ARM体系结构.ppt

1、微迪培训中心,第四十二期,本讲培训目标,对ARM处理器相关产品有整体上的了解 了解选择ARM处理器的选择依据 了解ARM处理器的编程模型 了解ARM处理器的指令系统,微迪培训中心,第四十二期,课程内容,第一章 ARM处理器介绍,第二章 ARM处理器选择依据,第三章 ARM处理器编程模型,第四章 ARM处理器指令系统,微迪培训中心,第四十二期,ARM公司简介,ARM(Advanced RISC machines)公司是全球领先的16/32位微处理器知识产权设计供应商。1990年正式成立。 ARM 公司作为32位处理器内核的提供者，拥有100多家半导体合作伙伴。,微迪培训中心,第四十二期,ARM公

2、司简介,它不介入芯片的生产销售，只向各大半导体制造商出售知识产权。 现在设计、生产ARM芯片的国际大公司已经超过50多家。 目前已经占有75%以上的32位RISC嵌入式产品市场。在低功耗、低成本的嵌入式应用领域确立了市场领导地位。 ARM公司的网址,微迪培训中心,第四十二期,第一章ARM处理器介绍,微迪培训中心,第四十二期,ARM简介,ARM是一个CPU核。ARM公司自己并不生产或销售芯片，它采用技术授权模式，通过出售芯片技术授权，收取授权费与技术转让费 这种商业模式导致ARM公司专注于arm core 技术的设计。 价格合理，过去没有32位cpu研发能力的半导体公司进入这一行列。,微迪培训中

3、心,第四十二期,ARM简介,ARM首先在移动计算领域获得盛誉，目前基于ARM的SOC芯片在手持产品，多媒体消费产品，中底端网络设备广泛应用。 ARM体系性价比高，功耗低，获得了众多知名芯片厂家的支持和授权。 如Samsung,Atmel,Intel,Motorola,TI,Qualcomm，Conexant，CirrusLogic,SONY，LSI, LinkUp.,微迪培训中心,第四十二期,主要ARM芯片供应商及其代表性产品和主要应用领域,微迪培训中心,第四十二期,ARM简介,ARM功能强大，完善的开发工具支持，因此越来越受到国内工程师的欢迎。 目前国内流行的ARM处理器应用主要基于ARM7

4、TDMI内核。 -s3c4510 /44b0 -at9140800,微迪培训中心,第四十二期,嵌入式产品处理器,目8bit单片机主要问题是： 外围扩充代码/数据空间困难。 mips值低，无法快速实现协议处理功能，外接ethernet/上tcp/ip协议困难，无法完成视频音频处理,微迪培训中心,第四十二期,其他嵌入式处理器介绍,X86系列 Motolora系列 MIPS系列 SH/HP-RISC等系列,微迪培训中心,第四十二期,X86系列,CPU性能价格比良好 开发简单，软件兼容性好。 软件资源丰富 开发平台简单 目前有大量工控104板，CPCI板可使用,方便二次开发。,微迪培训中心,第四十二期

5、,X86系列cpuIntel公司,intel嵌入式x86系列：186series，386ex，486dx.I960 AMD嵌入式x86系列:186/188em/es/cc.Elan520. NS系列:Geode GX, GXLV,GXM,微迪培训中心,第四十二期,Motorola系列处理器,Motorola系列处理器 68k/Dragonball Cpu32 Coldfire PPC8xx PPC82xx,微迪培训中心,第四十二期,Motorola系列处理器,开发工具完备，技术支持力量强大 高端通信市场主要芯片供应商 抗干扰，军品指标 产品线完备,微迪培训中心,第四十二期,其他系列内核,SH3

6、 core: HP-RISC core: MIPS core: 有多款机顶盒/视频SOC产品使用 ST7.,微迪培训中心,第四十二期,ARM系列处理器,ARM系列内核的优势 低价格 低功耗 高处理能力。 另外具有Thumb,DSP,jazeller功能扩展 支持厂家多，资源重用性好。,微迪培训中心,第四十二期,ARM系列处理器,主流ARM内核： ARM7 /TDMI 720T ARM9/ARM9E ARM10 Securcore StrongARM/Xscale,微迪培训中心,第四十二期,ARM系列处理器,ATMEL公司arm系列 AT91系列 目标替代单片机，单纯CPU核。 AT75/76系

