ARM體系架構(gòu)課件

第3章ARM體系架構(gòu)教師：趙艷紅E-mail:zhao.yanhong@163.com第3章ARM體系架構(gòu)教師：趙艷紅重點(diǎn)內(nèi)容：

ARM微處理器簡(jiǎn)介

ARM微處理器系列

ARM編程模型嵌入式系統(tǒng)的軟硬件框架

Edukit-III實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)重點(diǎn)內(nèi)容：一、ARM微處理器簡(jiǎn)介ARM微處理器的發(fā)展

ARM可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)一類(lèi)微處理器的通稱(chēng)，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字，全名是AdvancedRISCMachine。該公司1990年11月成立于英國(guó)劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)，是蘋(píng)果電腦，Acorn電腦集團(tuán)和VLSITechnology的合資企業(yè)。Acorn曾推出世界上首個(gè)商用單芯片RISC處理器，而蘋(píng)果電腦當(dāng)時(shí)希望將RISC技術(shù)應(yīng)用于自身系統(tǒng)，ARM微處理器新標(biāo)準(zhǔn)因此應(yīng)運(yùn)而生。一、ARM微處理器簡(jiǎn)介ARM微處理器的發(fā)展ARM微處理器的發(fā)展80年代末90年代初，半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈剛剛出現(xiàn)分工，臺(tái)積電，聯(lián)電等半導(dǎo)體代工廠正悄悄崛起，美國(guó)硅谷中的一些Fabless公司也如雨后春筍一樣涌現(xiàn)出來(lái)，所謂的Fabless公司自己設(shè)計(jì)芯片，但是生產(chǎn)過(guò)程則包給臺(tái)積電等代工廠生產(chǎn)。ARM更是為天下先，12年前首創(chuàng)了Chipless的生產(chǎn)模式，即該公司既不生產(chǎn)芯片，也不設(shè)計(jì)芯片，而是設(shè)計(jì)出高效的IP內(nèi)核，授權(quán)給半導(dǎo)體公司使用，半導(dǎo)體公司在ARM技術(shù)的基礎(chǔ)上添加自己的設(shè)計(jì)并推出芯片產(chǎn)品，最后由OEM客戶(hù)采用這些芯片來(lái)構(gòu)建基于ARM技術(shù)的系統(tǒng)產(chǎn)品。ARM微處理器的發(fā)展80年代末90年代初，半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈剛ARM微處理器的發(fā)展

ARM的核心業(yè)務(wù)是銷(xiāo)售芯片核心技術(shù)IP，目前全球有103家巨型IT公司在采用ARM技術(shù)。20家最大的半導(dǎo)體廠商中有19家是ARM的用戶(hù)，包括德州儀器，意法半導(dǎo)體，Philips,Intel等。唯一沒(méi)有購(gòu)買(mǎi)ARM授權(quán)的是Intel的老對(duì)頭AMD，因?yàn)镮ntel便攜式處理器采用的是StrongARM，而AMD則收購(gòu)了Alchemy公司與之抗衡，采用的是MIPS結(jié)構(gòu)。ARM微處理器的發(fā)展ARM的核心業(yè)務(wù)是銷(xiāo)售芯片核心技術(shù)IPARM微處理器結(jié)構(gòu)－RISCCISC（ComplexInstructionSetComputer，復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)）結(jié)構(gòu)RISC（ReducedInstructionSetComputer，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）的概念，RISC體系結(jié)構(gòu)應(yīng)具有如下特點(diǎn)：采用固定長(zhǎng)度的指令格式，指令整齊、簡(jiǎn)單、基本尋址方式有2-3種；使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行；大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對(duì)寄存器進(jìn)行操作，只有加載/存儲(chǔ)指令可以訪問(wèn)存儲(chǔ)器，以提高指令的執(zhí)行效率。ARM微處理器結(jié)構(gòu)－RISCCISC（ComplexInsARM微處理器的指令結(jié)構(gòu)

ARM微處理器支持兩種指令集：ARM指令集：ARM指令為32位的長(zhǎng)度Thumb指令集：Thumb指令為16位長(zhǎng)度

Thumb指令集為ARM指令集的功能子集，但與等價(jià)的ARM代碼相比較，可節(jié)省30％～40％以上的存儲(chǔ)空間，同時(shí)具備32位代碼的所有優(yōu)點(diǎn)。ARM微處理器的指令結(jié)構(gòu)ARM微處理器支持兩種指令集：ARM微處理器的特點(diǎn)

ARM微處理器采用RISC架構(gòu)，具有下列一些顯著特點(diǎn)：體積小、功耗低、成本低、高性能。支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集。具有大量的寄存器，因而指令執(zhí)行速度快。絕大多數(shù)操作都在寄存器中進(jìn)行，通過(guò)Load/Store的體系架構(gòu)在內(nèi)存和寄存器之間傳遞數(shù)據(jù)。尋址方式簡(jiǎn)單。采用固定長(zhǎng)度的指令格式。ARM微處理器的特點(diǎn)ARM微處理器采用RISC架構(gòu)，具有ARM微處理器的特點(diǎn)除此之外，ARM體系還采用一些特別的技術(shù)用來(lái)保證芯片高性能的同時(shí)，盡可能減小芯片體積，降低芯片功耗。這些技術(shù)包括：在同一條數(shù)據(jù)處理指令中包含算術(shù)邏輯處理單元處理和移位處理。使用地址自動(dòng)增加（減少）來(lái)優(yōu)化程序中循環(huán)處理。Load/Store指令可以批量傳輸數(shù)據(jù)，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。所有指令都可以進(jìn)行分支預(yù)測(cè)功能，即根據(jù)前面指令執(zhí)行結(jié)果，決定是否執(zhí)行，以提高指令的執(zhí)行效率。ARM微處理器的特點(diǎn)除此之外，ARM體系還采用一些特別的技術(shù)ARM微處理器的特點(diǎn)及應(yīng)用

