《ARM嵌入式系統(tǒng)教程》第1章

1、ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 ARM 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng) 第第1章章 嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)概述 ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 學(xué)好ARM就有機會! ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 ARM微處理器概述 uARMAdvanced RISC Machines uARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域 uARM微處理器的特點微處理器的特點 uARM微處理器系列微處理器系列 uARM微處理器的體系結(jié)構(gòu)微處理器的體系結(jié)構(gòu) uARM微處理器的應(yīng)用選型微處理器的應(yīng)用選型 ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 ARMAdvanced RISC Machines uIP（Intellectual Property） 知識

2、產(chǎn)權(quán)。硅知識產(chǎn)權(quán)核是用于知識產(chǎn)權(quán)。硅知識產(chǎn)權(quán)核是用于ASIC、ASSP、PLD等當(dāng)中，并且是預(yù)等當(dāng)中，并且是預(yù) 先設(shè)計好的電路功能模塊。先設(shè)計好的電路功能模塊。IP核分為軟核、硬核和固核核分為軟核、硬核和固核 uFabless (無生產(chǎn)線）無生產(chǎn)線） uRISC Reduced Instruction Set Computer 精簡指令集計算機精簡指令集計算機 ARM：RISC處理器處理器IP核核Fabless ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 ARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域 u無線通信領(lǐng)域：手機、無線通信領(lǐng)域：手機、PDA u消費類電子產(chǎn)品：數(shù)字媒體播放器、游戲機消費類電子產(chǎn)品：數(shù)字媒體播放器、游戲機

3、u網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：語音及視頻處理、數(shù)字機頂盒、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：語音及視頻處理、數(shù)字機頂盒、VoIP u成像和安全產(chǎn)品：數(shù)碼相機、打印機、成像和安全產(chǎn)品：數(shù)碼相機、打印機、SIM智能卡智能卡 u工業(yè)控制與儀器儀表：工業(yè)控制與儀器儀表： u其他領(lǐng)域其他領(lǐng)域 ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 ARM Powered Products Lexmark Z52 Color Jetprinter Samsung ML5100A JVC Pixstar GC-X1 HP Jornado 820 Psion Revo Plus HP CapShare Sony MZ-R90 MiniDisc Nokia 8810Nokia M

4、ediamaster Nintendo Gameboy Advance Ericsson R380 Alba Bush Internet TV 3Com 10/100 PCI NIC Iomega HipZip Diamond Multimedia Rio 600 ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 ARM微處理器的特點 u體積小、低功耗、低成本、高性能體積小、低功耗、低成本、高性能 u支持支持Thumb（16位）位）/ARM（32位）雙指令集位）雙指令集 u大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快 u大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成 u尋址方式靈活

5、簡單，執(zhí)行效率高尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高 u指令長度固定指令長度固定 ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 ARM微處理器系列 uARM7 uARM9 uARM9E uARM10E uARM11 uSecurCore uIntel的的StrongARM、Xscale 目前仍在不斷發(fā)展目前仍在不斷發(fā)展 ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 ARM7系列微處理器(1) 特點：特點： u低功耗低功耗 u嵌入式嵌入式ICERT邏輯邏輯 u0.9MIPS/MHz的的3級流水線結(jié)構(gòu)級流水線結(jié)構(gòu) 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主頻最高可達(dá)主頻最高可達(dá)130MHz ICE：In Cir

6、cuit Emulation，在電路仿真，在電路仿真 MIPS：Million Instruction Per Second 每秒百萬條指令每秒百萬條指令 ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 ARM7系列微處理器(2) 類型：類型： uARM7TDMI uARM7TDMI-S uARM720T uARM7EJ TDMI的基本含義為：的基本含義為： T： 支持支持16位壓縮指令集位壓縮指令集Thumb D： 支持片上支持片上Debug M： 內(nèi)嵌硬件乘法器（內(nèi)嵌硬件乘法器（Multiplier） I： 嵌入式嵌入式ICE，支持片上斷點和調(diào)試點，支持片上斷點和調(diào)試點 ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 ARM7系

7、列微處理器(3) 典型芯片：典型芯片： ATMEL:AT91M40800/55800A Samsung:S3C44B0/4510B ST:STR710 x ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 ARM9系列微處理器(1) 特點：特點： u1.1MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)，的哈佛結(jié)構(gòu)，5級流水線級流水線 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總線接口總線接口 u全性能的全性能的MMU，支持，支持Windows CE、Linux、Palm OS 等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)等多種主流嵌入式操作系統(tǒng) u支持?jǐn)?shù)據(jù)支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令和指令Cache