7、列： 内置arm7/DSP双内核，有Arm+2DSP/ARM+DSP+MAC,两种配置，加上PHY就可实现voip终端,微迪培训中心,第四十二期,ARM系列处理器,Cirrus logic公司 机顶盒/mp3/IA等专用SOC，有数模混合和视频/音频处理优势。 EP7211 EP7212 EP7209 EP9312,微迪培训中心,第四十二期,ARM系列处理器,NetScillon公司 ARM+NET系列芯片，关注设备上网（嵌入式internet）解决方案。 Samsung: Arm系列SOC芯片，4510/44b0/2410集成度高，关注网络/移动存储/mp3/pda应用。 Motolora

8、: 龙珠MX1，使用了arm9内核.,微迪培训中心,第四十二期,第二章ARM处理器的选择依据,微迪培训中心,第四十二期,第一、ARM微处理器内核的选择,用户如果希望使用WinCE或标准Linux等操作系统以减少软件开发时间，就需要选择ARM720T以上带有MMU（Memory Management Unit）功能的ARM芯片，ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、Strong-ARM都带有MMU功能。 ARM7TDMI（ S3C4510B ）则没有MMU，不支持Windows CE和标准Linux，但目前有uCLinux等不需要MMU支持的操作系统可运行于ARM7TD

9、MI硬件平台之上。 uCLinux已经成功移植到多种不带MMU的微处理器平台上，并在稳定性和其他方面都有上佳表现。,微迪培训中心,第四十二期,第二、系统的工作频率,系统的工作频率在很大程度上决定了ARM微处理器的处理能力。 ARM7系列微处理器的典型处理速度为0.9MIPS/MHz，常见的ARM7芯片系统主时钟为20MHz-133MHz ARM9系列微处理器的典型处理速度为1.1MIPS/MHz，常见的ARM9的系统主时钟频率为100MHz-233MHz， ARM10最高可以达到700MHz。,微迪培训中心,第四十二期,第三、片内外围电路的选择,除ARM微处理器核以外，几乎所有的ARM芯片均根

10、据各自不同的应用领域，扩展了相关功能模块，并集成在芯片之中，称之为片内外围电路 例如：USB接口、IIS接口、LCD控制器、键盘接口、RTC、ADC和DAC、DSP协处理器等 目的：设计者应分析系统的需求，尽可能采用片内外围电路完成所需的功能，这样既可简化系统的设计，同时提高系统的可靠性。,微迪培训中心,第四十二期,第四、芯片内存储器的容量,大多数的ARM微处理器片内存储器的容量都不太大，需要用户在设计系统时外扩存储器 但也有部分芯片具有相对较大的片内存储空间， 如ATMEL的AT91F40162就具有高达2MB的片内程序存储空间 用户在设计时可考虑选用这种类型，以简化系统的设计。,微迪培训中

11、心,第四十二期,第三章ARM微处理器的编程模型,微迪培训中心,第四十二期,ARM体系结构介绍,RISC 体系结构： 指令数少 寻址方式少 指令定长 单指令周期 多级流水线 寄存器完成运算，存储器只有加载和存储指令。,微迪培训中心,第四十二期,ARM体系结构介绍,ARM/THUMB模式 THUMB (inside 32bit,code s 16bit)-增加代码密度减少成本 ARM7TDMI （参下页） ARM7TDMI处理器可以在ARM/THUMB两种指令模式下工作和切换,微迪培训中心,第四十二期,ARM7TDMI,在ARM的内核终有四个功能模块，可以供生产厂商根据不同的要求来配置生产，这四个

12、模块分别是：T、D、M、I。 TTHUMB。该内核可以支持16位压缩指令集扩充到32位的指令 DDebug.该内核放置了用于调试的结构，通常为一个边界扫描链（JTAG），可以使CPU进入调试模式，从而方便的进行断点设置。 M Multiplier内嵌硬件8位乘法器 IICE（In-Circuit-Emulation ）。用于实现断点观测及变量观测的逻辑电路部分，其中TAP控制器可接入到边界扫描链,微迪培训中心,第四十二期,ARM体系结构介绍,内核7种工作模式： 用户态/FIQ/IRQ/管理态/中止态/系统态/未定义态。 用户态无法改变模式，除非异常发生(SWI) 1）用户态无法访问某些受限资源