ARM微處理器及技術(shù)已經(jīng)深入到各個(gè)領(lǐng)域，取得很大的成功，到目前為止，ARM微處理器及技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)深入到各個(gè)領(lǐng)域。無(wú)線通訊領(lǐng)域：無(wú)線通信領(lǐng)域是ARM微處理器應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域之一，目前全球超過(guò)85％的無(wú)線通訊設(shè)備都采用ARM技術(shù)。比如手機(jī)、PDA等設(shè)備中都有ARM技術(shù)的應(yīng)用。藍(lán)牙技術(shù)：ARM已經(jīng)為藍(lán)牙技術(shù)的推廣應(yīng)用做好了準(zhǔn)備，像愛(ài)立信、英特爾、朗訊、阿爾卡特等20多家公司的元器件產(chǎn)品都采用了ARM技術(shù)。ARM微處理器的特點(diǎn)及應(yīng)用ARM微處理器及技術(shù)已經(jīng)深入到ARM微處理器的特點(diǎn)及應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域：隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用ARM技術(shù)的ADSL芯片組正逐漸取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域：ARM技術(shù)在數(shù)字音頻領(lǐng)域、數(shù)字機(jī)頂盒和游戲機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。另外，采用ARM技術(shù)的存儲(chǔ)產(chǎn)品包括硬盤(pán)系列、微型閃存和可讀寫(xiě)光盤(pán)等，已經(jīng)投入生產(chǎn)。信息家電領(lǐng)域：現(xiàn)在很多數(shù)碼相機(jī)、打印機(jī)都使用了ARM技術(shù)，另外，汽車(chē)上包括駕駛、安全和車(chē)載娛樂(lè)等各種功能都可以使用ARM微處理器來(lái)完成。ARM微處理器的特點(diǎn)及應(yīng)用二、ARM微處理器系列下面所列的是ARM微處理器的幾個(gè)系列，以及其他廠商基于ARM體系結(jié)構(gòu)的處理器，這些處理器除了具有ARM體系結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)以外，每一個(gè)系列的ARM微處理器都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。ARM7系列ARM9系列ARM9E系列ARM10E系列ARM11系列SecurCore系列Inter的XscaleInter的StrongARM二、ARM微處理器系列下面所列的是ARM微處理器的幾個(gè)系列二、ARM微處理器系列ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10和ARM11為4個(gè)通用處理器系列，每一個(gè)系列提供一套相對(duì)獨(dú)特的性能來(lái)滿(mǎn)足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。如SecurCore系列專(zhuān)門(mén)為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。二、ARM微處理器系列ARM7、ARM9、ARM9E、AARM7系列ARM7系列微處理器為低功耗的32位RISC處理器，最適合用于對(duì)價(jià)位和功耗要求較高的消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用。ARM7微處理器系列具有如下特點(diǎn)：具有嵌入式ICE－RT邏輯，調(diào)試開(kāi)發(fā)方便；極低的功耗，適合對(duì)功耗要求較高的應(yīng)用，如便攜式產(chǎn)品；能夠提供0.9MIPS/MHz的三級(jí)流水線結(jié)構(gòu)；代碼密度高并兼容16位的Thumb指令集；對(duì)操作系統(tǒng)的支持廣泛，包括WindowsCE、Linux、PalmOS等；指令系統(tǒng)與ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用戶(hù)的產(chǎn)品升級(jí)換代；主頻最高可達(dá)130MIPS，高速的運(yùn)算處理能力能勝任絕大多數(shù)的復(fù)雜應(yīng)用。ARM7系列ARM7系列微處理器為低功耗的32位RISC處理ARM7系列ARM7系列微處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋汗I(yè)控制、Internet設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備、移動(dòng)電話(huà)等多種多媒體和嵌入式應(yīng)用。ARM7系列微處理器包括如下幾種類(lèi)型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI是目前使用最廣泛的32位嵌入式RISC處理器，屬低端ARM處理器核。TDMI的基本含義為：T：支持16位壓縮指令集Thumb；D：支持片上Debug；M：內(nèi)嵌硬件乘法器（Multiplier）；I：嵌入式ICE，支持片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)。ARM7系列ARM7系列微處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋汗I(yè)控制、ARM9系列

ARM9系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特點(diǎn)：5級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高；提供1.1MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)；支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集；支持32位的高速AMBA總線接口；全性能的MMU，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)；MPU支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；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。ARM9系列ARM9系列微處理器在高性能和低功耗特性方面ARM9系列ARM9系列微處理器主要應(yīng)用于無(wú)線設(shè)備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機(jī)頂盒、高端打印機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等。ARM9系列微處理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三種類(lèi)型，以適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。ARM9系列ARM9系列微處理器主要應(yīng)用于無(wú)線設(shè)備、儀器儀表ARM9E系列ARM9E系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，極大地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(qiáng)的DSP處理能力，很適合于那些需要同時(shí)使用DSP和微控制器的應(yīng)用場(chǎng)合。ARM9系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無(wú)線設(shè)備、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、存儲(chǔ)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(lèi)型，以適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。ARM9E系列ARM9E系列微處理器為可綜合處理器，使用單一ARM9E系列ARM9E系列微處理器的主要特點(diǎn)如下：支持DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場(chǎng)合；5級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高；支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集；支持32位的高速AMBA總線接口；支持VFP9浮點(diǎn)處理協(xié)處理器；全性能的MMU，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)；MPU支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；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；主頻最高可達(dá)300MIPS。ARM9E系列ARM9E系列微處理器的主要特點(diǎn)如下：ARM10E系列ARM10E系列微處理器具有高性能、低功耗的特點(diǎn)，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(shí)鐘頻率下，性能提高了近50%，同時(shí)，ARM10E系列微處理器采用了兩種先進(jìn)的節(jié)能方式，使其功耗極低。ARM10E系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無(wú)線設(shè)備、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、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(lèi)型，以適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。

ARM10E系列ARM10E系列微處理器具有高性能、低功耗的ARM10E系列

ARM10E系列微處理器的主要特點(diǎn)如下：支持DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場(chǎng)合；6級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高；支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集；支持32位的高速AMBA總線接口；支持VFP10浮點(diǎn)處理協(xié)處理器；全性能的MMU，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)；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；主頻最高可達(dá)400MIPS；內(nèi)嵌并行讀寫(xiě)操作部件。ARM10E系列ARM10E系列微處理器的主要特點(diǎn)如下：ARM11系列

ARM11系列微處理器內(nèi)核采用ARMV6T結(jié)構(gòu)，時(shí)鐘頻率533MHz，功耗為200mW,采用八級(jí)流水線，支持矢量化中斷，中斷速度提高3倍。主要特點(diǎn)如下：帶可配置指令和數(shù)據(jù)高速閃存的存儲(chǔ)系統(tǒng)，外加帶專(zhuān)用DMA的高速本地存儲(chǔ)器，以加強(qiáng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力；采用八級(jí)整數(shù)流水線結(jié)構(gòu)，帶兩個(gè)周期的高速閃存訪問(wèn)，可實(shí)現(xiàn)高頻工作；四個(gè)高速64位系統(tǒng)片上連接，為數(shù)據(jù)和指令提供足夠的帶寬；存儲(chǔ)器管理單元支持Windows、OS、WindRiver和Linux操作系統(tǒng)；得到ARMRealView開(kāi)發(fā)解決方案支持。ARM11系列ARM11系列微處理器內(nèi)核采用ARMVARM11系列ARMRealView開(kāi)發(fā)解決方案由RealView編輯工具、RealView調(diào)試工具、RealViewICE和RealViewTrace組成。ARM11系列主要用于消費(fèi)電子、無(wú)線和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域，如STB、數(shù)碼相機(jī)、3G移動(dòng)電話(huà)、VoIP基礎(chǔ)設(shè)備、寬帶調(diào)制解調(diào)器、WLAN介入設(shè)備和安全設(shè)備等。ARM11系列處理器包含ARM1136J-S和ARM1136JF-S兩種類(lèi)型，以適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。ARM11系列ARMRealView開(kāi)發(fā)解決方案由RealARMCore系列SecurCore系列微處理器專(zhuān)為安全需要而設(shè)計(jì)，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(diǎn)外，還具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，即提供了對(duì)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(diǎn)外，還在系統(tǒng)安全方面具有如下的特點(diǎn)：帶有靈活的保護(hù)單元，以確保操作系統(tǒng)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的安全；采用軟內(nèi)核技術(shù)，防止外部對(duì)其進(jìn)行掃描探測(cè)；可集成用戶(hù)自己的安全特性和其他協(xié)處理器。ARMCore系列SecurCore系列微處理器專(zhuān)為安全需要ARMCore系列SecurCore系列微處理器主要用于一些對(duì)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SecurCoreSC100、SecurCoreSC110、SecurCoreSC200和SecurCoreSC210四種類(lèi)型，以適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。ARMCore系列SecurCore系列微處理器主要用于一些StrongARM系列InterStrongARMSA-1100處理器是采用ARM體系結(jié)構(gòu)高度集成的32位RISC微處理器。它融合了Inter公司的設(shè)計(jì)和處理技術(shù)，以及ARM體系結(jié)構(gòu)的電源效率，采用在軟件上兼容ARMv4體系結(jié)構(gòu)、同時(shí)采用具有Intel技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)。IntelStrongARM處理器是便攜式通信產(chǎn)品和消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品的理想選擇，已成功應(yīng)用于多家公司的掌上電腦系列產(chǎn)品。StrongARM系列InterStrongARMSA-Xscale系列Xscale處理器是基于ARMv5TE體系結(jié)構(gòu)的解決方案，是一款性能全、性?xún)r(jià)比高、功耗低的處理器。它支持16位的Thumb指令和DSP指令集，已使用在數(shù)字移動(dòng)電話(huà)、個(gè)人數(shù)字助理和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品等場(chǎng)合。Xscale處理器是Intel目前主要推廣的一款A(yù)RM微處理器。Xscale系列Xscale處理器是基于ARMv5TE體系三、ARM編程模型

