1章ARM嵌入式微處理器概述

1ARM處理器系統(tǒng)應用與開發(fā)EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET第一章ARM嵌入式微微處理器器概述EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET1.1ARM處理器特特點與分分類EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET核體系結構ARM7TDMI，ARM710T，ARM720TARM740TV4TStrongARM，ARM8，ARM810V4ARM9TDMI，ARM920T，ARM940TV4TARM9E-SV5TEARM10TDMI，ARM1020EV5TEARM11，ARM1156T2-S，ARM1156T2F-S，ARM1176JZ-S，ARM11JZF-SV6Cortex–A15,Cortex–A9,Cortex–A8,A7，A5

V7ACortex–R系列V7RCortex–M系列V7MARM發(fā)展歷程程EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARM微處理器器系列ARM7微處理器器系列ARM9微處理器器系列ARM9E微處理器器系列ARM10E微處理器器系列ARM11系列Cortex系列SecurCore系列Intel的Xscale系列Inter的StrongARMEvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARM9微處理器器系列Cache內存管理流水線級別ThumbDSPJazelleARM9TDMI無無5有無無ARM920T16K/16kMMU5有無無ARM922T8k/8kMMU5有無無ARM9的時鐘頻頻率比ARM7更高，，在同樣樣的加工工工藝下下，ARM9TDMI處理器的的時鐘頻頻率是ARM7TDMI的1．8～2．2倍。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARM9E微處理器器系列Cache內存管理流水線級別ThumbDSPJazelleARM926EJ-S4KB~128KBMMU5/6有有有ARM946E-S4KB~1MBMPU5有有無ARM966E-S無無5有有無ARM968E-S無無5有有無ARM996HS無MPU5/6有有無EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARM10E微處理器器系列Cache內存管理流水線級別ThumbDSPJazelleARM1020E32KBMMU6有有無ARM1022E16KBMMU6有有有ARM1026EJ-S4~128KBMMU6有有有EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARM11微處理器器系列Cache內存管理流水線級別ThumbDSPJazelle浮點運算ARM1136J-S4~64KBMMU8有有有無ARM1135JF-S4~64KBMMU8有有有有ARM1156T2-S可配置9Thumb-2有無無ARM1156T2F-S可配置9Thumb-2有無有ARM1176JZ-S可配置9Thumb-2有有無ARM1176JZF-S可配置9Thumb-2有有有ARM11系列微處處理器是是ARM公司近年年推出的的新一代代RISC處理器，，它是ARM新指令架架構——ARMv6的第一代代設計實實現(xiàn)。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETCortex微處理器器系列Cortex系列微處處理器屬屬于ARMv7架構，這這是ARM公司最新新的指令令集架構構。Cortex處理器類類型包括括：Cortex--M3Cortex--A15、9、8、7、5Cortex--R4、R4F、R5、R7EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETCortex微處理器器系列Cortex--M3采用ARMv7-M架構，它它包括所所有的16位Thumb指令集和和基本的的32位Thumb-2指令集架架構，，單片機機的完美美替代品品Cortex--A15四核芯片片，2.5GHz，支持超超過4GB的內存，，應用用于高級級智能手手機、移移動計計算、高高端數(shù)數(shù)字家庭庭娛樂、、無線基基礎結構構、低低功耗服服務器。。Cortex--A15內核智能能手機，，是當當前的高高級智能能手機性性能的五五倍。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET應用選型型ARM處理器選選型的幾幾個關鍵鍵因素：：是否需要要支持操操作系統(tǒng)統(tǒng)——內核版本本ARM9以后多帶帶有MMU單元，以以實現(xiàn)對對操作系系統(tǒng)的支支持。處理能力力要求——系統(tǒng)時鐘鐘在很大大程度上上決定了了微處理理器的處處理能力力。常見的ARM7芯片系統(tǒng)統(tǒng)主時鐘鐘頻率為為20～133MHz常見的ARM9芯片的系系統(tǒng)主時時鐘頻率率為100～233MHzEvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET應用選型型（續(xù)））芯片內存存儲器容容量的要要求——絕對大多多數(shù)ARM處理器都都在片內內集成有有存儲單單元，但但容量各各有區(qū)別別。片內擴展展模塊的的選擇——幾乎所有有的ARM芯片均需需要根據(jù)據(jù)各自不不同的應應用領域域，擴展展相關功功能模塊塊，并集集成在芯芯片內部部，稱之之為片內內擴展模模塊。多芯核結結構的選選擇——某些供應應商提供供的ARM芯片內置置多個處處理器內內核。。如ARM++DSP、ARM++FPGA、ARM++ARM等處理器封封裝的選選擇——ARM芯片現(xiàn)在在主要的的封裝有有QFP、TQFP、PQFP、LQFP、BGA、LBGA等形式。。