嵌入式系統(tǒng)基礎第一章ARM處理器概述.ppt

1、1,C H A P T E R,ARM處理器概述,第1章 目錄,1.ARM簡介 2.ARM處理器系列 3.ARM處理器核的分類和擴充標識 4. ARM處理器結構簡介,第1章 目錄,1.ARM簡介 2.ARM處理器系列 3.ARM處理器核的分類和擴充標識 4. ARM處理器結構簡介,1.1 ARM簡介,什么是ARM,ARM是Advanced RISC Machines的縮寫。它有三種含義： 公司的名稱； 一類處理器的通稱； 一種技術的名稱,1.1 ARM簡介,CISC：復雜指令集（Complex Instruction Set Computer） 具有大量的指令和尋址方式 8/2原則：80%的程

2、序只使用20%的指令 大多數(shù)程序只使用少量的指令就能夠運行 RISC：精簡指令集（Reduced Instruction Set Computer) 在通道中只包含最有用的指令 確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令 使CPU硬件結構設計變得更為簡單,1.1 ARM簡介,ARM公司簡介 1985年4月26日，第一個ARM原型在英國劍橋的Acorn計算機有限公司誕生，由美國加州San Jose VLSI技術公司制造。 20世紀80年代后期，ARM很快開發(fā)成Acorn的臺式機產(chǎn)品，形成英國的計算機教育基礎。 1990年成立了Advanced RISC Machines Limited。 ARM公司雖然只成

3、立10多年，但在1999年因移動電話火爆市場，其32位RISC處理器占市場份額超過了50%，成為業(yè)界龍頭老大。2001年初，ARM公司的32位RISC處理器市場占有率超過了75%，引起業(yè)界的極大關注。ARM公司是知識產(chǎn)權供應商，是設計公司。ARM公司本身不生產(chǎn)芯片，靠轉讓設計許可，由合作伙伴公司來生產(chǎn)各具特色的芯片。,1.1 ARM簡介,ARM處理器的3大特點如下： 小體積、低功耗、成本低、高性能； 16位/32位雙指令集； 全球眾多的合作伙伴。,將技術授權給其它芯片廠商,形成各具特色的ARM芯片,1.1 ARM簡介,當前ARM體系結構的擴充包括： Thumb:16位指令集，用以改善代碼密度；

4、 DSP：用于DSP應用的算術運算指令集； Jazeller：允許直接執(zhí)行Java安節(jié)碼的擴充。 ARM處理器本身是32位設計，但也配備16位指令集，以允許軟件編碼為更短的16位指令。與等價的32代碼相比，占用的存儲器空間節(jié)省高達35%，然而保留了32位系統(tǒng)所有的優(yōu)勢。,1.1 ARM簡介,ARM處理器系列提供的解決方案包括： 在無線、消費電子和圖像應用方面的開放平臺； 存儲、自動化、工業(yè)和網(wǎng)絡應用的嵌入式實時系統(tǒng)； 智能卡和SIM卡的安全應用。,goReader Internet eBook,Samsung AnyWeb Internet Screen Phone,eRemote Intel

5、ligent Home Controller,Tektronix TDS7000 Digital Oscilloscopes,Nixvue Digital Album Digital Photo Album,第1章 目錄,1.ARM簡介 2.ARM處理器系列 3.ARM處理器核的分類和擴充標識 4. ARM處理器結構簡介,1.2 ARM處理器系列,ARM處理器的命名規(guī)則： ARM產(chǎn)品通常以ARMxyzTDMIEJF-s,1.2 ARM處理器系列,ARM處理器的命名規(guī)則： ARM7TDMI之后的所有ARM內(nèi)核，即使沒有包含TDMI字符也都默認包含了TDMI的功能特性 JTAG是有IEEE1149

