嵌入式处理器介绍PPT课件

第四章嵌入式处理器介绍,授课教师：李英祥电邮地址：drliyingxiang,.,2,内容提纲,1.重要概念2.嵌入式处理器的分类3.典型嵌入式处理器4.32位嵌入式处理器的发展趋势,.,3,1.重要概念,冯.诺依曼结构哈佛结构流水线技术CISC和RISC,.,4,冯.诺依曼结构,是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的处理器结构；因此程序指令和数据的宽度相同；如：Intel8086、ARM7、MIPS处理器等,.,5,哈佛结构,是一种将程序指令存储器和数据存储器分开的处理器结构，指令和数据可以有不同的数据宽度；具有较高的效率；如摩托罗拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ARM10系列等。,.,6,流水线技术,是一种将每条指令分解为多步，并让各步操作重叠，从而实现几条指令并行处理的技术；程序中的指令仍是一条条顺序执行，但可以预先取若干条指令，并在当前指令尚未执行完时，提前启动后续指令的另一些操作步骤，从而可加快程序的运行速度；,.,7,几个指令可以并行执行提高了CPU的运行效率,.,8,采用多条流水线结构,.,9,CISC和RISC,嵌入式微处理器可以分为两类：CISC和RISC；CISC（ComplexInstructionSetComputer）：复杂指令系统计算机；RISC（ReducedInstructionSetComputer）：精简指令系统计算机；,.,10,.,11,2.嵌入式处理器的分类,嵌入式微处理器（MPU)嵌入式微控制器（MCU)嵌入式DSP处理器（DSP)嵌入式片上系统（SoC),.,12,嵌入式微处理器MPU,装配在专用电路板上，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除冗余功能，以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求；在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面相对通用计算机的CPU都作了各种增强；目前主要有ARM、MIPS、POWERPC、68K等系列；,.,13,嵌入式微控制器MCU,将整个计算机系统集成到一块芯片中，如单片机；一般以某种微处理器内核为核心，芯片内部集成了ROM、FLASH、RAM、定时器、I/O、A/D、D/A等各种必要的功能和外设；优点：大大减小了体积、降低了功耗和成本、提高了可靠性；主要有：8051、P51XA、MCS-96/196/296、C166/167、MC68300等；,.,14,嵌入式DSP处理器,对系统结构和指令进行了特殊设计，系统结构硬件上采用了Harvard（哈佛）结构和专用的硬件乘法器；指令为快速DSP指令（属RISC精简指令集）使其适合于对处理器运算速度要求较高的应用领域；代表产品：TexasInstruments公司的TMS320系列、Motorola的DSP56000系列,.,15,片上系统SOC,SOC:在一个硅片上包含一个或者多个处理器、存储器、模拟电路模块、数/模混合信号模块以及片上可编程逻辑;嵌入式片上系统可以分为通用和专用两类:通用系列包括Siemens公司的TriCoreMotorola公司的M-Core某些ARM系列器件等;专用SoC一般专门用于某个或者某类系统中，一般不为用户所知，如PHILIPS公司的SmartXA;,.,16,3.典型嵌入式处理器,概述51单片机系列MPC/PPC系列ARM处理器系列ARM处理器兼容系列,.,17,概述,目前主流的嵌入式处理器系列主要有51系列、MIPS系列、PowerPC系列、SuperH系列和ARM系列等；属于这些系列的嵌入式微处理器产品很多，有上千种以上；,.,18,EmbeddedRISCProcessorShipments,.,19,51单片机系列,为经典的8位嵌入式微控制器；特点：成本低、可靠性高；缺点：功能、性能也较简单；,.,20,MPC/PPC系列,Motorola推出的MPC系列，如MPC8XX；IBM推出PPC系列，如PPC4XX；如：IBMPowerPC集成10/100Mbps以太网控制器、串行和并行端口、内存控制器以及其它外设；主要应用在通信及消费电子领域；,.,21,ARM处理器,ARM公司ARM处理器版本ARM处理器特点ARM7内核简介ARM9系列微处理器SecurCore内核系列StrongARM与Xscale,.,22,ARM公司简介,ARM（AdvancedRISCMachine）公司是一家专门从事芯片IP设计与授权业务的英国公司，其产品有ARM内核以及各类外围接口；公司的特点是只设计芯片，而不生产，它将技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，并提供服务；ARM内核是一种32位RISC微处理器，具有功耗低、性价比高、代码密度高等三大特色；,.,23,Intel、Samsung、TI、Motorola、ST等的芯片厂商都是ARM的授权用户；ARM已成为业界公认的嵌入式微处理器标准；,将技术授权给其它芯片厂商,形成各具特色的ARM芯片,.,24,经过近20年的发展，ARM体系结构发展日趋成熟，功能越来越强，应用领域越来越广泛；从最初到现在，已经有六个主要的版本：ARMv1,ARMv2,ARMv3,ARMv4,ARMv5，ARMv6；ARMv1系列的CPU主要还是作为研究之用，后面几种都得到了较为广泛的应用；特别是ARMv4系列的CPU目前仍然是ARM芯片的主要开发版本；,ARM处理器版本,.,25,.,26,ARM处理器特点,寄存器：具有更多的通用寄存器；流水线：将指令处理过程分为多步，提高效率；低功耗：对于电池供电的设备，功耗无疑是重点；高代码密度：小的代码量可以减小存储成本；小面积：芯片内可以集成更多的外设，使系统硬件更紧凑简洁；价格低：降低开发难度和成本；,.,27,ARM7内核简介,该系列包括：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、带有高速缓存处理器宏单元的ARM720T、扩充了Jazelle的ARM7EJ-S；ARM7系列广泛应用于多媒体和嵌入式设备，包括Internet设备、网络和调制解调器设备，以及移动电话、PDA等无线设备；,.,28,ARM7TDMI简介,ARM7TDMI基于ARM体系结构V4版本，支持32位寻址范围；ARM7TDMI的后缀意义为：,.,29,ARM7TDMI的模块和内核框图,.,30,ARM7TDMI的模块和内核框图,.,31,ARM7TDMI的模块和内核框图,.,32,ARM9系列微处理器,ARM9系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能，具有以下特点：5级整数流水线，指令执行效率更高；提供1.1MIPS/MHZ的哈佛结构，支持数据Cache和指令Cache,具有更高的的指令和数据处理能力；全性能的MMU支持WindowsCE、Linux、PalmOs等多种主流嵌入式操作系统；应用领域：无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒等,.,33,三星S3C2410A,为Samsung公司推出的采用ARM920T内核，0.18um标准CMOS工艺的16/32位RISC处理器，提供了内部设备：分开的16KB的指令Cache，MMU虚拟存储管理；LCD控制器、系统管理器、3通道UART；4通道DMA、4通道PWM定时器、I/O端口；RTC、8通道10位ADC和触摸屏接口；IIC-BUS接口、USB主机、USB设备；SD主卡,.,39,PXA255处理器结构框图(Xscale),.,40,4.32位嵌入式处理器的发展趋势,