所謂編程模型，指的是開(kāi)發(fā)人員在軟件編程時(shí)對(duì)象的特點(diǎn)。

ARM編程模型，也就是ARM的體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。三、ARM編程模型所謂編程模型，指的是開(kāi)發(fā)人員在軟件編程CPU內(nèi)核架構(gòu)CPU內(nèi)核架構(gòu)ARM硬件架構(gòu)ARM芯片的內(nèi)核一般包括以下幾個(gè)單元：

ARM9TDMI32RISC處理器、數(shù)據(jù)緩存器（DataCache）、指令緩存（InstructionCache）、指令存儲(chǔ)管理單元（InstructionMMU）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理單元（DataMMU）、寫(xiě)緩沖（WriteBuffer）回寫(xiě)存儲(chǔ)單元（WriteBackPATAGRAM）。這些部件單元通過(guò)AMBA總線（AMBABus）相互傳輸數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)指令和數(shù)據(jù)的并行處理。ARM硬件架構(gòu)ARM芯片的內(nèi)核一般包括以下幾個(gè)單元：ARM硬件架構(gòu)除此之外，還包括四個(gè)與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口：總線接口（AMBABusInterface）、擴(kuò)展協(xié)處理器接口（ExternalCoprocessorInterface）、跟蹤接口（TraceInterface）JTAG

它們可以連接DMA控制器、UART、USB、中斷控制器和電源管理器等。核心通過(guò)與外圍部件共同工作完成整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的正常數(shù)據(jù)處理任務(wù)。ARM硬件架構(gòu)除此之外，還包括四個(gè)與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口：ARM微處理器模式ARM微處理器的運(yùn)行模式有7種，分別為：用戶(hù)模式（User，usr）：正常程序執(zhí)行時(shí)，ARM處理器所處的狀態(tài)?？焖僦袛嗄Ｊ剑‵IQ,fiq）：用于快速數(shù)據(jù)傳輸和通道處理。外部中斷模式（IRQ,irq）：用于通常的中斷處理。特權(quán)模式（Supervisor，sve）：供操作系統(tǒng)使用的一種保護(hù)模式。數(shù)據(jù)訪問(wèn)中止模式（Abort,abt）：當(dāng)數(shù)據(jù)或指令預(yù)取終止時(shí)進(jìn)入該模式，用于虛擬存儲(chǔ)及存儲(chǔ)保護(hù)。未定義指令終止模式（Undefined，und）：用于支持硬件協(xié)處理器軟件仿真。系統(tǒng)模式（System，sys）：用于運(yùn)行特權(quán)級(jí)的操作系統(tǒng)任務(wù)。ARM微處理器模式ARM微處理器的運(yùn)行模式有7種，分別為：ARM微處理器模式

通常情況下，應(yīng)用程序運(yùn)行在用戶(hù)模式下，這時(shí)應(yīng)用程序不能訪問(wèn)一些受操作系統(tǒng)保護(hù)的系統(tǒng)資源，同時(shí)應(yīng)用程序也不能直接進(jìn)行處理器模式的切換。ARM微處理器模式通常情況下，應(yīng)用程序運(yùn)行在用戶(hù)模式下ARM寄存器ARM處理器共有37個(gè)寄存器:

31個(gè)為通用寄存器，6個(gè)狀態(tài)寄存器，這些寄存器都是32位。ARM處理器運(yùn)行在每一種模式下時(shí)，都會(huì)使用屬于自己的一組寄存器組。通常包括：15個(gè)通用寄存器（R0-R14）、一個(gè)或兩個(gè)狀態(tài)寄存器及程序計(jì)數(shù)器（PC）。每一種模式下的寄存器組是部分重疊的。ARM寄存器ARM處理器共有37個(gè)寄存器:ARM寄存器ARM寄存器通用寄存器通用寄存器中：

R0~R7是所有處理器模式共用的一組寄存器，也就是說(shuō)，在從一種模式切換到另一種模式時(shí)，必須保存它們的值。

R8~R14為備份寄存器，其中對(duì)于R8~R12來(lái)說(shuō)，每一個(gè)寄存器對(duì)應(yīng)兩個(gè)不同的物理寄存器，R13和R14對(duì)應(yīng)6個(gè)不同的物理寄存器。R13通常用做堆棧指針，采用下面的記號(hào)來(lái)區(qū)分各個(gè)物理寄存器：R13_<MODE><MODE>取下列幾個(gè)值：usr、svc、abt、und、irq及fiq。通用寄存器通用寄存器中：通用寄存器R14寄存器有兩種特殊的作用：用戶(hù)模式下，R14用做鏈接寄存器（LR），存放子程序被調(diào)用時(shí)的返回地址。異常處理模式下，R14用來(lái)保存異常的返回地址。R15為程序計(jì)數(shù)器，又被記做PC。PC的值為當(dāng)前指令地址的值加8個(gè)字節(jié)，也就是說(shuō)，PC指向當(dāng)前指令的下兩條指令的地址。通用寄存器R14寄存器有兩種特殊的作用：程序狀態(tài)寄存器在ARM處理器中，程序狀態(tài)寄存器用來(lái)保存程序執(zhí)行時(shí)的各種狀態(tài)值，包括條件標(biāo)志位、中斷禁止位、當(dāng)前處理器模式標(biāo)志和其它一些位。程序狀態(tài)寄存器分為CPSR（程序狀態(tài)寄存器

）和SPSR（備份程序狀態(tài)寄存器）兩種類(lèi)型。在任何一種處理器模式下，都會(huì)有一個(gè)共用的CPSR；另外異常模式下還會(huì)有一個(gè)專(zhuān)用的SPSR。當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，這個(gè)寄存器用于存放當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，當(dāng)退出異常處理時(shí)，再把SPSR中的值恢復(fù)到CPSR中。程序狀態(tài)寄存器在ARM處理器中，程序狀態(tài)寄存器用來(lái)保存程序執(zhí)四、嵌入式系統(tǒng)的軟硬件框架四、嵌入式系統(tǒng)的軟硬件框架五、Edukit-III實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)5.1ARM嵌入式開(kāi)發(fā)模式目標(biāo)機(jī)/宿主機(jī)（或稱(chēng)下位機(jī)/上位機(jī)）開(kāi)發(fā)模式宿主機(jī)需要運(yùn)行一些軟件進(jìn)行程序編輯、編譯和調(diào)試等功能，這些軟件通常稱(chēng)為集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）。五、Edukit-III實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)5.1ARM嵌入式開(kāi)發(fā)五、Edukit-III實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)五、Edukit-III實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)5.2Edukit-III實(shí)驗(yàn)教學(xué)模型RealViewMDK集成開(kāi)發(fā)環(huán)境PC機(jī)Ulink2仿真器Edukit實(shí)驗(yàn)教學(xué)箱5.2Edukit-III實(shí)驗(yàn)教學(xué)模型RealViewM5.3EmbestEduKit-III實(shí)驗(yàn)箱EmbestEduKit-III