6、.1標準測試訪問端口和邊界掃描結構來描述的 嵌入式ICE宏單元是建立在處理器內(nèi)部用來設置斷點和觀察點的調(diào)試硬件 可綜合意味著處理器內(nèi)核是以源代碼形式提供的,1.2 ARM處理器系列,ARM處理器系列類型：,1.2 ARM處理器系列,ARM處理器系列,ARM公司開發(fā)了很多系列的ARM處理器核，目前最新的系列已經(jīng)是ARM11了，而ARM6核以及更早的系列已經(jīng)很罕見了。目前應用比較廣泛的系列是：,ARM7,ARM9,ARM9E,ARM10,SecurCore,Xscale,ARM11,Cortex,1.2 ARM處理器系列,ARM7概述 ARM7 內(nèi)核采用馮諾伊曼體系結構，數(shù)據(jù)和指令使用同一條總線。

7、內(nèi)核有一條3級流水線，執(zhí)行ARMv4 指令集,指令寄存器,控制器,數(shù)據(jù)通道,輸入,輸出,中央處理器,程序存儲器,指令0,指令1,指令2,數(shù)據(jù)存儲器,數(shù)據(jù)0,數(shù)據(jù)1,數(shù)據(jù)2,地址,指令,地址,數(shù)據(jù),1.2 ARM處理器系列,ARM7的特點 成熟的大批量的32位RICS芯片； 最高主頻到達130MIPS； 功耗低； 代碼密度高，兼容16 位微處理器； 開發(fā)工具多、EDA仿真模型多； 調(diào)試機制完善； 提供0.25m、0.18m及0.13m的生產(chǎn)工藝； 代碼與ARM9 系列、ARM9E 系列以及ARM10E系列兼容。,1.2 ARM處理器系列,1.2 ARM處理器系列,1.2 ARM處理器系列,1.2

8、 ARM處理器系列,1.2 ARM處理器系列,ARM系列處理器屬性比較,1.2 ARM處理器系列,ARM系列處理器功能比較,第1章 目錄,1.ARM簡介 2.ARM處理器系列 3.ARM處理器核的分類和擴充標識 4. ARM處理器結構簡介,1.3 ARM處理器核的分類和擴充標識,處理器核的分類 用于開放平臺的核 這些核賦予MMU具有虛擬存儲器和復雜的存儲器保護特性，并可用于像WinCE，Linux等操作系統(tǒng) 用于實時嵌入式操作系統(tǒng)的核 這些核用于工作在封閉的嵌入式控制系統(tǒng)中，通常運行實時操作系統(tǒng) 處理器的擴充標識,第1章 目錄,1.ARM簡介 2.ARM處理器系列 3.ARM處理器核的分類和擴

9、充標識 4.ARM處理器結構簡介,1.4 ARM處理器結構簡介,RISC體系結構 特點: 指令規(guī)整、對稱、簡單。指令數(shù)少于100條，基本尋址方式有23種 單周期指令。指令字長度一致，單拍完成，便于流水操作 大量的寄存器。寄存器不少于32個。 RISC定義 是一種設計思想，定義有兩種說法 來自于卡基 梅隆大學 來自于IEEE的邁克爾 斯萊特 ARM體系結構繼承了RISC結構 使用的特性：加載、存儲體系、固定32位指令、三地址指令格式 舍棄的特征：寄存器窗口、延遲轉移和所有指令單周期,1.4 ARM處理器結構簡介,ARM和Thumb狀態(tài) Thumb指令集是32位ARM指令集的功能子集 ARM狀態(tài)下

10、的處理器不能執(zhí)行Thumb指令，反之亦然 ARM處理器的7種處理器模式 用戶模式：ARM處理器正常的程序執(zhí)行狀態(tài) FIQ：用于高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理 IRQ：用于通用的中斷處理 管理模式：操作系統(tǒng)使用的保護模式 中止模式：當數(shù)據(jù)或指令預取終止時進入該模式，可用于虛擬存儲及存儲保護 系統(tǒng)模式：運行具有特權的操作系統(tǒng)任務 未定義：當未定義的指令執(zhí)行時進入該模式，可用于支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真。,1.4 ARM處理器結構簡介,寄存器 ARM處理器共有37個寄存器。其中包括：31個通用寄存器以及6個狀態(tài)寄存器。這些寄存器都是32位寄存器。 R13 堆棧指針 R14 鏈接寄存器 R15 程序計數(shù)器,1.4 ARM處理器結構簡介,ARM指令集概述 ARM指令是32位長度，以字對齊保存，狀態(tài)指令地址的