8、，具有更高的指令和數(shù)據(jù)，具有更高的指令和數(shù)據(jù) 處理能力處理能力 MMU：Memory Management Unit ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 ARM9系列微處理器（2） 類型：類型： uARM920T uARM922T uARM940T ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 ARM9系列微處理器（3） 典型芯片：典型芯片： uATMEL:AT91RM9200（ARM920T） uSamsung：S3C2410（ARM920T） uTI:OMAP5910（ARM925 + C55x） DaVinci（ARM926EJ-S + C64x） ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 ARM9E系列微處理器 ARM9E系

9、列微處理器為可綜合處理器，使用單一的處理器內(nèi)核提供了微控制 器、DSP、Java應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案，極大的減少了芯片的面積和系統(tǒng)的復(fù) 雜程度。ARM9E系列微處理器提供了增強的DSP處理能力，很適合于那些需要 同時使用DSP和微控制器的應(yīng)用場合。 ARM9E系列微處理器的主要特點如下： u支持DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號處理的場合。 u5級流水線，指令執(zhí)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總線接口。 u支持VFP9浮點處理協(xié)處理器。 u全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多種主流嵌入式操 作系統(tǒng)。

10、 uMPU支持實時操作系統(tǒng)。 u支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。 u主頻最高可達(dá)300MIPS。 ARM9系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無線設(shè)備、數(shù)字消費品、成像設(shè)備、工 業(yè)控制、存儲設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等領(lǐng)域。 ARM9E系列微處理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM966E-S三種類 型，以適用于不同的應(yīng)用場合。 ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 ARM10E系列微處理器 ARM10E系列微處理器具有高性能、低功耗的特點，由于采用了新的體系結(jié)構(gòu)，與同 等的ARM9器件相比較，在同樣的時鐘頻率下，性能提高了近50，同時，ARM10E系 列微處理器采用了兩

11、種先進的節(jié)能方式，使其功耗極低。 ARM10E系列微處理器的主要特點如下： u支持DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號處理的場合。 u6級整數(shù)流水線，指令執(zhí)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總線接口。 u支持VFP10浮點處理協(xié)處理器。 u全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。 u支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力 u主頻最高可達(dá)400MIPS。 u內(nèi)嵌并行讀/寫操作部件。 ARM10E系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無線設(shè)備、數(shù)字消費品、成像設(shè)備、工業(yè)控

12、 制、通信和信息系統(tǒng)等領(lǐng)域。 ARM10E系列微處理器包含ARM1020E、ARM1022E和ARM1026EJ-S三種類型，以適 用于不同的應(yīng)用場合。 ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 ARM11E系列微處理器 ARM公司在2003年4月29日宣布了其下一代ARM 架構(gòu)的CPUARM11（又名Jaguar），基于 ARM11的微處理器具有更強的性能，尤其是多媒 體處理能力。 ARM11微處理器采用0.13微米工藝，低端產(chǎn)品 運行在350MHz500MHz，高端產(chǎn)品運行在 533750MHz，如果將加工工藝減小到0.10微 米，那么芯片速度將達(dá)1GHz。 目前的ARM7和ARM9內(nèi)核的芯片最大速度只

13、能到 400MHz。目前最快的嵌入式處理器為Intel的 Xscale，最高主頻為500MHz。 ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 SecurCore系列微處理器 SecurCore系列微處理器專為安全需要而設(shè)計，提供了完善的32位 RISC技術(shù)的安全解決方案，因此，SecurCore系列微處理器除了具 有ARM體系結(jié)構(gòu)的低功耗、高性能的特點外，還具有其獨特的優(yōu)勢， 即提供了對安全解決方案的支持。 SecurCore系列微處理器除了具有ARM體系結(jié)構(gòu)各種主要特點外， 還在系統(tǒng)安全方面具有如下的特點： u帶有靈活的保護單元，以確保操作系統(tǒng)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的安全。 u采用軟內(nèi)核技術(shù)，防止外部對其進行掃描探測。

14、 u可集成用戶自己的安全特性和其他協(xié)處理器。 SecurCore系列微處理器主要應(yīng)用于一些對安全性要求較高的應(yīng)用 產(chǎn)品及應(yīng)用系統(tǒng)，如電子商務(wù)、電子政務(wù)、電子銀行業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)和 認(rèn)證系統(tǒng)等領(lǐng)域。 SecurCore系列微處理器包含SecurCore SC100、SecurCore SC110、SecurCore SC200和SecurCore SC210四種類型，以 適用于不同的應(yīng)用場合。 ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 Intel的StrongARM、Xscale系列微處理器 Intel公司推出的面向無線移動終端開發(fā)的體系結(jié)構(gòu)公司推出的面向無線移動終端開發(fā)的體系結(jié)構(gòu)“ Personal Intern