開(kāi)發(fā)板是實(shí)驗(yàn)箱的主要硬件平臺(tái)，它是英蓓特公司開(kāi)發(fā)的一款全功能ARM開(kāi)發(fā)板，基于Samsung公司的S3C2410處理器，資源豐富。開(kāi)發(fā)板硬件系統(tǒng)包含了嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用所需的大部分設(shè)備，如串口、以太網(wǎng)口、USB口、音頻輸出、LCD及TSP觸摸屏、5*4的小鍵盤(pán)、固態(tài)硬盤(pán)、大容量的Flash和SDRAM等等。用戶(hù)不僅可以在該硬件平臺(tái)上完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供的實(shí)驗(yàn)例子，還可以參考該平臺(tái)設(shè)計(jì)自己的目標(biāo)系統(tǒng)。5.3EmbestEduKit-III實(shí)驗(yàn)箱Embes5.3EmbestEduKit-III實(shí)驗(yàn)箱

實(shí)驗(yàn)箱提供ARM開(kāi)發(fā)板、直通網(wǎng)線、USB線，串口線，并口線、JTAG線、ULINK、觸摸屏、自定義鍵盤(pán)。5.3EmbestEduKit-III實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)箱Edukit-III教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱的組成Edukit-III教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱的組成EmbestEduKit-III開(kāi)發(fā)板的基本構(gòu)成電源：外部5V電源供電2MBNorFlash8MBSDRAM4KbitIICBUS的串行EEPROM(AT24C04,在基板上)2個(gè)串口復(fù)位開(kāi)關(guān)兩個(gè)中斷按鈕，兩個(gè)LED外部IDE硬盤(pán)接口

LCD及TSP觸摸屏接口20針JTAG接口USB連接器4×4鍵盤(pán)接口4個(gè)2×20PINCPU擴(kuò)展接口10M以太網(wǎng)接口8段數(shù)碼管MICROPHONE輸入口IIS音頻信號(hào)輸出口，可接雙聲道SPEAKERNANDFlash16M×8bit(K9F2808，在基板上)320*240帶觸摸功能的顯示屏EmbestEduKit-III開(kāi)發(fā)板的基本構(gòu)成電源：外常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備（1）RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)器）RAM可以被讀和寫(xiě)，地址可以以任意次序被讀。

常見(jiàn)RAM的種類(lèi)有SRAM（StaticRAM，靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）、DRAM（DynamicRAM，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）、DDRAM（DoubleDataRateSDRAM，雙倍速率隨機(jī)存儲(chǔ)器）。

其中，SRAM比DRAM運(yùn)行速度快，SRAM比DRAM耗電多，DRAM需要周期性刷新。而DDRAM是RAM的下一代產(chǎn)品。常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備（1）RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)器）常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備（2）ROM（只讀存儲(chǔ)器）ROM在燒入數(shù)據(jù)后，無(wú)需外加電源來(lái)保存數(shù)據(jù)，斷電后數(shù)據(jù)不丟失，但速度較慢，適合存儲(chǔ)需長(zhǎng)期保留的不變數(shù)據(jù)。在嵌入式系統(tǒng)中，ROM用固定數(shù)據(jù)和程序。常見(jiàn)ROM有：MaskROM（掩模ROM）、PROM（ProgrammableROM，可編程ROM）、EPROM（ErasableProgrammableROM，可擦寫(xiě)ROM）、EEPROM（電可擦除可編程ROM，也可表示為E2PROM）、FlashROM（閃速存儲(chǔ)器）常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備（2）ROM（只讀存儲(chǔ)器）常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備（3）FlashMemoryFlashmemory（閃速存儲(chǔ)器）是嵌入式系統(tǒng)中重要的組成部分，用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，掉電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。

FlashMemory根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可以將其分成：

NORFlash：NORFlash把整個(gè)存儲(chǔ)區(qū)分成若干個(gè)扇區(qū)（Sector）。NANDFlash：NANDFlash把整個(gè)存儲(chǔ)區(qū)分成若干個(gè)塊（Block），可以對(duì)以塊或扇區(qū)為單位的內(nèi)存單元進(jìn)行擦寫(xiě)和再編程。常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備（3）FlashMemory常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備擦除NORFlash時(shí)是以64～128KB為單位的扇區(qū)進(jìn)行的，執(zhí)行一個(gè)寫(xiě)入／擦除操作的時(shí)間為5s，與此相反，擦除NANDFlash是以8～32KB的塊進(jìn)行的，執(zhí)行相同的操作最多只需要4ms。NORFlash的讀速度比NANDFlash稍快一些。NANDFlash的寫(xiě)入速度比NORFlash快很多。NANDFlash的隨機(jī)讀取能力差，適合大量數(shù)據(jù)的連續(xù)讀取。NORFlash容量通常在1MB～8MB之間。而NANDFlash用在8MB以上的產(chǎn)品當(dāng)中。NORFlash主要應(yīng)用在代碼存儲(chǔ)介質(zhì)中，NANDFlash適用于資料存儲(chǔ)。常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備擦除NORFlash時(shí)是以64～1FLASH選型常用的Flash為8位或16位的數(shù)據(jù)寬度，編程電壓為單3.3V。主要的生產(chǎn)廠商為INTEL、ATMEL、AMD、HYUNDAI等。英蓓特系統(tǒng)中NorFlash使用Am29LV160D(2MB，在CPU板上),用了一片;NANDFlash使用K9F2808(16MB，在基板上)，用了一片。FLASH選型常用的Flash為8位或16位的數(shù)據(jù)寬度，5.4Ulink2USB-JTAG仿真器

ULINK2USB-JTAG仿真器是ARM公司最新推出的配套MDK-ARM使用的仿真器，是ULink仿真器的升級(jí)版本。

JTAG仿真器也稱(chēng)為JTAG調(diào)試器。5.4Ulink2USB-JTAG仿真器ULINK5.4Ulink2USB-JTAG仿真器ULINK2新特點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)WindowsUSB驅(qū)動(dòng)支持ULINK2即插即用

支持基于ARMCortex-M3的串行調(diào)試

支持程序運(yùn)行期間的存儲(chǔ)器讀寫(xiě)、終端仿真和串行調(diào)試輸出

支持10-pin連接線(也支持20-pin連接線)ULINK2主要功能：USB通訊接口高速下載用戶(hù)代碼

存儲(chǔ)區(qū)域/寄存器查看

快速單步程序運(yùn)行

多種程序斷點(diǎn)

