第2章arm嵌入式处理器

第 2章 ARM处理器2本章描述了 ARM体系结构和 ARM Linux的发展，介绍了几种应用 Linux的典型 ARM处理器和开发板。本章可以使读者了解嵌入式 Linux系统硬件平台的基础知识。本章目标ARM体系结构 典型的 ARM处理器 S3C2410开发板介绍 2.1 ARM处理器简介1定义ARM（ Advanced RISC Machines），既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。 ARM处理器是一种低功耗高性能的32位 RISC处理器， ARM处理器是一个综合体， ARM公司自身并不制造微处理器，而是由 ARM的合作伙伴来制造2特点体积小、低功耗、低成本、高性能支持 Thumb（ 16位） /ARM（ 32位）双指令集，能很好地兼容 8位 /16位器件大量使用寄存器，指令执行速度更快大多数数据操作都在寄存器中完成寻址方式灵活简单，执行效率高指令长度固定2.1.1 ARM公司简介（了解）ARM公司是专门从事基于 RISC技术芯片设计开发的公司，作为嵌入式 RISC处理器的知识产权 IP供应商，公司本身并不直接从事芯片生产，而是靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从 ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的 ARM微处理器芯片进入市场，利用这种合伙关系， ARM很快成为许多全球性 RISC标准的缔造者。2.1.2 ARM处理器体系结构目前， ARM体系结构共定义了 6个版本，从版本 1到版本 61 V1结构（版本 1）2 V2结构3 V3结构4 V4结构5 V5结构6 V6结构2.1.3 Linux与 ARM处理器在 32位 RISC处理器领域，基于 ARM的结构体系在嵌入式系统中发挥了重要作用， ARM处理器和嵌入式 Linux的结合也正变得越来越紧密，并在嵌入式领域得到了广阔的应用。Linux具有诸多内在优点（ 1） Linux的内核精简而高效，针对不同的实际需求，可将内核功能进行适当地剪裁（ 2） Linux具有完善的网络性能，并且具有多种网络服务程序（ 3） Linux的可移植性强，方便移植到许多硬件平台（ 4） Linux源码开放，软件资源丰富2.2.1 ARM微处理器的指令集 ARM微处理器的指令集主要有 6大类。 跳转指令 数据处理指令 程序状态寄存器（ PSR）处理指令 加载 /存储指令 协处理器指令 异常产生指令2.2.2 ARM指令寻址方式1立即数寻址ARM指令的立即数寻址是一种特殊的寻址方式，操作数本身就在指令中给出，只要取出指令也就取到了操作数。这个操作数被称为立即数2寄存器寻址寄存器寻址就是利用寄存器中的数值作为操作数，这种寻址方式是各类微处理器经常采用的一种方式，也是一种执行效率较高的寻址方式。3寄存器间接寻址寄存器间接寻址就是以寄存器中的值作为操作数的地址，而操作数本身存放在存储器中。4基址变址寻址基址变址的寻址方式就是将寄存器（该寄存器一般称作基址寄存器）的内容与指令中给出的地址偏移量相加，从而得到一个操作数的有效地址。5多寄存器寻址采用多寄存器寻址方式，一条指令可以完成多个寄存器值的传送。这种寻址方式可以用一条指令完成传送最多 16个通用寄存器的值6相对寻址与基址变址寻址方式相类似，相对寻址以程序计数器 PC的当前值为基地址，指令中的地址标号作为偏移量，将两者相加之后得到操作数的有效地址。7堆栈寻址堆栈是一种数据结构，按先进后出（ First In Last Out， FILO）的方式工作，使用一个称作堆栈指针的专用寄存器指示当前的操作位置，堆栈指针总是指向栈顶。2.2.3 Thumb指令概述Thumb指令集是 ARM指令集的一个子集，允许指令编码为 16位的长度。与等价的 32位代码相比较，Thumb指令集在保留 32代码优势的同时，可以在很大程度上节省系统的存储空间。2.3.1 Atmel AT91RM9200AT91RM9200具有以下的丰富片上资源。（ 1） 16KB数据 Cache， 16KB指令 Cache；（ 2）虚拟内存管理单元 MMU；（ 3）带有 Debug调试的在片 Emulator；（ 4） Mid-level Implementation Embedded Trace Macrocell；（ 5） 16KB的内部 SRAM和 128KB的内部 ROM；（ 6）带有外部总线接口（ EBI），方便用户进行扩展升级；（ 7）支持 SDRAM、 SRAM、 Burst Flash和 CompactFlash、 SmartMedia and NAND Flash的无缝连接；（ 8）增强型的时钟产生器和电源管理单元；（ 9）带有 2个 PLL的 2个在片振荡器；（ 10）慢速的时钟操作模式和软件电源优化能力；（ 11） 4个可编程的外部时钟信号；（ 12）包括周期性中断、看门狗和第二计数器的系统定时器；（ 13）带有报警中断的实时时钟；（ 14）带有 8个优先级、可单个屏蔽中断源、 Spurious中断保护的先进中断控制器；（ 15） 7个外部中断源和 1个快速中断源；（ 16） 4个 32位的 PIO控制器，可以达到 122个可编程 I/O引脚（每个都有输入控制、可中断及开路的输出能力）；（ 17） 20通道的外部数据控制器（ DMA）；（ 18） 10/100M的以太网接口；（ 19） 2个全速的 USB 2.0主接口和一个从口；（ 20） 4个 UART；（ 21） 3通道 16位的定时 /计数器（ TC）；（ 22）两线接口（ TWI）；（ 23） IEEE 1149.1 JTAG标准扫描接口。