系列微处理器系列uARM微处理器的体系结构微处理器的体系结构uARM微处理器的应用选型微处理器的应用选型ARM微处理器概述微处理器概述 uIP（Intellectual Property）知识产权。硅知识产权核是用于知识产权。硅知识产权核是用于ASIC、ASSP、PLD等当中，并且是预等当中，并且是预先设计好的电路功能模块。先设计好的电路功能模块。
2、IP核分为软核、硬核和固核核分为软核、硬核和固核 uFabless(无生产线）无生产线）uRISC Reduced Instruction Set Computer精简指令集计算机精简指令集计算机 ARM：RISC处理器处理器IP核核FablessARMAdvanced RISC MachinesARM微处理器的应用领域微处理器的应用领域u无线通信领域：手机、无线通信领域：手机、PDAu消费类电子产品：数字媒体播放器、游戏机消费类电子产品：数字媒体播放器、游戏机u网络应用：语音及视频处理、数字机顶盒、网络应用：语音及视频处理、数字机顶盒、VoIPu成像和安全产品：数码相机、打印机、成像和安全产
3、品：数码相机、打印机、SIM智能卡智能卡u工业控制与仪器仪表：工业控制与仪器仪表：u其他领域其他领域ARM Powered ProductsLexmark Z52 Color JetprinterSamsung ML5100AJVC Pixstar GC-X1HP Jornado 820Psion Revo PlusHP CapShareSony MZ-R90 MiniDiscNokia 8810Nokia MediamasterNintendoGameboyAdvanceEricssonR380Alba BushInternet TV3Com10/100 PCI NICIomega HipZ
4、ipDiamond Multimedia Rio 600ARM微处理器的特点微处理器的特点u体积小、低功耗、低成本、高性能体积小、低功耗、低成本、高性能u支持支持Thumb（16位）位）/ARM（32位）双指令集位）双指令集u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u大多数数据操作都在寄存器中完成大多数数据操作都在寄存器中完成u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u指令长度固定指令长度固定 uARM7uARM9uARM9EuARM10EuARM11uSecurCoreuIntel的的StrongARM、Xscale目前仍在不断发展目前仍在不断发展AR
5、M微处理器系列微处理器系列特点：特点：u低功耗低功耗u嵌入式嵌入式ICERT逻辑逻辑u0.9MIPS/MHz的的3级流水线级流水线结构结构u32位位ARM指令集和指令集和16位的位的Thumb指令集指令集u主频最高可达主频最高可达130MHzARM7系列微处理器系列微处理器(1)ICE：In Circuit Emulation，在电路仿真，在电路仿真MIPS：Million Instruction Per Second每秒百万条指令每秒百万条指令ARM7系列微处理器系列微处理器(2)类型：类型：uARM7TDMIuARM7TDMI-SuARM720TuARM7EJ TDMI的基本含义为：的基本
6、含义为：T：支持支持16位压缩指令集位压缩指令集ThumbD：支持片上支持片上DebugM：内嵌硬件乘法器（内嵌硬件乘法器（Multiplier）I：嵌入式嵌入式ICE，支持片上断点和调试点，支持片上断点和调试点ARM7系列微处理器系列微处理器(3)典型芯片：典型芯片：ATMEL:AT91M40800/55800ASamsung:S3C44B0/4510BST:STR710 x 特点：特点：u1.1MIPS/MHz的哈佛结构，的哈佛结构，5级流水线级流水线u32位位ARM指令集和指令集和16位位Thumb指令集指令集u支持支持32位的高速位的高速AMBA总线接口总线接口u全性能的全性能的MMU
7、，支持，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统等多种主流嵌入式操作系统u支持数据支持数据Cache和指令和指令Cache，具有更高的指令和数据，具有更高的指令和数据处理能力处理能力MMU：Memory Management UnitARM9系列微处理器系列微处理器(1)类型：类型：uARM920TuARM922TuARM940TARM9系列微处理器（系列微处理器（2）典型芯片：典型芯片：uATMEL:AT91RM9200（ARM920T）uSamsung：S3C2410（ARM920T）uTI:OMAP5910（ARM925+C55x）DaVinci（AR
8、M926EJ-S+C64x）ARM9系列微处理器（系列微处理器（3）ARM9E系列微处理器为可综合处理器，使用单一的处理器内核提供了微控制器、DSP、Java应用系统的解决方案，极大的减少了芯片的面积和系统的复杂程度。ARM9E系列微处理器提供了增强的DSP处理能力，很适合于那些需要同时使用DSP和微控制器的应用场合。ARM9E系列微处理器的主要特点如下：u支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。u5级流水线，指令执行效率更高。u支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。u支持32位的高速AMBA总线接口。u支持VFP9浮点处理协处理器。u全性能的MMU，支持Windows
9、CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统。uMPU支持实时操作系统。u支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力。u主频最高可达300MIPS。ARM9系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、存储设备和网络设备等领域。ARM9E系列微处理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM966E-S三种类型，以适用于不同的应用场合。ARM9E系列微处理器系列微处理器 ARM10E系列微处理器具有高性能、低功耗的特点，由于采用了新的体系结构，与同等的ARM9器件相比较，在同样的时钟频率下，性能提高了近50，同时，ARM10E
10、系列微处理器采用了两种先进的节能方式，使其功耗极低。ARM10E系列微处理器的主要特点如下：u支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。u6级整数流水线，指令执行效率更高。u支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。u支持64位的高速AMBA总线接口。u支持VFP10浮点处理协处理器。u全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统。u支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力u主频最高可达400MIPS。u内嵌并行读/写操作部件。ARM10E系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制