片內(nèi)Flash編程5.4Ulink2USB-JTAG仿真器ULINK2新5.4Ulink2USB-JTAG仿真器（1）JTAG(JointTestActionGroup，聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)小組)是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議，主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真、調(diào)試。目前大多數(shù)比較復(fù)雜的器件都支持JTAG協(xié)議，如ARM、DSP、FPGA器件等。（2）標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口是4線：TMS、TCK、TDI、TDO，分別為測(cè)試模式選擇、測(cè)試時(shí)鐘、測(cè)試數(shù)據(jù)輸入和測(cè)試數(shù)據(jù)輸出。（3）通過(guò)JTAG接口，可對(duì)芯片內(nèi)部的所有部件進(jìn)行訪問(wèn)，因而是開(kāi)發(fā)調(diào)試嵌入式系統(tǒng)的一種簡(jiǎn)潔高效的手段。目前JTAG接口的連接有兩種標(biāo)準(zhǔn)，即14針接口和20針接口。5.4Ulink2USB-JTAG仿真器（1）JTAG5.5RealViewMicrocontrollerDevelopmentKit（MDK-ARM）

MDK-ARM開(kāi)發(fā)工具源自德國(guó)Keil公司，被全球超過(guò)10萬(wàn)的嵌入式開(kāi)發(fā)工程師驗(yàn)證和使用，是ARM公司目前最新推出的針對(duì)各種嵌入式處理器的軟件開(kāi)發(fā)工具。MDK-ARM集成了業(yè)內(nèi)最領(lǐng)先的技術(shù)，包括μVision4集成開(kāi)發(fā)環(huán)境與RealView編譯器。支持ARM7、ARM9和最新的Cortex-M3/M1/M0內(nèi)核處理器，自動(dòng)配置啟動(dòng)代碼，集成Flash燒寫(xiě)模塊，強(qiáng)大的Simulation設(shè)備模擬，性能分析等功能。5.5RealViewMicrocontrollerDMDK運(yùn)行圖

MDK運(yùn)行圖MDK-ARM的突出特性菜鳥(niǎo)的阿拉伯飛毯—啟動(dòng)代碼生成向?qū)В詣?dòng)引導(dǎo)，一日千里。

高手的無(wú)劍勝有劍—軟件模擬器，完全脫離硬件的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程。

專(zhuān)家的哈雷望遠(yuǎn)鏡—性能分析器，看得更遠(yuǎn)、看得更細(xì)、看得更清。

未來(lái)戰(zhàn)士的激光劍—Cortex-M3/M1/M0支持。

業(yè)界最優(yōu)秀的編譯器—RealView編譯器，代碼更小，性能更高。

配備ULINKPro/ULINK2仿真器+Flash編程模塊，輕松實(shí)現(xiàn)Flash燒寫(xiě)。

更貼身的服務(wù)—專(zhuān)業(yè)的本地化的技術(shù)支持和服務(wù)。

MDK-ARM的突出特性菜鳥(niǎo)的阿拉伯飛毯—啟動(dòng)代碼生成向?qū)?，嵌入式軟件設(shè)計(jì)流程編輯創(chuàng)建工程添加文件、編寫(xiě)程序匯編語(yǔ)言加C語(yǔ)言編譯配置編譯、匯編和連接參數(shù)編寫(xiě)連接腳本文件編譯調(diào)試連接調(diào)試器下載程序運(yùn)行、調(diào)試固化通過(guò)仿真器燒寫(xiě)flash專(zhuān)用或通用的編程器通過(guò)bootloader燒寫(xiě)flash嵌入式軟件設(shè)計(jì)流程編輯調(diào)試ThankYou!ThankYou!第3章ARM體系架構(gòu)教師：趙艷紅E-mail:zhao.yanhong@163.com第3章ARM體系架構(gòu)教師：趙艷紅重點(diǎn)內(nèi)容：

ARM微處理器簡(jiǎn)介

ARM微處理器系列

ARM編程模型嵌入式系統(tǒng)的軟硬件框架

Edukit-III實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)重點(diǎn)內(nèi)容：一、ARM微處理器簡(jiǎn)介ARM微處理器的發(fā)展

ARM可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)一類(lèi)微處理器的通稱(chēng)，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字，全名是AdvancedRISCMachine。該公司1990年11月成立于英國(guó)劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)，是蘋(píng)果電腦，Acorn電腦集團(tuán)和VLSITechnology的合資企業(yè)。Acorn曾推出世界上首個(gè)商用單芯片RISC處理器，而蘋(píng)果電腦當(dāng)時(shí)希望將RISC技術(shù)應(yīng)用于自身系統(tǒng)，ARM微處理器新標(biāo)準(zhǔn)因此應(yīng)運(yùn)而生。一、ARM微處理器簡(jiǎn)介ARM微處理器的發(fā)展ARM微處理器的發(fā)展80年代末90年代初，半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈剛剛出現(xiàn)分工，臺(tái)積電，聯(lián)電等半導(dǎo)體代工廠正悄悄崛起，美國(guó)硅谷中的一些Fabless公司也如雨后春筍一樣涌現(xiàn)出來(lái)，所謂的Fabless公司自己設(shè)計(jì)芯片，但是生產(chǎn)過(guò)程則包給臺(tái)積電等代工廠生產(chǎn)。ARM更是為天下先，12年前首創(chuàng)了Chipless的生產(chǎn)模式，即該公司既不生產(chǎn)芯片，也不設(shè)計(jì)芯片，而是設(shè)計(jì)出高效的IP內(nèi)核，授權(quán)給半導(dǎo)體公司使用，半導(dǎo)體公司在ARM技術(shù)的基礎(chǔ)上添加自己的設(shè)計(jì)并推出芯片產(chǎn)品，最后由OEM客戶(hù)采用這些芯片來(lái)構(gòu)建基于ARM技術(shù)的系統(tǒng)產(chǎn)品。ARM微處理器的發(fā)展80年代末90年代初，半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈剛ARM微處理器的發(fā)展

ARM的核心業(yè)務(wù)是銷(xiāo)售芯片核心技術(shù)IP，目前全球有103家巨型IT公司在采用ARM技術(shù)。20家最大的半導(dǎo)體廠商中有19家是ARM的用戶(hù)，包括德州儀器，意法半導(dǎo)體，Philips,Intel等。唯一沒(méi)有購(gòu)買(mǎi)ARM授權(quán)的是Intel的老對(duì)頭AMD，因?yàn)镮ntel便攜式處理器采用的是StrongARM，而AMD則收購(gòu)了Alchemy公司與之抗衡，采用的是MIPS結(jié)構(gòu)。ARM微處理器的發(fā)展ARM的核心業(yè)務(wù)是銷(xiāo)售芯片核心技術(shù)IPARM微處理器結(jié)構(gòu)－RISCCISC（ComplexInstructionSetComputer，復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)）結(jié)構(gòu)RISC（ReducedInstructionSetComputer，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）的概念，RISC體系結(jié)構(gòu)應(yīng)具有如下特點(diǎn)：采用固定長(zhǎng)度的指令格式，指令整齊、簡(jiǎn)單、基本尋址方式有2-3種；使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行；大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對(duì)寄存器進(jìn)行操作，只有加載/存儲(chǔ)指令可以訪問(wèn)存儲(chǔ)器，以提高指令的執(zhí)行效率。ARM微處理器結(jié)構(gòu)－RISCCISC（ComplexInsARM微處理器的指令結(jié)構(gòu)

