《ARM嵌入式系统教程》第1章

1、ARM嵌入式系统教程第1章 ARM 嵌入式系统嵌入式系统 第第1章章 嵌入式系统概述嵌入式系统概述 ARM嵌入式系统教程第1章 学好ARM就有机会! ARM嵌入式系统教程第1章 ARM微处理器概述 uARMAdvanced RISC Machines uARM微处理器的应用领域微处理器的应用领域 uARM微处理器的特点微处理器的特点 uARM微处理器系列微处理器系列 uARM微处理器的体系结构微处理器的体系结构 uARM微处理器的应用选型微处理器的应用选型 ARM嵌入式系统教程第1章 ARMAdvanced RISC Machines uIP（Intellectual Property） 知识

2、产权。硅知识产权核是用于知识产权。硅知识产权核是用于ASIC、ASSP、PLD等当中，并且是预等当中，并且是预 先设计好的电路功能模块。先设计好的电路功能模块。IP核分为软核、硬核和固核核分为软核、硬核和固核 uFabless (无生产线）无生产线） uRISC Reduced Instruction Set Computer 精简指令集计算机精简指令集计算机 ARM：RISC处理器处理器IP核核Fabless ARM嵌入式系统教程第1章 ARM微处理器的应用领域 u无线通信领域：手机、无线通信领域：手机、PDA u消费类电子产品：数字媒体播放器、游戏机消费类电子产品：数字媒体播放器、游戏机

3、u网络应用：语音及视频处理、数字机顶盒、网络应用：语音及视频处理、数字机顶盒、VoIP u成像和安全产品：数码相机、打印机、成像和安全产品：数码相机、打印机、SIM智能卡智能卡 u工业控制与仪器仪表：工业控制与仪器仪表： u其他领域其他领域 ARM嵌入式系统教程第1章 ARM Powered Products Lexmark Z52 Color Jetprinter Samsung ML5100A JVC Pixstar GC-X1 HP Jornado 820 Psion Revo Plus HP CapShare Sony MZ-R90 MiniDisc Nokia 8810Nokia M

4、ediamaster Nintendo Gameboy Advance Ericsson R380 Alba Bush Internet TV 3Com 10/100 PCI NIC Iomega HipZip Diamond Multimedia Rio 600 ARM嵌入式系统教程第1章 ARM微处理器的特点 u体积小、低功耗、低成本、高性能体积小、低功耗、低成本、高性能 u支持支持Thumb（16位）位）/ARM（32位）双指令集位）双指令集 u大量使用寄存器，指令执行速度更快大量使用寄存器，指令执行速度更快 u大多数数据操作都在寄存器中完成大多数数据操作都在寄存器中完成 u寻址方式灵活

5、简单，执行效率高寻址方式灵活简单，执行效率高 u指令长度固定指令长度固定 ARM嵌入式系统教程第1章 ARM微处理器系列 uARM7 uARM9 uARM9E uARM10E uARM11 uSecurCore uIntel的的StrongARM、Xscale 目前仍在不断发展目前仍在不断发展 ARM嵌入式系统教程第1章 ARM7系列微处理器(1) 特点：特点： u低功耗低功耗 u嵌入式嵌入式ICERT逻辑逻辑 u0.9MIPS/MHz的的3级流水线结构级流水线结构 u32位位ARM指令集和指令集和16位的位的Thumb指令集指令集 u主频最高可达主频最高可达130MHz ICE：In Cir

6、cuit Emulation，在电路仿真，在电路仿真 MIPS：Million Instruction Per Second 每秒百万条指令每秒百万条指令 ARM嵌入式系统教程第1章 ARM7系列微处理器(2) 类型：类型： uARM7TDMI uARM7TDMI-S uARM720T uARM7EJ TDMI的基本含义为：的基本含义为： T： 支持支持16位压缩指令集位压缩指令集Thumb D： 支持片上支持片上Debug M： 内嵌硬件乘法器（内嵌硬件乘法器（Multiplier） I： 嵌入式嵌入式ICE，支持片上断点和调试点，支持片上断点和调试点 ARM嵌入式系统教程第1章 ARM7系