15、et Client Architecture (PCA)” 是一個開放的嵌入式是一個開放的嵌入式 系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用平臺，它以系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用平臺，它以XSCALE系列嵌入式處理器為核心，支持系列嵌入式處理器為核心，支持 Linux、WinCENET和和VxWorks等操作系統(tǒng)，是一個理想的面向無線等操作系統(tǒng)，是一個理想的面向無線 互連的應(yīng)用平臺?；ミB的應(yīng)用平臺。 Xscale 處理器是基于處理器是基于ARMv5TE體系結(jié)構(gòu)的解決方案，是一款全性能、體系結(jié)構(gòu)的解決方案，是一款全性能、 高性價比、低功耗的處理器。它支持高性價比、低功耗的處理器。它支持DSP指令集，已使用在數(shù)字移動電指令集，已使用在數(shù)字移動

16、電 話、個人數(shù)字助理和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品等場合。話、個人數(shù)字助理和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品等場合。 Xscale 處理器是處理器是Intel目前主要推廣的一款目前主要推廣的一款A(yù)RM微處理器。微處理器。 典型芯片：典型芯片：PXA250/255/270/272 ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 ARM微處理器的體系結(jié)構(gòu)（1） RISC體系結(jié)構(gòu)特點：體系結(jié)構(gòu)特點： u在進行指令系統(tǒng)設(shè)計時，只選擇使用頻率很高的指令，在此基礎(chǔ)上增加在進行指令系統(tǒng)設(shè)計時，只選擇使用頻率很高的指令，在此基礎(chǔ)上增加 少量能有效支持操作系統(tǒng)和高級語言實現(xiàn)以及其他功能的指令，使指令少量能有效支持操作系統(tǒng)和高級語言實現(xiàn)以及其他功能的指令，使指令 條數(shù)大大減少

17、條數(shù)大大減少 u采用固定長度的指令格式，指令歸整、簡單、基本尋址方式有采用固定長度的指令格式，指令歸整、簡單、基本尋址方式有23種種 u使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行 u大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對寄存器進行操作，只有加載大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對寄存器進行操作，只有加載/存儲指存儲指 令可以訪問存儲器，以提高指令的執(zhí)行效率令可以訪問存儲器，以提高指令的執(zhí)行效率 u為提高指令執(zhí)行速度，大部分指令直接采用硬件電路實現(xiàn)，少量采用微為提高指令執(zhí)行速度，大部分指令直接采用硬件電路實現(xiàn)，少量采用微 碼實現(xiàn)碼實現(xiàn) ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 ARM微處理器的

18、體系結(jié)構(gòu)（2） ARM體系結(jié)構(gòu)還采用了一些特別的技術(shù)，在保證高性能的前體系結(jié)構(gòu)還采用了一些特別的技術(shù)，在保證高性能的前 提下盡量縮小芯片的面積，并降低功耗。提下盡量縮小芯片的面積，并降低功耗。 u大多數(shù)的指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結(jié)果決定是否被執(zhí)行，從大多數(shù)的指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結(jié)果決定是否被執(zhí)行，從 而提高指令的執(zhí)行效率而提高指令的執(zhí)行效率 u可用加載可用加載/存儲指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率存儲指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率 u可在一條數(shù)據(jù)處理指令中同時完成邏輯處理和移位處理可在一條數(shù)據(jù)處理指令中同時完成邏輯處理和移位處理 u在循環(huán)處理中使用地址的自動增減來提高運行效率在循環(huán)處理中使用地址的自動增減來提高運行效率 ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 ARM微處理器的應(yīng)用選型 uARM微處理器內(nèi)核的選擇微處理器內(nèi)核的選擇 運行運行Windows CE、Linux ARM720T以上帶有以上帶有MMU ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、Xscale 運行運行uCLinux、RTLinux、uC/OSII ARM7TDMI ARM嵌入式系統(tǒng)教程第1章 ARM微處理器的應(yīng)用選型 u系統(tǒng)的工作頻率系統(tǒng)的工作頻率 u片內(nèi)存儲器的容量片內(nèi)存儲器的容量 u片內(nèi)外圍電路片內(nèi)外圍電路