ARM微處理器支持兩種指令集：ARM指令集：ARM指令為32位的長(zhǎng)度Thumb指令集：Thumb指令為16位長(zhǎng)度

Thumb指令集為ARM指令集的功能子集，但與等價(jià)的ARM代碼相比較，可節(jié)省30％～40％以上的存儲(chǔ)空間，同時(shí)具備32位代碼的所有優(yōu)點(diǎn)。ARM微處理器的指令結(jié)構(gòu)ARM微處理器支持兩種指令集：ARM微處理器的特點(diǎn)

ARM微處理器采用RISC架構(gòu)，具有下列一些顯著特點(diǎn)：體積小、功耗低、成本低、高性能。支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集。具有大量的寄存器，因而指令執(zhí)行速度快。絕大多數(shù)操作都在寄存器中進(jìn)行，通過(guò)Load/Store的體系架構(gòu)在內(nèi)存和寄存器之間傳遞數(shù)據(jù)。尋址方式簡(jiǎn)單。采用固定長(zhǎng)度的指令格式。ARM微處理器的特點(diǎn)ARM微處理器采用RISC架構(gòu)，具有ARM微處理器的特點(diǎn)除此之外，ARM體系還采用一些特別的技術(shù)用來(lái)保證芯片高性能的同時(shí)，盡可能減小芯片體積，降低芯片功耗。這些技術(shù)包括：在同一條數(shù)據(jù)處理指令中包含算術(shù)邏輯處理單元處理和移位處理。使用地址自動(dòng)增加（減少）來(lái)優(yōu)化程序中循環(huán)處理。Load/Store指令可以批量傳輸數(shù)據(jù)，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。所有指令都可以進(jìn)行分支預(yù)測(cè)功能，即根據(jù)前面指令執(zhí)行結(jié)果，決定是否執(zhí)行，以提高指令的執(zhí)行效率。ARM微處理器的特點(diǎn)除此之外，ARM體系還采用一些特別的技術(shù)ARM微處理器的特點(diǎn)及應(yīng)用

ARM微處理器及技術(shù)已經(jīng)深入到各個(gè)領(lǐng)域，取得很大的成功，到目前為止，ARM微處理器及技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)深入到各個(gè)領(lǐng)域。無(wú)線通訊領(lǐng)域：無(wú)線通信領(lǐng)域是ARM微處理器應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域之一，目前全球超過(guò)85％的無(wú)線通訊設(shè)備都采用ARM技術(shù)。比如手機(jī)、PDA等設(shè)備中都有ARM技術(shù)的應(yīng)用。藍(lán)牙技術(shù)：ARM已經(jīng)為藍(lán)牙技術(shù)的推廣應(yīng)用做好了準(zhǔn)備，像愛(ài)立信、英特爾、朗訊、阿爾卡特等20多家公司的元器件產(chǎn)品都采用了ARM技術(shù)。ARM微處理器的特點(diǎn)及應(yīng)用ARM微處理器及技術(shù)已經(jīng)深入到ARM微處理器的特點(diǎn)及應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域：隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用ARM技術(shù)的ADSL芯片組正逐漸取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域：ARM技術(shù)在數(shù)字音頻領(lǐng)域、數(shù)字機(jī)頂盒和游戲機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。另外，采用ARM技術(shù)的存儲(chǔ)產(chǎn)品包括硬盤(pán)系列、微型閃存和可讀寫(xiě)光盤(pán)等，已經(jīng)投入生產(chǎn)。信息家電領(lǐng)域：現(xiàn)在很多數(shù)碼相機(jī)、打印機(jī)都使用了ARM技術(shù)，另外，汽車(chē)上包括駕駛、安全和車(chē)載娛樂(lè)等各種功能都可以使用ARM微處理器來(lái)完成。ARM微處理器的特點(diǎn)及應(yīng)用二、ARM微處理器系列下面所列的是ARM微處理器的幾個(gè)系列，以及其他廠商基于ARM體系結(jié)構(gòu)的處理器，這些處理器除了具有ARM體系結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)以外，每一個(gè)系列的ARM微處理器都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。ARM7系列ARM9系列ARM9E系列ARM10E系列ARM11系列SecurCore系列Inter的XscaleInter的StrongARM二、ARM微處理器系列下面所列的是ARM微處理器的幾個(gè)系列二、ARM微處理器系列ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10和ARM11為4個(gè)通用處理器系列，每一個(gè)系列提供一套相對(duì)獨(dú)特的性能來(lái)滿(mǎn)足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。如SecurCore系列專(zhuān)門(mén)為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。二、ARM微處理器系列ARM7、ARM9、ARM9E、AARM7系列ARM7系列微處理器為低功耗的32位RISC處理器，最適合用于對(duì)價(jià)位和功耗要求較高的消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用。ARM7微處理器系列具有如下特點(diǎn)：具有嵌入式ICE－RT邏輯，調(diào)試開(kāi)發(fā)方便；極低的功耗，適合對(duì)功耗要求較高的應(yīng)用，如便攜式產(chǎn)品；能夠提供0.9MIPS/MHz的三級(jí)流水線結(jié)構(gòu)；代碼密度高并兼容16位的Thumb指令集；對(duì)操作系統(tǒng)的支持廣泛，包括WindowsCE、Linux、PalmOS等；指令系統(tǒng)與ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用戶(hù)的產(chǎn)品升級(jí)換代；主頻最高可達(dá)130MIPS，高速的運(yùn)算處理能力能勝任絕大多數(shù)的復(fù)雜應(yīng)用。ARM7系列ARM7系列微處理器為低功耗的32位RISC處理ARM7系列ARM7系列微處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋汗I(yè)控制、Internet設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備、移動(dòng)電話(huà)等多種多媒體和嵌入式應(yīng)用。ARM7系列微處理器包括如下幾種類(lèi)型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI是目前使用最廣泛的32位嵌入式RISC處理器，屬低端ARM處理器核。TDMI的基本含義為：T：支持16位壓縮指令集Thumb；D：支持片上Debug；M：內(nèi)嵌硬件乘法器（Multiplier）；I：嵌入式ICE，支持片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)。ARM7系列ARM7系列微處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋汗I(yè)控制、ARM9系列

ARM9系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特點(diǎn)：5級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高；提供1.1MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)；支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集；支持32位的高速AMBA總線接口；全性能的MMU，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)；MPU支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；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。ARM9系列ARM9系列微處理器在高性能和低功耗特性方面ARM9系列ARM9系列微處理器主要應(yīng)用于無(wú)線設(shè)備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機(jī)頂盒、高端打印機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等。ARM9系列微處理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三種類(lèi)型，以適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。ARM9系列ARM9系列微處理器主要應(yīng)用于無(wú)線設(shè)備、儀器儀表ARM9E系列ARM9E系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，極大地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(qiáng)的DSP處理能力，很適合于那些需要同時(shí)使用DSP和微控制器的應(yīng)用場(chǎng)合。ARM9系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無(wú)線設(shè)備、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、存儲(chǔ)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(lèi)型，以適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。ARM9E系列ARM9E系列微處理器為可綜合處理器，使用單一ARM9E系列ARM9E系列微處理器的主要特點(diǎn)如下：支持DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場(chǎng)合；5級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高；支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集；支持32位的高速AMBA總線接口；支持VFP9浮點(diǎn)處理協(xié)處理器；全性能的MMU，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)；MPU支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；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；主頻最高可達(dá)300MIPS。ARM9E系列ARM9E系列微處理器的主要特點(diǎn)如下：ARM10E系列ARM10E系列微處理器具有高性能、低功耗的特點(diǎn)，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(shí)鐘頻率下，性能提高了近50%，同時(shí)，ARM10E系列微處理器采用了兩種先進(jìn)的節(jié)能方式，使其功耗極低。ARM10E系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無(wú)線設(shè)備、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、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(lèi)型，以適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。