7、列微处理器(3) 典型芯片：典型芯片： ATMEL:AT91M40800/55800A Samsung:S3C44B0/4510B ST:STR710 x ARM嵌入式系统教程第1章 ARM9系列微处理器(1) 特点：特点： u1.1MIPS/MHz的哈佛结构，的哈佛结构，5级流水线级流水线 u32位位ARM指令集和指令集和16位位Thumb指令集指令集 u支持支持32位的高速位的高速AMBA总线接口总线接口 u全性能的全性能的MMU，支持，支持Windows CE、Linux、Palm OS 等多种主流嵌入式操作系统等多种主流嵌入式操作系统 u支持数据支持数据Cache和指令和指令Cache

8、，具有更高的指令和数据，具有更高的指令和数据 处理能力处理能力 MMU：Memory Management Unit ARM嵌入式系统教程第1章 ARM9系列微处理器（2） 类型：类型： uARM920T uARM922T uARM940T ARM嵌入式系统教程第1章 ARM9系列微处理器（3） 典型芯片：典型芯片： uATMEL:AT91RM9200（ARM920T） uSamsung：S3C2410（ARM920T） uTI:OMAP5910（ARM925 + C55x） DaVinci（ARM926EJ-S + C64x） ARM嵌入式系统教程第1章 ARM9E系列微处理器 ARM9E系

9、列微处理器为可综合处理器，使用单一的处理器内核提供了微控制 器、DSP、Java应用系统的解决方案，极大的减少了芯片的面积和系统的复 杂程度。ARM9E系列微处理器提供了增强的DSP处理能力，很适合于那些需要 同时使用DSP和微控制器的应用场合。 ARM9E系列微处理器的主要特点如下： u支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。 u5级流水线，指令执行效率更高。 u支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。 u支持32位的高速AMBA总线接口。 u支持VFP9浮点处理协处理器。 u全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操 作系统。

10、 uMPU支持实时操作系统。 u支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力。 u主频最高可达300MIPS。 ARM9系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工 业控制、存储设备和网络设备等领域。 ARM9E系列微处理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM966E-S三种类 型，以适用于不同的应用场合。 ARM嵌入式系统教程第1章 ARM10E系列微处理器 ARM10E系列微处理器具有高性能、低功耗的特点，由于采用了新的体系结构，与同 等的ARM9器件相比较，在同样的时钟频率下，性能提高了近50，同时，ARM10E系 列微处理器采用了两

11、种先进的节能方式，使其功耗极低。 ARM10E系列微处理器的主要特点如下： u支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。 u6级整数流水线，指令执行效率更高。 u支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。 u支持64位的高速AMBA总线接口。 u支持VFP10浮点处理协处理器。 u全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统。 u支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力 u主频最高可达400MIPS。 u内嵌并行读/写操作部件。 ARM10E系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控

12、 制、通信和信息系统等领域。 ARM10E系列微处理器包含ARM1020E、ARM1022E和ARM1026EJ-S三种类型，以适 用于不同的应用场合。 ARM嵌入式系统教程第1章 ARM11E系列微处理器 ARM公司在2003年4月29日宣布了其下一代ARM 架构的CPUARM11（又名Jaguar），基于 ARM11的微处理器具有更强的性能，尤其是多媒 体处理能力。 ARM11微处理器采用0.13微米工艺，低端产品 运行在350MHz500MHz，高端产品运行在 533750MHz，如果将加工工艺减小到0.10微 米，那么芯片速度将达1GHz。 目前的ARM7和ARM9内核的芯片最大速度只

