LPC2000系列ARM硬件结构与功能简介.ppt

介绍LPC2000系列arm的硬件结构和功能，主要内容，第一章ARM及其架构介绍，第二章ARM介绍，第三章ARM硬件结构介绍，第一章ARM及其架构介绍，1.1 ARM公司介绍，1.2 ARM架构介绍，1.3 ARM处理器核心介绍，1.4处理器状态和模式，1.1 ARM介绍，ARM公司介绍。ARM是AdvancedRISCMachines的缩写。它是微处理器行业的知名企业。企业设计了大量高性能、低成本、低能耗的精简指令集处理器。该公司的特点是只设计芯片，不生产芯片。它向世界上许多著名的半导体、软件和原始设备制造商授权技术并提供服务。1.2 ARM架构简介ARM架构ARM处理器是RISC芯片，其简单的结构使得ARM内核非常小，这使得设备的功耗非常低。它具有经典RISC的特点：1.2体系结构简介，ARM体系结构特点：1.2体系结构简介，ARM体系结构版本，ARM体系结构从最初的开发到现在已经有了很大的改进，并且还在改进和发展中。为了清楚地表达每个ARM应用实例使用的指令集，ARM公司定义了ARM指令集体系结构的五个主要版本，用版本号v1到V5表示。1.2 ARM体系结构简介，体系结构直接支持的数据类型，ARM处理器支持以下数据类型：字节8位半字16位(必须分配以占用两个字节)，字32字节(必须分配以占用四个字节)，体系结构直接支持的数据类型，注意：V4版本后的ARM结构都支持这三种结构(包括V4版本)，而以前的版本只支持字节和字；当数据类型被定义为无符号时，n位数据值使用正常的二进制格式来表示从0到2n-1的非负整数；当数据类型被定义为有符号类型时，n位数据值使用补码格式2来表示范围从-2n-1到2n-1-1的整数；1.2 arm体系结构简介，体系结构直接支持的数据类型，注意：所有数据操作，如ADD，都是用文字表示的；加载和保存指令可以对字节、半字和字进行操作，并在加载字节或半字时自动实现零扩展或符号扩展；ARM指令的长度正好是1个字(分配为占用4个字节)，Thumb指令的长度正好是半个字(占用2个字节)。1.2ARM架构简介，1.2 ARM处理器内核，ARM处理器内核简介，ARM公司已经开发了许多系列的ARM处理器内核。目前，最新的系列是ARM11，而ARM6内核和更早的系列是罕见的。目前，广泛使用的系列有：1.3ARM处理器内核，各系列ARM内核应用领域中的ARM7系列广泛应用于多媒体和嵌入式设备，包括互联网设备、网络和调制解调器设备，以及手机和PDA等无线设备。ARM9系列主要用于发动机管理、仪器仪表、安全系统和机顶盒。由于其高性能的整数和浮点性能，ARM10可用于视频游戏和高性能打印机。SecurCore系列主要用于新兴证券市场。英特尔Xscale微控制器提供了一种高性能、低成本、低功耗的解决方案。1.3ARM处理器内核，推出ARM7TDMI，ARM7TDMI是基于V4版本的ARM架构，目前是低端ARM内核。它有广泛的应用，其中最突出的是数字手机。注：“ARM内核”不是芯片。只有当ARM内核与其他组件(如RAM、ROM和片上外设)结合在一起时，它才能形成真正的芯片。1.3ARM处理器内核，推出ARM7TDMI，ARM7TDMI支持32位寻址范围，弥补了ARM6在5V电源电压下无法工作的不足。ARM7TDMI的后缀含义是：1.3 ARM处理器内核，ARM7TDMI简介，ARM7TDMI处理器是arm通用32位微处理器家族的成员之一。它具有出色的性能，但功耗非常低，使用的门数量也非常少。它属于精简指令集计算机(RISC)，比复杂指令集计算机(CISC)简单得多。这种简化实现了：高指令吞吐量；出色的实时中断响应；经济实惠的小型处理器宏这样，可以同时执行几个操作，并且处理和存储系统可以连续操作，提供0.9兆位/兆赫兹的指令执行速度。ARM7TDMI流水线分为三个阶段：提取解码执行、1.3ARM处理器内核和三阶段流水线。在正常操作期间，执行一条指令，同时解码下一条指令，并从存储器中取出第三条指令。这三条指令之间的位置关系如下表所示：1.3ARM处理器内核、内存访问和ARM7TDMI处理器使用VonNeumann结构，指令和数据共享一条32位总线。只有加载、存储和交换指令才能访问内存中的数据。数据可以是字节(8位)、半字(16位)或字(32位)。1.4处理器状态和模式，处理器状态，ARM7TDMI处理器内核使用V4T版本的ARM架构，其中包括32位ARM指令集和16位Thumb指令集。因此，ARM7TDMI处理器有两种工作状态：ARM状态：32位，以字的形式执行ARM指令；拇指状态：16位，其中执行半字拇指指令。注意：两种状态之间的切换不会影响处理器模式或寄存器内容。1.4处理器状态和模式，处理器模式简介，ARM架构支持7种处理器模式：用户模式、快速中断模式、中断模式、管理模式、中断模式、未定义模式和系统模式，如下表所示。优点是它可以更好地支持操作系统，提高工作效率。