第1章ARM嵌入式微处理器概述

1ARM处置器系统运用与开发第一章ARM嵌入式微处置器概述1.1ARM处置器特点与分类核体系构造ARM7TDMI，ARM710T，ARM720TARM740TV4TStrongARM，ARM8，ARM810V4ARM9TDMI，ARM920T，ARM940TV4TARM9E-SV5TEARM10TDMI，ARM1020EV5TEARM11，ARM1156T2-S，ARM1156T2F-S，ARM1176JZ-S，ARM11JZF-SV6Cortex–A15,Cortex–A9,Cortex–A8,A7，A5V7ACortex–R系列V7RCortex–M系列V7MARM开展历程ARM微处置器系列ARM7微处置器系列ARM9微处置器系列ARM9E微处置器系列ARM10E微处置器系列ARM11系列Cortex系列SecurCore系列Intel的Xscale系列Inter的StrongARMARM9微处置器系列Cache内存管理流水线级别ThumbDSPJazelleARM9TDMI无无5有无无ARM920T16K/16kMMU5有无无ARM922T8k/8kMMU5有无无ARM9的时钟频率比ARM7更高，在同样的加工工艺下，ARM9TDMI处置器的时钟频率是ARM7TDMI的1．8～2．2倍。ARM9E微处置器系列Cache内存管理流水线级别ThumbDSPJazelleARM926EJ-S4KB~128KBMMU5/6有有有ARM946E-S4KB~1MBMPU5有有无ARM966E-S无无5有有无ARM968E-S无无5有有无ARM996HS无MPU5/6有有无ARM10E微处置器系列Cache内存管理流水线级别ThumbDSPJazelleARM1020E32KBMMU6有有无ARM1022E16KBMMU6有有有ARM1026EJ-S4~128KBMMU6有有有ARM11微处置器系列Cache内存管理流水线级别ThumbDSPJazelle浮点运算ARM1136J-S4~64KBMMU8有有有无ARM1135JF-S4~64KBMMU8有有有有ARM1156T2-S可配置9Thumb-2有无无ARM1156T2F-S可配置9Thumb-2有无有ARM1176JZ-S可配置9Thumb-2有有无ARM1176JZF-S可配置9Thumb-2有有有ARM11系列微处置器是ARM公司近年推出的新一代RISC处置器，它是ARM新指令架构——ARMv6的第一代设计实现。Cortex微处置器系列Cortex系列微处置器属于ARMv7架构，这是ARM公司最新的指令集架构。Cortex处置器类型包括：Cortex-M3Cortex-A15、9、8、7、5Cortex-R4、R4F、R5、R7Cortex微处置器系列Cortex-M3采用ARMv7-M架构，它包括一切的16位Thumb指令集和根本的32位Thumb-2指令集架构，单片机的完美替代品Cortex-A15四核芯片，2.5GHz，支持超越4GB的内存，运用于高级智能手机、挪动计算、高端数字家庭文娱、无线根底构造、低功耗效力器。Cortex-A15内核智能手机，是当前的高级智能手机性能的五倍。运用选型ARM处置器选型的几个关键要素：能否需求支持操作系统——内核版本ARM9以后多带有MMU单元，以实现对操作系统的支持。处置才干要求——系统时钟在很大程度上决议了微处置器的处置才干。常见的ARM7芯片系统主时钟频率为20～133MHz常见的ARM9芯片的系统主时钟频率为100～233MHz运用选型〔续〕芯片内存储器容量的要求——绝对大多数ARM处置器都在片内集成有存储单元，但容量各有区别。片内扩展模块的选择——几乎一切的ARM芯片均需求根据各自不同的运用领域，扩展相关功能模块，并集成在芯片内部，称之为片内扩展模块。多芯核构造的选择——某些供应商提供的ARM芯片内置多个处置器内核。如ARM+DSP、ARM+FPGA、ARM+ARM等处置器封装的选择——ARM芯片如今主要的封装有QFP、TQFP、PQFP、LQFP、BGA、LBGA等方式。1.2ARM微处置器体系构造1.2.1ARM处置器形状处置器形状ARM7TDMI处置器内核包含2套指令系统，分别为ARM指令集和Thumb指令，并且各自对应1种处置器的形状：ARM形状：32位，处置器执行字方式的ARM指令，处置器默以为此形状；Thumb形状：16位，处置器执行半字方式的Thumb指令。2.4ARM处置器形状形状切换的一个例子运用BX指令将ARM内核的操作形状在ARM形状和Thumb形状之间进展切换。