ARM10E系列ARM10E系列微處理器具有高性能、低功耗的ARM10E系列

ARM10E系列微處理器的主要特點(diǎn)如下：支持DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場(chǎng)合；6級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高；支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集；支持32位的高速AMBA總線接口；支持VFP10浮點(diǎn)處理協(xié)處理器；全性能的MMU，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)；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；主頻最高可達(dá)400MIPS；內(nèi)嵌并行讀寫(xiě)操作部件。ARM10E系列ARM10E系列微處理器的主要特點(diǎn)如下：ARM11系列

ARM11系列微處理器內(nèi)核采用ARMV6T結(jié)構(gòu)，時(shí)鐘頻率533MHz，功耗為200mW,采用八級(jí)流水線，支持矢量化中斷，中斷速度提高3倍。主要特點(diǎn)如下：帶可配置指令和數(shù)據(jù)高速閃存的存儲(chǔ)系統(tǒng)，外加帶專(zhuān)用DMA的高速本地存儲(chǔ)器，以加強(qiáng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力；采用八級(jí)整數(shù)流水線結(jié)構(gòu)，帶兩個(gè)周期的高速閃存訪問(wèn)，可實(shí)現(xiàn)高頻工作；四個(gè)高速64位系統(tǒng)片上連接，為數(shù)據(jù)和指令提供足夠的帶寬；存儲(chǔ)器管理單元支持Windows、OS、WindRiver和Linux操作系統(tǒng)；得到ARMRealView開(kāi)發(fā)解決方案支持。ARM11系列ARM11系列微處理器內(nèi)核采用ARMVARM11系列ARMRealView開(kāi)發(fā)解決方案由RealView編輯工具、RealView調(diào)試工具、RealViewICE和RealViewTrace組成。ARM11系列主要用于消費(fèi)電子、無(wú)線和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域，如STB、數(shù)碼相機(jī)、3G移動(dòng)電話(huà)、VoIP基礎(chǔ)設(shè)備、寬帶調(diào)制解調(diào)器、WLAN介入設(shè)備和安全設(shè)備等。ARM11系列處理器包含ARM1136J-S和ARM1136JF-S兩種類(lèi)型，以適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。ARM11系列ARMRealView開(kāi)發(fā)解決方案由RealARMCore系列SecurCore系列微處理器專(zhuān)為安全需要而設(shè)計(jì)，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(diǎn)外，還具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，即提供了對(duì)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(diǎn)外，還在系統(tǒng)安全方面具有如下的特點(diǎn)：帶有靈活的保護(hù)單元，以確保操作系統(tǒng)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的安全；采用軟內(nèi)核技術(shù)，防止外部對(duì)其進(jìn)行掃描探測(cè)；可集成用戶(hù)自己的安全特性和其他協(xié)處理器。ARMCore系列SecurCore系列微處理器專(zhuān)為安全需要ARMCore系列SecurCore系列微處理器主要用于一些對(duì)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SecurCoreSC100、SecurCoreSC110、SecurCoreSC200和SecurCoreSC210四種類(lèi)型，以適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。ARMCore系列SecurCore系列微處理器主要用于一些StrongARM系列InterStrongARMSA-1100處理器是采用ARM體系結(jié)構(gòu)高度集成的32位RISC微處理器。它融合了Inter公司的設(shè)計(jì)和處理技術(shù)，以及ARM體系結(jié)構(gòu)的電源效率，采用在軟件上兼容ARMv4體系結(jié)構(gòu)、同時(shí)采用具有Intel技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)。IntelStrongARM處理器是便攜式通信產(chǎn)品和消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品的理想選擇，已成功應(yīng)用于多家公司的掌上電腦系列產(chǎn)品。StrongARM系列InterStrongARMSA-Xscale系列Xscale處理器是基于ARMv5TE體系結(jié)構(gòu)的解決方案，是一款性能全、性?xún)r(jià)比高、功耗低的處理器。它支持16位的Thumb指令和DSP指令集，已使用在數(shù)字移動(dòng)電話(huà)、個(gè)人數(shù)字助理和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品等場(chǎng)合。Xscale處理器是Intel目前主要推廣的一款A(yù)RM微處理器。Xscale系列Xscale處理器是基于ARMv5TE體系三、ARM編程模型

所謂編程模型，指的是開(kāi)發(fā)人員在軟件編程時(shí)對(duì)象的特點(diǎn)。

ARM編程模型，也就是ARM的體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。三、ARM編程模型所謂編程模型，指的是開(kāi)發(fā)人員在軟件編程CPU內(nèi)核架構(gòu)CPU內(nèi)核架構(gòu)ARM硬件架構(gòu)ARM芯片的內(nèi)核一般包括以下幾個(gè)單元：

ARM9TDMI32RISC處理器、數(shù)據(jù)緩存器（DataCache）、指令緩存（InstructionCache）、指令存儲(chǔ)管理單元（InstructionMMU）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理單元（DataMMU）、寫(xiě)緩沖（WriteBuffer）回寫(xiě)存儲(chǔ)單元（WriteBackPATAGRAM）。這些部件單元通過(guò)AMBA總線（AMBABus）相互傳輸數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)指令和數(shù)據(jù)的并行處理。ARM硬件架構(gòu)ARM芯片的內(nèi)核一般包括以下幾個(gè)單元：ARM硬件架構(gòu)除此之外，還包括四個(gè)與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口：總線接口（AMBABusInterface）、擴(kuò)展協(xié)處理器接口（ExternalCoprocessorInterface）、跟蹤接口（TraceInterface）JTAG

它們可以連接DMA控制器、UART、USB、中斷控制器和電源管理器等。核心通過(guò)與外圍部件共同工作完成整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的正常數(shù)據(jù)處理任務(wù)。ARM硬件架構(gòu)除此之外，還包括四個(gè)與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口：ARM微處理器模式ARM微處理器的運(yùn)行模式有7種，分別為：用戶(hù)模式（User，usr）：正常程序執(zhí)行時(shí)，ARM處理器所處的狀態(tài)?？焖僦袛嗄Ｊ剑‵IQ,fiq）：用于快速數(shù)據(jù)傳輸和通道處理。外部中斷模式（IRQ,irq）：用于通常的中斷處理。特權(quán)模式（Supervisor，sve）：供操作系統(tǒng)使用的一種保護(hù)模式。數(shù)據(jù)訪問(wèn)中止模式（Abort,abt）：當(dāng)數(shù)據(jù)或指令預(yù)取終止時(shí)進(jìn)入該模式，用于虛擬存儲(chǔ)及存儲(chǔ)保護(hù)。未定義指令終止模式（Undefined，und）：用于支持硬件協(xié)處理器軟件仿真。系統(tǒng)模式（System，sys）：用于運(yùn)行特權(quán)級(jí)的操作系統(tǒng)任務(wù)。ARM微處理器模式ARM微處理器的運(yùn)行模式有7種，分別為：ARM微處理器模式