ARM7TDMI完全支持这七种模式。1.4处理器状态和模式，处理器模式，1.4处理器状态和模式，特权模式，除了用户模式，所有其他模式都是特权模式。在硬件设计中，仅允许(或者仅允许)在特权模式下访问ARM内部寄存器和一些片内外设。此外，特权模式可以自由切换处理器模式，而用户模式不能直接切换到其他模式。1.4处理器状态和模式，异常模式，这五种模式称为异常模式。它们不仅可以通过程序切换进入，也可以通过特定的例外进入。当特定异常发生时，处理器进入相应的模式。每个异常模式都有一些独立的寄存器，以避免异常退出时用户模式的不可靠状态。1.4处理器状态和模式、用户和系统模式，这两种模式都不能通过异常输入，并且它们使用完全相同的寄存器组。系统模式是特权模式，不受用户模式的限制。在这种模式下，操作系统可以方便地访问用户模式寄存器，操作系统的一些特权任务可以使用这种模式访问一些受控资源。第2章介绍了LPC2000系列ARM，2.1功能概述2.2主要功能2.3引脚配置，2.1功能概述，LPC2000系列微控制器概述，基于ARM7TDMI-SCPU内核的LPC2000系列微控制器。支持ARM和Thumb指令集，片上集成丰富的外设，并且具有非常低的功耗。该系列微控制器特别适用于工业控制、医疗系统、门禁控制和POS机。LPC2000系列器件信息，2.2主要特性，LPC2114/2124特性：-16/32位ARM7TDMI-S内核，超小型LQFP64封装；-16kB片内静态随机存取存储器；-128/256千字节片内闪存程序存储器，128位宽接口/加速器可实现高达60兆赫兹的工作频率；-可加密：世界上第一个实现可加密的ARM微控制器；-片上引导加载程序用于实现系统内编程和应用内编程。-512字节行编程时间为1毫秒。单个扇区或整个擦除时间为400毫秒；-嵌入式医疗启用断点和观察点。当片上实时监控软件用于调试前台任务时，中断服务程序可以继续运行。-嵌入式跟踪宏单元(ETM)支持执行代码的无干扰高速实时跟踪；-4个10位模数转换器，转换时间低至2.44s；-2个32位定时器(具有4个捕获和4个比较通道)、脉宽调制单元(6个输出)、实时时钟和看门狗；-多个串行接口，包括2个16C550工业标准UART、高速I2C接口(400千赫)和2个SPI接口；-可通过片内锁相环实现高达60兆赫的中央处理器工作频率；-矢量中断控制器。可配置的优先级和矢量地址；-多达46个通用输入/输出端口(能够承受5V电压)和9个由边沿或电平触发的外部中断引脚；-片内晶体振荡器的频率范围：10-25 MhZ；-2种低功耗模式：空闲和掉电；-通过外部中断将处理器从掉电模式唤醒；-双电源-中央处理器工作电压范围：1.65 1.95伏(1.8伏0.15伏)；-输入/输出工作电压范围：3.03.6V(3.0V10%)，可承受5V电压。2.3引脚配置，LPC2000系列芯片简介，lpc2210/2212/2214，lpc2114/2124，2.3引脚配置，引脚功能选择示例，LPC2000系列微控制器引脚一般是多功能复用，但同一引脚只能同时使用一种功能，这可以通过设置PINSELx寄存器来选择，详见“引脚连接模块”部分。通过PINSEL0控制引脚功能，第3章LPC2000系列ARM硬件结构，3.1硬件结构和功能简介3.2内存寻址3.3系统控制模块3.4内存加速模块，3.1硬件结构和功能简介，芯片内部框图，LPC2000系列微控制器包括四大部分：ARM7TDMI-SCPU，ARM7本地总线及相关组件，AHB高性能总线及相关组件，VLSI外围总线及相关组件，芯片内部框图，LPC2000系列微控制器配置ARM7TDMIAHB SCPU的ARM7TDMI外设被分配了一个2M字节地址范围，它位于4G字节ARM地址空间的顶部。每个AHB外设被分配16KB的地址空间。LPC2000系列微控制器的外围功能(中断控制器除外)都连接到VPB总线。从AHB到VPB的桥连接VPB总线和AHB总线。从3.5GB的地址点开始，VPB外设也被分配了一个2字节的地址范围。每个VPB外围设备分配有16KB的地址空间。AHBToVPB桥，在芯片中引入每个单元，内部存储器包括非等待静态随机存取存储器和闪存；外部存储器控制器(EMC)支持4组外部SRAM或闪存，每组最大容量为16MB；系统功能包括一些维持芯片运行的基本功能，如系统时钟、复位等。矢量中断控制器(VIC)可以减少中断的响应时间，并且可以管理多达32个中断请求。I2C串行接口是标准的I2C总线接口，支持400kb的最大速度；电磁兼容、系统功能、集成电路、I2C串行接口、芯片内每个单元的引入，以及两个完全独立的串行接口控制器，它们遵循串行接口规范，可以配置为串行接口主机或从机。具有两个UART接口，每个接口包含一个16字节的接收/发送FIFO和一个内置波特率发生器。其中串口1具有调制解调器接口功能；包括LPC2119/2129/2290/2292和其他芯片中的CAN总线接口；看门狗定时器带