ARM指令集Thumb指令集指令集关系1.2.2ARM处置器的运转方式ARM体系构造支持7种处置器方式，分别为：用户方式、快中断方式、中断方式、管理方式、中止方式、未定义方式和系统方式。这样的益处是可以更好的支持操作系统并提高任务效率。ARM7TDMI完全支持这七种方式。ARM微处置器的任务方式◆►usr：ARM处置器正常的程序执行形状►fiq：用于高速数据传输或通道处置►irq：用于通用的中断处置►svc：操作系统运用的维护方式►abt：用于虚拟存储及存储维护►sys：运转具有特权的操作系统义务►und：当出现未定义指令终止时进入该方式1.2.3ARM体系构造的存储器格式ARM微处置器的存储器格式◆►ARM体系构造所支持的最大寻址空间为4GB〔232字节〕►ARM体系构造将存储器看作是从零地址开场的字节的线性组合。从零字节到三字节放置第一个存储的字数据，从第四个字节到第七个字节放置第二个存储的字数据，依次陈列。►ARM体系构造可以用两种方法存储字数据，称之为大端格式和小端格式ARM微处置器的存储器格式ARM微处置器的存储器格式—大端格式◆►在这种格式中，字数据的高字节存储在低地址中，而字数据的低字节那么存放在高地址中ARM微处置器的存储器格式ARM微处置器的存储器格式—小端格式◆►与大端存储格式相反，在小端存储格式中，低地址中存放的是字数据的低字节，高地址存放的是字数据的高字节1.2.4ARM的存放器组织在ARM处置器内部共有37个用户可访问的存放器，分别为31个通用32位存放器和6个形状存放器。ARM处置器共有7种不同的处置器方式，每种方式都有一组相应的存放器组，最多可以18个活动的存放器。ARM形状各方式下的存放器寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_scvR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR13_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR－SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq一切的37个存放器，分成两大类：31个通用32位存放器；6个形状存放器。1.2.4ARM的存放器组织在Thumb形状各方式下实践访问的存放器Thumb形状存放器集是ARM形状集的子集，程序员可以直接访问的存放器为：8个通用存放器R0～R7；程序计数器〔PC〕；堆栈指针〔SP〕；链接存放器〔LR〕；当前程序形状存放器〔CPSR〕。ARM形状Thumb存放器在ARM形状存放器上的映射R0R1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12堆栈指针(R13)连接寄存器(R14)程序计数器(R15)CPSRSPSRR0R1R2R3R4R5R6R7堆栈指针(SP)连接寄存器(LR)程序计数器(PC)CPSRThumb形状Thumb形状R0～R7与ARM形状R0～R7一样；1Thumb形状CPSR(无SPSR)与ARM形状CPSR一样。5Thumb形状SP映射到ARM形状R13；2Thumb形状LR映射到ARM形状R14；3Thumb形状PC映射到ARM形状R15(PC)；4低端存放器高端存放器在Thumb形状中，高端存放器的访问是遭到限制的，只需MOV、CMP和ADD指令可以对其访问，可以用于数据的快速暂存。1.2.5异常处置异常简介只需正常的程序流被暂时中止，处置器就进入异常方式。例如在用户方式下执行程序时，当外设向处置器内核发出中断恳求导致内核从用户方式切换到异常中断方式。假好像时发生两个或更多异常，那么将按照固定的顺序来处置异常。异常入口/出口汇总下表所示为异常前往地址值以及退出异常处置程序所引荐运用的指令。异常或入口返回指令返回地址SWIMOVSPC,R14_svcR14未定义的指令MOVSPC,R14_undR14预取中止SUBSPC,R14_abt,#4R14－4快速中断SUBSPC,R14_fiq,#4R14－4中断SUBSPC,R14_irq,#4R14－4数据中止SUBSPC,R14_abt,#8R14－8复位无－1.2.5ARM体系的异常异常向量表地址异常进入时的模式进入时I的状态进入时F的状态0x00000000复位管理禁止禁止0x00000004未定义指令未定义IF0x00000008软件中断异常管理禁止F0x0000000C中止（预取）中止IF0x00000010中止（数据）中止IF0x00000014保留保留－－0x00000018IRQ中断禁止F0x0000001CFIQ快速中断禁止禁止注：表中的I和F表示不对该位有影响，保管原来的值。