11、、通信和信息系统等领域。ARM10E系列微处理器包含ARM1020E、ARM1022E和ARM1026EJ-S三种类型，以适用于不同的应用场合。ARM10E系列微处理器系列微处理器 ARM公司在2003年4月29日宣布了其下一代ARM架构的CPUARM11（又名Jaguar），基于ARM11的微处理器具有更强的性能，尤其是多媒体处理能力。ARM11微处理器采用0.13微米工艺，低端产品运行在350MHz500MHz，高端产品运行在533750MHz，如果将加工工艺减小到0.10微米，那么芯片速度将达1GHz。目前的ARM7和ARM9内核的芯片最大速度只能到400MHz。目前最快的嵌入式处理器为
12、Intel的Xscale，最高主频为500MHz。ARM11E系列微处理器系列微处理器 SecurCore系列微处理器专为安全需要而设计，提供了完善的32位RISC技术的安全解决方案，因此，SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构的低功耗、高性能的特点外，还具有其独特的优势，即提供了对安全解决方案的支持。SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构各种主要特点外，还在系统安全方面具有如下的特点：u带有灵活的保护单元，以确保操作系统和应用数据的安全。u采用软内核技术，防止外部对其进行扫描探测。u可集成用户自己的安全特性和其他协处理器。SecurCore系列微处理器主要应用于一
13、些对安全性要求较高的应用产品及应用系统，如电子商务、电子政务、电子银行业务、网络和认证系统等领域。SecurCore系列微处理器包含SecurCore SC100、SecurCore SC110、SecurCore SC200和SecurCore SC210四种类型，以适用于不同的应用场合。SecurCore系列微处理器系列微处理器Intel公司推出的面向无线移动终端开发的体系结构公司推出的面向无线移动终端开发的体系结构“Personal Internet Client Architecture(PCA)”是一个开放的嵌入式是一个开放的嵌入式系统开发应用平台，它以系统开发应用平台，它以XSCA
14、LE系列嵌入式处理器为核心，支持系列嵌入式处理器为核心，支持Linux、WinCENET和和VxWorks等操作系统，是一个理想的面向无线等操作系统，是一个理想的面向无线互连的应用平台。互连的应用平台。Xscale 处理器是基于处理器是基于ARMv5TE体系结构的解决方案，是一款全体系结构的解决方案，是一款全性能、高性价比、低功耗的处理器。它支持性能、高性价比、低功耗的处理器。它支持DSP指令集，已使用在数字指令集，已使用在数字移动电话、个人数字助理和网络产品等场合。移动电话、个人数字助理和网络产品等场合。Xscale 处理器是处理器是Intel目前主要推广的一款目前主要推广的一款ARM微处理
15、器。微处理器。典型芯片：典型芯片：PXA250/255/270/272IntelIntel的的的的StrongARMStrongARM、XscaleXscale系列微处理器系列微处理器RISC体系结构特点：体系结构特点：u在进行指令系统设计时，只选择使用频率很高的指令，在此基础上增加在进行指令系统设计时，只选择使用频率很高的指令，在此基础上增加少量能有效支持操作系统和高级语言实现以及其他功能的指令，使指令少量能有效支持操作系统和高级语言实现以及其他功能的指令，使指令条数大大减少条数大大减少u采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方
16、式有23种种u使用单周期指令，便于流水线操作执行使用单周期指令，便于流水线操作执行u大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/存储指存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率令可以访问存储器，以提高指令的执行效率u为提高指令执行速度，大部分指令直接采用硬件电路实现，少量采用微为提高指令执行速度，大部分指令直接采用硬件电路实现，少量采用微码实现码实现 ARM微处理器的体系结构（微处理器的体系结构（1）ARM体系结构还采用了一些特别的技术，在保证高性能的前体系结构还采用了一些特别的技术，在保证高性能的前提下尽量缩小芯片的面积
17、，并降低功耗。提下尽量缩小芯片的面积，并降低功耗。u大多数的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从大多数的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从而提高指令的执行效率而提高指令的执行效率u可用加载可用加载/存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率u可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理u在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率 ARM微处理器的体系结构（微处理器的体系结构（2）uARM微处理器内核的选择微处理器内核的选择 运行运行Win
18、dows CE、Linux ARM720T以上带有以上带有MMUARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、Xscale 运行运行uCLinux、RTLinux、uC/OSII ARM7TDMIARM微处理器的应用选型微处理器的应用选型u系统的工作频率系统的工作频率 u片内存储器的容量片内存储器的容量 u片内外围电路片内外围电路 USART（UART/SCI）、）、IIC、SPI、USB（HOST/DEVICE)、IrDA、Ethernet（MAC）、）、IIS/AC97、LCD、Keypad、RTC、ADC、DAC、DSP协处理器等协处理器等u生产商的选择生产商的选择AR
19、M微处理器的应用选型微处理器的应用选型ARM应用系统开发工具应用系统开发工具CodeWarrior for ARM Developer Suite（ADS)Editor|Compiler|Linker|DebuggerARM Multi-ICEIn Circuit EmulatorARM应用系统软件开发过程应用系统软件开发过程Multi-ICE Server建立工程，编辑源文件建立工程，编辑源文件配置汇编器、编译器、链接器、调试器配置汇编器、编译器、链接器、调试器AXDAXD调试器调试器u指令集模拟器(Armulator)u驻留监控软件(Angel)u在线调试器(AXD)ARM应用系统软件调试方法应用系统软件调试方法ARM7TDMI体系结构图体系结构图ARM7TDMI引脚图引脚图S3C4510框图框图uARM微处理器系列微处理器系列uARM体系结构版本和变量体系结构版本和变量u指令流水线指令流水线uARM7TDMI处理器处理器uARM920T处理器处理器进一步阅读进一步阅读演讲完毕，谢谢观看！