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET1.2ARM微處理器器體系結結構EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET1.2..1ARM處處理器狀狀態(tài)處理器狀狀態(tài)ARM7TDMI處理器內內核包含含2套指令系系統(tǒng)，分分別為ARM指令集和和Thumb指令，并并且各自自對應1種處理器器的狀態(tài)態(tài)：ARM狀態(tài)：32位，處理理器執(zhí)行行字方式式的ARM指令，處處理器默默認為此此狀態(tài)；；Thumb狀態(tài)：16位，處理理器執(zhí)行行半字方方式的Thumb指令。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET2.4ARM處理理器狀態(tài)態(tài)狀態(tài)切換換的一個個例子使用BX指令將ARM內核的操操作狀態(tài)態(tài)在ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài)之間間進行切切換。ARM指令集Thumb指令集指令集關關系EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET1.2..2ARM處理器的的運行模模式ARM體系結構構支持7種處理器器模式，，分別為為：用戶模式式、快中中斷模式式、中斷斷模式、、管理模模式、中中止模式式、未定定義模式式和系統(tǒng)統(tǒng)模式。。這樣的好好處是可可以更好好的支持持操作系系統(tǒng)并提提高工作作效率。。ARM7TDMI完全支持持這七種種模式。。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARM微處理器器的工作作模式◆?usr：ARM處理器正正常的程程序執(zhí)行行狀態(tài)?fiq：用于高高速數(shù)據(jù)據(jù)傳輸或或通道處處理?irq：用于通通用的中中斷處理理?svc：操作系系統(tǒng)使用用的保護護模式?abt：用于虛虛擬存儲儲及存儲儲保護?sys：運行具具有特權權的操作作系統(tǒng)任任務?und：當出現(xiàn)現(xiàn)未定義義指令終終止時進進入該模模式EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET1.2..3ARM體系結構構的存儲儲器格式式ARM微處理器器的存儲儲器格式式◆?ARM體系結構構所支持持的最大大尋址空空間為4GB（232字節(jié)）?ARM體系結構構將存儲儲器看作作是從零零地址開開始的字字節(jié)的線線性組合合。從零零字節(jié)到到三字節(jié)節(jié)放置第第一個存存儲的字字數(shù)據(jù)，，從第四四個字節(jié)節(jié)到第七七個字節(jié)節(jié)放置第第二個存存儲的字字數(shù)據(jù)，，依次排排列。?ARM體系結構構可以用用兩種方方法存儲儲字數(shù)據(jù)據(jù)，稱之之為大端端格式和和小端格格式EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARM微處理器器的存儲儲器格式式ARM微處理器器的存儲儲器格式式—大端格式式◆?在這種格格式中，，字數(shù)據(jù)據(jù)的高字字節(jié)存儲儲在低地地址中，，而字數(shù)數(shù)據(jù)的低低字節(jié)則則存放在在高地址址中EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARM微處理器器的存儲儲器格式式ARM微處理器器的存儲儲器格式式—小端格式式◆?與大端存存儲格式式相反，，在小端端存儲格格式中，，低地址址中存放放的是字字數(shù)據(jù)的的低字節(jié)節(jié)，高地地址存放放的是字字數(shù)據(jù)的的高字節(jié)節(jié)EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET1.2..4ARM的寄存器器組織在ARM處理器內部共有有37個用戶可可訪問的的寄存器器，分別別為31個通用32位寄存器器和6個狀態(tài)寄寄存器。。ARM處理器共共有7種不同的的處理器器模式，，每種模模式都有有一組相相應的寄寄存器組組，最多多可以18個活動的的寄存器器。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARM狀態(tài)各模模式下的的寄存器器寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_scvR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR13_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR－SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq所有的37個寄存器器，分成成兩大類類：31個通用32位寄存器器；6個狀態(tài)寄寄存器。。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET1.2..4ARM的寄存器器組織在Thumb狀態(tài)各模模式下實實際訪問問的寄存存器Thumb狀態(tài)寄存存器集是是ARM狀態(tài)集的的子集，，程序員員可以直直接訪問問的寄存存器為：：8個通用寄寄存器R0～R7；程序計數(shù)數(shù)器（PC）；堆棧指針針（SP）；鏈接寄存存器（LR）；當前程序序狀態(tài)寄寄存器（（CPSR）。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARM狀態(tài)Thumb寄存器在在ARM狀態(tài)寄存存器上的的映射R0R1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12堆棧指針(R13)連接寄存器(R14)程序計數(shù)器(R15)CPSRSPSRR0R1R2R3R4R5R6R7堆棧指針(SP)連接寄存器(LR)程序計數(shù)器(PC)CPSRThumb狀態(tài)