13、能到 400MHz。目前最快的嵌入式处理器为Intel的 Xscale，最高主频为500MHz。 ARM嵌入式系统教程第1章 SecurCore系列微处理器 SecurCore系列微处理器专为安全需要而设计，提供了完善的32位 RISC技术的安全解决方案，因此，SecurCore系列微处理器除了具 有ARM体系结构的低功耗、高性能的特点外，还具有其独特的优势， 即提供了对安全解决方案的支持。 SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构各种主要特点外， 还在系统安全方面具有如下的特点： u带有灵活的保护单元，以确保操作系统和应用数据的安全。 u采用软内核技术，防止外部对其进行扫描探测。

14、 u可集成用户自己的安全特性和其他协处理器。 SecurCore系列微处理器主要应用于一些对安全性要求较高的应用 产品及应用系统，如电子商务、电子政务、电子银行业务、网络和 认证系统等领域。 SecurCore系列微处理器包含SecurCore SC100、SecurCore SC110、SecurCore SC200和SecurCore SC210四种类型，以 适用于不同的应用场合。 ARM嵌入式系统教程第1章 Intel的StrongARM、Xscale系列微处理器 Intel公司推出的面向无线移动终端开发的体系结构公司推出的面向无线移动终端开发的体系结构“ Personal Intern

15、et Client Architecture (PCA)” 是一个开放的嵌入式是一个开放的嵌入式 系统开发应用平台，它以系统开发应用平台，它以XSCALE系列嵌入式处理器为核心，支持系列嵌入式处理器为核心，支持 Linux、WinCENET和和VxWorks等操作系统，是一个理想的面向无线等操作系统，是一个理想的面向无线 互连的应用平台。互连的应用平台。 Xscale 处理器是基于处理器是基于ARMv5TE体系结构的解决方案，是一款全性能、体系结构的解决方案，是一款全性能、 高性价比、低功耗的处理器。它支持高性价比、低功耗的处理器。它支持DSP指令集，已使用在数字移动电指令集，已使用在数字移动

16、电 话、个人数字助理和网络产品等场合。话、个人数字助理和网络产品等场合。 Xscale 处理器是处理器是Intel目前主要推广的一款目前主要推广的一款ARM微处理器。微处理器。 典型芯片：典型芯片：PXA250/255/270/272 ARM嵌入式系统教程第1章 ARM微处理器的体系结构（1） RISC体系结构特点：体系结构特点： u在进行指令系统设计时，只选择使用频率很高的指令，在此基础上增加在进行指令系统设计时，只选择使用频率很高的指令，在此基础上增加 少量能有效支持操作系统和高级语言实现以及其他功能的指令，使指令少量能有效支持操作系统和高级语言实现以及其他功能的指令，使指令 条数大大减少

17、条数大大减少 u采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有23种种 u使用单周期指令，便于流水线操作执行使用单周期指令，便于流水线操作执行 u大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/存储指存储指 令可以访问存储器，以提高指令的执行效率令可以访问存储器，以提高指令的执行效率 u为提高指令执行速度，大部分指令直接采用硬件电路实现，少量采用微为提高指令执行速度，大部分指令直接采用硬件电路实现，少量采用微 码实现码实现 ARM嵌入式系统教程第1章 ARM微处理器的

18、体系结构（2） ARM体系结构还采用了一些特别的技术，在保证高性能的前体系结构还采用了一些特别的技术，在保证高性能的前 提下尽量缩小芯片的面积，并降低功耗。提下尽量缩小芯片的面积，并降低功耗。 u大多数的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从大多数的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从 而提高指令的执行效率而提高指令的执行效率 u可用加载可用加载/存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率 u可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理 u在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率 ARM嵌入式系统教程第1章 ARM微处理器的应用选型 uARM微处理器内核的选择微处理器内核的选择 运行运行Windows CE、Linux ARM720T以上带有以上带有MMU ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、Xscale 运行运行uCLinux、RTLinux、uC/OSII ARM7TDMI ARM嵌入式系统教程第1章 ARM微处理器的应用选型 u系统的工作频率系统的工作频率 u片内存储器的容量片内存储器的容量 u片内外围电路片内外围电路