1.2.5ARM体系的异常异常优先级当多个异常同时发生时，一个固定的优先级决议系统处置它们的顺序。优先级异常1复位2数据中止3FIQ4IRQ5预取指中止6未定义指令中止6软件中断异常优先级由高到低S3C2440处置器引见三星ARM处置器引见S3C44B0：ARM7TDMI、66MHz、集成LCD控制器〔支持STN，但不支持TFT〕、无网络接口；适用产品：POS、PDA、E-BOOK、GPS、智能、电子书包、机顶盒，手持游戏机等等。160LQFP，160FBGA。支持LINUX、PSOS、uC/OSII等。S3C2410：ARM920T、200MHz、支持TFT、USBHOST、USBDEVICE、SDCard以及MMC接口、触摸屏接口，NANDFLASH直接引导。无网络接口。适用产品：POS、PDA、E-BOOK、GPS、智能、电子书包、机顶盒，手持游戏机、电子相册、多媒体产品、视频监控、智能控制仪表等等。272BGA。支持WINCE、LINUX、VxWorks等。三星ARM处置器引见S3C2440：ARM920T、400~533MHz、支持TFT、USBHOST、DEVICE、SDCard以及MMC接口、触摸屏接口、AC’97CODEC、8通道10bitADC、照相机接口、289-FBGA，S3C2440CPU支持包括微软WindowsCE、PalmOS、Symbian和Linux等操作系统

S3C2440功能特点S3C2440是三星公司开发的一款基于ARM920T内核和0.18umCMOS工艺的16/32位RISC微处置器，适用于低成本、低功耗、高性能的手持设备或其它电子产品。S3C2440中集成了以下一些通用的系统外设和接口：1.8V内核电压，3.3V存储电压，3.3VI/O电压。包括16KB的I-Cache〔指令高速缓存〕、16KB的D-Cache〔数据高速缓存〕和MMU〔存储管理单元〕外部的存储控制器〔SDRAM控制器和片选逻辑〕LCD控制器〔最高支持4K色的STN和16M色的TFT〕，包括一个LCDDMA4个带外部恳求管脚的DMA3个UART、2个SPIS3C2440功能特点1个IIC-BUS控制器、1个IIS-BUS控制器SD主机接口，兼容Multi-MediaCardProtocolV2.112端口USB主设备接口、1端口USB从设备接口〔V1.1〕4个PWM时钟和1个内部时钟看门狗时钟117个GPIO、24个外部中断源功率控制：Normal,Slow,Idle,Power-off四种方式8路10-bitADC和触摸屏接口带ALARM功能的RTC带PLL的片上时钟发生器NANDFlash控制器,支持从NANDflash启动S3C2440X内核构造S3C2440X内核构造S3C2440的封装〔289FBGA)S3C6410处置器引见ARM11系列微处置器是ARM公司近年推出的新一代RISC处置器，它是ARM新指令架构——ARMv6的第一代设计实现。该系列主要有ARM1J，ARM1156T2和ARM1176JZ三个内核型号，分别针对不同运用领域。ARMv6架构是根据下一代的消费类电子、无线设备、网络运用和汽车电子产品等需求而制定的。ARM11的媒体处置才干和低功耗特点，特别适用于无线和消费类电子产品；其高数据吞吐量和高性能的结合非常适宜网络处置运用；另外，在实时性能和浮点处置等方面ARM11可以满足汽车电子运用的需求。S3C6410简介S3C6410是一款低功率、高性价比、高性能的用于挪动和通用途置RSIC处置器。为2.5G和3G通讯效力提供了优化的硬件性能，采用64/32bit的内部总线架构，交融了AXI、AHB、APB总线。还有很多强大的硬件加速器，包括运动视频处置、音频处置、2D加速、显示处置和缩放。一个集成的MFC(Multi-FormatvideoCodec)支持MPEG4/H.263/H.264编解码和VC1的解码，这个硬件编解码器支持实时的视频会议以及NTSC和PAL制式的TV输出。此外还内置一个采用最先进技术的3D加速器，支持OpenGLES1.1/2.0和D3DMAPI能实现4Mtriangles/s的3D加速。S3C6410简介S3C6410包括优化的外部存储器接口，该接口能满足在高端通讯效力中的数据带宽要求。接口分为两路，DRAM和Flash/ROM/DRAM端口。DRAM端口可以经过配置来支持MobileDDR、DDR、Mobile