Thumb狀態(tài)R0～R7與ARM狀態(tài)R0～R7相同；1

Thumb狀態(tài)CPSR(無SPSR)與ARM狀態(tài)CPSR相同。5

Thumb狀態(tài)SP映射到ARM狀態(tài)R13；2

Thumb狀態(tài)LR映射到ARM狀態(tài)R14；3

Thumb狀態(tài)PC映射到ARM狀態(tài)R15(PC)；4低端寄存器高端寄存器在Thumb狀態(tài)中，，高端寄寄存器的的訪問是是受到限限制的，，只有MOV、CMP和ADD指令可以以對其訪訪問，可可以用于于數(shù)據(jù)的的快速暫暫存。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET1.2..5異異常處處理異常簡介介只要正常常的程序序流被暫暫時中止止，處理理器就進進入異常常模式。。例如在用用戶模式式下執(zhí)行行程序時時，當外外設向處處理器內內核發(fā)出出中斷請請求導致致內核從從用戶模模式切換換到異常常中斷模模式。如果同時時發(fā)生兩兩個或更更多異常常，那么么將按照照固定的的順序來來處理異異常。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET異常入口口/出口匯總總下表所示示為異常常返回地地址值以以及退出出異常處處理程序序所推薦薦使用的的指令。。異?；蛉肟诜祷刂噶罘祷氐刂稴WIMOVSPC,R14_svcR14未定義的指令MOVSPC,R14_undR14預取中止SUBSPC,R14_abt,#4R14－4快速中斷SUBSPC,R14_fiq,#4R14－4中斷SUBSPC,R14_irq,#4R14－4數(shù)據(jù)中止SUBSPC,R14_abt,#8R14－8復位無－EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET1.2..5ARM體體系的異異常異常向量量表地址異常進入時的模式進入時I的狀態(tài)進入時F的狀態(tài)0x00000000復位管理禁止禁止0x00000004未定義指令未定義IF0x00000008軟件中斷異常管理禁止F0x0000000C中止（預?。┲兄笽F0x00000010中止（數(shù)據(jù)）中止IF0x00000014保留保留－－0x00000018IRQ中斷禁止F0x0000001CFIQ快速中斷禁止禁止注：表中的I和F表示不對對該位有有影響，，保留原原來的值值。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET1.2..5ARM體體系的異異常異常優(yōu)先先級當多個異異常同時時發(fā)生時時，一個個固定的的優(yōu)先級級決定系系統(tǒng)處理理它們的的順序。。優(yōu)先級異常1復位2數(shù)據(jù)中止3FIQ4IRQ5預取指中止6未定義指令中止6軟件中斷異常優(yōu)先級由高到低EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETS3C2440處理器介介紹EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET三星ARM處理理器介紹紹S3C44B0：ARM7TDMI、66MHz、集成LCD控制器（（支持STN，但不支支持TFT）、無網(wǎng)網(wǎng)絡接口口；適用用產品：：POS、PDA、E-BOOK、GPS、智能電電話、電電子書包包、機頂頂盒，手手持游戲戲機等等等。160LQFP，160FBGA。支持LINUX、PSOS、uC/OSII等。S3C2410：ARM920T、200MHz、支持TFT、USBHOST、USBDEVICE、SDCard以及MMC接口、觸觸摸屏屏接口，，NANDFLASH直接引導導。無網(wǎng)網(wǎng)絡接口口。適用用產品：：POS、PDA、E-BOOK、GPS、智能電電話、電電子書包包、機頂頂盒，手手持游戲戲機、電電子相冊冊、多媒媒體產品品、視頻頻監(jiān)控、、智能控控制儀表表等等。。272BGA。支持WINCE、LINUX、VxWorks等。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET三星ARM處理理器介紹紹S3C2440：ARM920T、400~~533MHz、支持TFT、USBHOST、DEVICE、SDCard以及MMC接口、觸觸摸屏屏接口、、AC’97CODEC、8通道10bitADC、照相機機接口、、289--FBGA，S3C2440CPU支持包括括微軟WindowsCE、PalmOS、Symbian和Linux等操作系系統(tǒng)

EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETS3C2440功能特特點S3C2440是三星公公司開發(fā)發(fā)的一款款基于ARM920T內核和0.18umCMOS工藝的16/32位RISC微處理器器，適用用于低成成本、低功功耗、高高性能的的手持設設備或其其它電子子產品。。S3C2440中集成了了以下一一些通用用的系統(tǒng)統(tǒng)外設和和接口：：1.8V內核電壓壓，3.3V存儲電壓壓，3.3VI//O電壓。包括16KB的I-Cache（指令高高速緩存存）、16KB的D-Cache（數(shù)據(jù)高高速緩存存）和MMU（存儲管管理單元元）外部的存存儲控制制器（SDRAM控制器和和片選邏邏輯）LCD控制器（（最高支支持4K色的STN和16M色的TFT），包括括一個LCDDMA4個帶外部部請求管管腳的DMA3個UART、2個SPIEvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETS3C2440功能特特點1個IIC--BUS控制器、、1個IIS--BUS控制器SD主機接口口，兼容容Multi-MediaCardProtocolV2.112端口USB主設備接接口、1端口USB從設備接接口（V1.1）4個PWM時鐘和1個內部時時鐘看門狗時時鐘117個GPIO、24個外部中中斷源功率控制制：Normal,,Slow,,Idle,,Power-off四種模式式8路10-bitADC和觸摸屏屏接口帶ALARM功能的RTC帶PLL的片上時時鐘發(fā)生生器NANDFlash控制器,支持從NANDflash啟動EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETS3C2440X內核結構構EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETS3C2440X內核結構EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETS3C2440的封裝裝（289FBGA))EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETS3C6410處理器介介紹EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARM11系列微處處理器是是ARM公司近年年推出的的新一代代RISC處理器，，它是ARM新指令架架構——ARMv6的第一代代設計實實現(xiàn)。該系列主主要有ARM1136J，ARM1156T2和ARM1176JZ三個內核核型號，，分別針針對不同同應用領領域。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARMv6架構是根根據(jù)下一一代的消消費類電電子、無無線設備備、網(wǎng)絡絡應用和和汽車電電子產品品等需求求而制定定的。ARM11的媒體處處理能力力和低功功耗特點點，特別別適用于于無線和和消費類類電子產產品；其高數(shù)據(jù)據(jù)吞吐量量和高性性能的結結合非常常適合網(wǎng)網(wǎng)絡處理理應用；；另外，，在實時時性能和和浮點處處理等方方面ARM11可以滿足足汽車電電子應用用的需求求。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETS3C6410簡介S3C6410是一款低低功率、、高性價價比、高高性能的的用于移移動電話話和通用用處理RSIC處理器。。為2.5G和3G通信服務務提供了了優(yōu)化的的硬件性性能，采采用64/32bit的內部總總線架構構，融合合了AXI、AHB、APB總線。還有很多多強大的的硬件加加速器，，包括運運動視頻頻處理、、音頻處處理、2D加速、顯顯示處理理和縮放放。一個個集成的的MFC((Multi--FormatvideoCodec)支持MPEG4/H.263/H.264編解碼和和VC1的解碼，，這個硬硬件編解解碼器支支持實時時的視頻頻會議以以及NTSC和PAL制式的TV輸出。此外還內內置一個個采用最最先進技技術的3D加速器，，支持OpenGLES1.1//2..0和D3DMAPI能實現(xiàn)4Mtriangles//s的3D加速。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETS3C6410簡介S3C6410包括優(yōu)化化的外部部存儲器器接口，，該接口口能滿足足在高端端通信服服務中的的數(shù)據(jù)帶帶寬要求求。接口口分為兩兩路，DRAM和Flash/ROM//DRAM端口。DRAM端口可以以通過配配置來支支持MobileDDR、DDR、MobileSDRAM、SDRAM。Flash/ROM//DRAM端口支持持NOR--Flash，NAND-Flash，OneNAND，CF，ROM等類型的的外部存存儲器和和任意的的MobileDDR、DDR、Mobi