2.3.2 Samsung S3C2410S3C2410是著名的半导体公司 Samsung推出的一款 32位 RISC处理器，为手持设备和一般类型的应用提供了低价格、低功耗、高性能微控制器的解决方案。其片上功能如下。（ 1）内核工作电压为 1.8/2.0V、存储器供电电压 3.3V、外部 I/O设备的供电电压 3.3V；（ 2） 16KB的指令 Cache和 16KB的数据 Cache；（ 3） LCD控制器，最大可支持 4K色 STN和 256色 TFT；（ 4） 4通道的 DMA请求；（ 5） 3通道的 UART（ IrDA1.0、 16字节 TxFIFO、 16字节 RxFIFO）， 2通道的 SPI接口；（ 6） 2通道的 USB（ Host/Slave）；（ 7） 4路 PWM和 1个内部时钟控制器；（ 8） 117个通用 I/O， 24路外部中断；（ 9） 272Pin FBGA封装；（ 10） 16位的看门狗定时器；（ 11） 1通道的 IIC/IIS控制器；（ 12）带有 PLL片上时钟发生器。2.3.3 TI OMAP1510/1610系列MAP161X系列的处理器主要具有以下特点。1低功耗、高性能 CMOS技术2 TMS320C55xDSP核3 ARM926TEJ核2.3.4 Freescale i.Max21i.Max21主要具有如下特性。 集成 ARM926内核。 16KB的指令 Cache和 16KB的数据 Cache。 采用 Smart Speed Switch技术，可实现数据的并行处理，增加数据的吞吐量。 16/18位的彩色 LCD控制器，支持 SVGA。 USB On-the-Go， 2通道的 USB Host。 支持实时 MPEG4和 H.263编解码，最高可每秒传输 30帧 CIF或 QVGA图像。2.4.1 三星 S3C2410开发板介绍1硬件资源情况 CPU：三星 S3C2410A，主频 203MHz。 内存： 64MB。 NOR Flash： 2MB（ SST39VF160或 SST39VF1601）。 NAND Flash： 64MB（ K9F1208，用户可自己更换为 16MB、 32MB或 128MB的 NandFlash）。 2个标准 5线串口。 10M网口， CS8900Q3，带联接和传输指示灯。 2个 USB1.1 HOST接口（其中一个 HOST与 Device复用，通过短路块选择）。 1个 USB1.1 Device接口（它与 USB HOST接口复用，通过短路块选择）。 1个 IRDA红外线数据通信口。 采用 IIS接口芯片 UDA1341，一路立体声音频输出接口可接耳机或音箱。 支持录音，自带驻机体话筒可直接录音，另有一路话筒输入接口可接麦克风。 1个 SD卡接口，可接 256M SD卡。 1个 50芯 LCD接口引出了 LCD控制器和触摸屏的全部信号。 支持黑白、 4级灰度、 16级灰度、 256色、 4096色 STN液晶屏，尺寸从 3.5寸到 12.1寸，屏幕分辨率可达到 800600像素。 支持黑白、 4级灰度、 16级灰度、 256色、 64K色、真彩色 TFT液晶屏，尺寸从 3.5寸到 12.1寸，屏幕分辨率可达到 800600像素。 标准配置为夏普 256K色 240320/3.5英寸 TFT液晶屏，带触摸屏。 内部实时时钟（带有后备锂电池）。 1个 20芯 Multi-ICE标准 JTAG接口，支持 SDT2.51， ADS1.2等调试。 开关电源供电，输入直流电压范围是 7 20V，带电源开关和指示灯。 1个 EEPROM（ AT24C02）用来验证 IIC总线读写。 16个小按键， 4个高亮 LED。 1个蜂鸣器（带使能控制的短路块）。 2个 PS/2接口，信号线接在中断引脚上。 1个精密可调电阻接到 ADC引脚上用来验证模数转换。 1个 60芯 2mm间距双排标准连接器用作扩展口，引出了地址线、数据线、读写、片选、中断、 I/O口、 ADC、 5V和 3.3V电源、地等用户扩展可能用到的信号。2软件资源情况 ADS1.20安装程序（评估版）。 采用 Linux2.4以上内核。 支持多种文件系统，比如 Cramfs、 Fat以及用于 NAND Flash的 YAFFS文件系统。 支持 LCD和触摸屏。 支持 USB HOST。 支持 QT。 支持 MP3播放和视频播放。 支持多种网络应用，比如 FTP、 HTTP、 Telnet等网络应用。 烧写 Flash的工具软件 SJF2410（包含 NT/2000/XP解决方案）。 串口工具软件 sscom32.exe、 dnw.exe、 tftp.exe。 64K色（ RGB565）图片字模软件。 USB Device接口驱动程序。 FS2410 BIOS源代码（ ADS1.20的项目文件）。 FS2410测试程序（ ADS1.20的项目文件，包含全部源代码）。 Linux for S3c2410内核源码包以及编译工具。 WINCE4.2.NET板级支持包 BSP for S3c2410。