通常情況下，應(yīng)用程序運(yùn)行在用戶(hù)模式下，這時(shí)應(yīng)用程序不能訪問(wèn)一些受操作系統(tǒng)保護(hù)的系統(tǒng)資源，同時(shí)應(yīng)用程序也不能直接進(jìn)行處理器模式的切換。ARM微處理器模式通常情況下，應(yīng)用程序運(yùn)行在用戶(hù)模式下ARM寄存器ARM處理器共有37個(gè)寄存器:

31個(gè)為通用寄存器，6個(gè)狀態(tài)寄存器，這些寄存器都是32位。ARM處理器運(yùn)行在每一種模式下時(shí)，都會(huì)使用屬于自己的一組寄存器組。通常包括：15個(gè)通用寄存器（R0-R14）、一個(gè)或兩個(gè)狀態(tài)寄存器及程序計(jì)數(shù)器（PC）。每一種模式下的寄存器組是部分重疊的。ARM寄存器ARM處理器共有37個(gè)寄存器:ARM寄存器ARM寄存器通用寄存器通用寄存器中：

R0~R7是所有處理器模式共用的一組寄存器，也就是說(shuō)，在從一種模式切換到另一種模式時(shí)，必須保存它們的值。

R8~R14為備份寄存器，其中對(duì)于R8~R12來(lái)說(shuō)，每一個(gè)寄存器對(duì)應(yīng)兩個(gè)不同的物理寄存器，R13和R14對(duì)應(yīng)6個(gè)不同的物理寄存器。R13通常用做堆棧指針，采用下面的記號(hào)來(lái)區(qū)分各個(gè)物理寄存器：R13_<MODE><MODE>取下列幾個(gè)值：usr、svc、abt、und、irq及fiq。通用寄存器通用寄存器中：通用寄存器R14寄存器有兩種特殊的作用：用戶(hù)模式下，R14用做鏈接寄存器（LR），存放子程序被調(diào)用時(shí)的返回地址。異常處理模式下，R14用來(lái)保存異常的返回地址。R15為程序計(jì)數(shù)器，又被記做PC。PC的值為當(dāng)前指令地址的值加8個(gè)字節(jié)，也就是說(shuō)，PC指向當(dāng)前指令的下兩條指令的地址。通用寄存器R14寄存器有兩種特殊的作用：程序狀態(tài)寄存器在ARM處理器中，程序狀態(tài)寄存器用來(lái)保存程序執(zhí)行時(shí)的各種狀態(tài)值，包括條件標(biāo)志位、中斷禁止位、當(dāng)前處理器模式標(biāo)志和其它一些位。程序狀態(tài)寄存器分為CPSR（程序狀態(tài)寄存器

）和SPSR（備份程序狀態(tài)寄存器）兩種類(lèi)型。在任何一種處理器模式下，都會(huì)有一個(gè)共用的CPSR；另外異常模式下還會(huì)有一個(gè)專(zhuān)用的SPSR。當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，這個(gè)寄存器用于存放當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，當(dāng)退出異常處理時(shí)，再把SPSR中的值恢復(fù)到CPSR中。程序狀態(tài)寄存器在ARM處理器中，程序狀態(tài)寄存器用來(lái)保存程序執(zhí)四、嵌入式系統(tǒng)的軟硬件框架四、嵌入式系統(tǒng)的軟硬件框架五、Edukit-III實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)5.1ARM嵌入式開(kāi)發(fā)模式目標(biāo)機(jī)/宿主機(jī)（或稱(chēng)下位機(jī)/上位機(jī)）開(kāi)發(fā)模式宿主機(jī)需要運(yùn)行一些軟件進(jìn)行程序編輯、編譯和調(diào)試等功能，這些軟件通常稱(chēng)為集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）。五、Edukit-III實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)5.1ARM嵌入式開(kāi)發(fā)五、Edukit-III實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)五、Edukit-III實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)5.2Edukit-III實(shí)驗(yàn)教學(xué)模型RealViewMDK集成開(kāi)發(fā)環(huán)境PC機(jī)Ulink2仿真器Edukit實(shí)驗(yàn)教學(xué)箱5.2Edukit-III實(shí)驗(yàn)教學(xué)模型RealViewM5.3EmbestEduKit-III實(shí)驗(yàn)箱EmbestEduKit-III

開(kāi)發(fā)板是實(shí)驗(yàn)箱的主要硬件平臺(tái)，它是英蓓特公司開(kāi)發(fā)的一款全功能ARM開(kāi)發(fā)板，基于Samsung公司的S3C2410處理器，資源豐富。開(kāi)發(fā)板硬件系統(tǒng)包含了嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用所需的大部分設(shè)備，如串口、以太網(wǎng)口、USB口、音頻輸出、LCD及TSP觸摸屏、5*4的小鍵盤(pán)、固態(tài)硬盤(pán)、大容量的Flash和SDRAM等等。用戶(hù)不僅可以在該硬件平臺(tái)上完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供的實(shí)驗(yàn)例子，還可以參考該平臺(tái)設(shè)計(jì)自己的目標(biāo)系統(tǒng)。5.3EmbestEduKit-III實(shí)驗(yàn)箱Embes5.3EmbestEduKit-III實(shí)驗(yàn)箱

實(shí)驗(yàn)箱提供ARM開(kāi)發(fā)板、直通網(wǎng)線、USB線，串口線，并口線、JTAG線、ULINK、觸摸屏、自定義鍵盤(pán)。5.3EmbestEduKit-III實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)箱Edukit-III教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱的組成Edukit-III教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱的組成EmbestEduKit-III開(kāi)發(fā)板的基本構(gòu)成電源：外部5V電源供電2MBNorFlash8MBSDRAM4KbitIICBUS的串行EEPROM(AT24C04,在基板上)2個(gè)串口復(fù)位開(kāi)關(guān)兩個(gè)中斷按鈕，兩個(gè)LED外部IDE硬盤(pán)接口

LCD及TSP觸摸屏接口20針JTAG接口USB連接器4×4鍵盤(pán)接口4個(gè)2×20PINCPU擴(kuò)展接口10M以太網(wǎng)接口8段數(shù)碼管MICROPHONE輸入口IIS音頻信號(hào)輸出口，可接雙聲道SPEAKERNANDFlash16M×8bit(K9F2808，在基板上)320*240帶觸摸功能的顯示屏EmbestEduKit-III開(kāi)發(fā)板的基本構(gòu)成電源：外常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備（1）RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)器）RAM可以被讀和寫(xiě)，地址可以以任意次序被讀。

常見(jiàn)RAM的種類(lèi)有SRAM（StaticRAM，靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）、DRAM（DynamicRAM，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）、DDRAM（DoubleDataRateSDRAM，雙倍速率隨機(jī)存儲(chǔ)器）。

其中，SRAM比DRAM運(yùn)行速度快，SRAM比DRAM耗電多，DRAM需要周期性刷新。而DDRAM是RAM的下一代產(chǎn)品。常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備（1）RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)器）常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備（2）ROM（只讀存儲(chǔ)器）ROM在燒入數(shù)據(jù)后，無(wú)需外加電源來(lái)保存數(shù)據(jù)，斷電后數(shù)據(jù)不丟失，但速度較慢，適合存儲(chǔ)需長(zhǎng)期保留的不變數(shù)據(jù)。在嵌入式系統(tǒng)中，ROM用固定數(shù)據(jù)和程序。常見(jiàn)ROM有：MaskROM（掩模ROM）、PROM（