13、，如修改CPSR的控制位。 2）除用户模式以外，其余的所有6种模式称之为非用户模式，或特权模式（Privileged Modes）； 3）其中除去用户模式和系统模式以外的5种又称为异常模式（Exception Modes），常用于处理中断或异常，以及需要访问受保护的系统资源等情况。,微迪培训中心,第四十二期,ARM寄存器,ARM微处理器共有37个32位寄存器，其中31个为通用寄存器，6个为状态寄存器。 R0R12 :通用寄存器 R8_FIQ -R12_FIQ：允许快速中断处理 R13用于各工作态的堆栈寄存器 R14用来保护程序调用的现场PC指针 R15:pc CPSR:状态寄存器 SPSR:用

14、于保存CPSR的状态,微迪培训中心,第四十二期,THUMB寄存器,SP-R13 LR-R14 PC R15 R8-R15 访问受限,微迪培训中心,第四十二期,中断与异常,区别：正在执行的程序发生暂时的停止是异常；它的当前状态没有保存。 复位：矢量表 0 x00000000 IRQ 中断irq引脚产生，比Fiq优先级低。进入Fiq时，会屏蔽irq FIQ 矢量放在矢量表的最后，另外有自己的临时寄存器，提升中断响应0 x0000001c 优先级：最高为复位，最低是SWI.,微迪培训中心,第四十二期,中断与异常,异常发生：将下一条当前要执行的指令地址存入LR中，复制CPSRSPSR.获得中断矢量并执

15、行。 异常处理函数返回： LR处理-PC SPSR CPSR 清除中断禁止位标志。,微迪培训中心,第四十二期,存储器和I/O,ARM体系同时支持大尾端/小尾端 小位端：11223344 -44，33，22，11。 大尾端：11223344 -11，22，33，44。 32根地址线 32根数据线 内部cache I/O采用内存映射的方式实现,微迪培训中心,第四十二期,第四章ARM处理器的指令系统,微迪培训中心,第四十二期,ARM指令寻址方式,寄存器寻址：ADDR0，R1，R2 ；R0R1R2 立即寻址：ADDR0，R0，1 ；R0R01 ADDR0，R0，0 x3f；R0R00 x3f ADDR

16、0，R0，&3f；R0R00 x3f 寄存器移位寻址： ADD R0,R1,R2,LSL #3 寄存器间接寻址： LDR R0,R1 STR R0,R1,微迪培训中心,第四十二期,ARM指令寻址方式,基址寻址： LDR R0，R1，4；R0R14 LDR R0，R1，4！；R0R14、R1R14 LDR R0，R1 ，4；R0R1、R1R14 LDR R0，R1，R2；R0R1R2,微迪培训中心,第四十二期,ARM指令集,多寄存器寻址： LDMIA R0,R1,R2,R3 块拷贝寻址： STMFD R13!,R2-R9 /PUSH LDMIA R0!,R2-R9 STMIA R1,R2-R9

17、LDMFD R13!,R2-R9 /POP,微迪培训中心,第四十二期,ARM指令集,相对寻址： BL SUBR MOV PC,R14,微迪培训中心,第四十二期,ARM指令集,条件执行: 所有的ARM指令可包含一个可选的条件码，只有在满足指定的条件时，带条件码的指令才能执行。 如果要指令的结果更新条件标志，需要在指令后面加S. 一些指令eg:CMP,CMN,TST,TEQ不需要加s,微迪培训中心,第四十二期,ARM指令集,EQ:/NE 等于/不等于 CS/HS: CC/LO 大于或等于/小于 MI:PL 负/正或零 VS:VC 溢出/不溢出 HI:LS 大于/小于或等于 GE:LT 大于或等于/

18、小于 -带符号 GT:LE 大于/小于或等于 -带符号,微迪培训中心,第四十二期,ARM系列开发,ARM处理器软件开发环境 SDT ADS GNU 嵌入式的c开发环境： 交叉编译/启动代码 定标器 远端调试,微迪培训中心,第四十二期,GNU介绍,Gnu与GDB ARM与嵌入式Linux,微迪培训中心,第四十二期,SDT/ADS简介,ADS使用了codewarrior外壳 使用更直观方便,调试器进行了改进。 SDT界面演示 APM建立一个新项目 编译/连接等选项配置说明 ADW+Jtag调试器演示,微迪培训中心,第四十二期,JTAG/ARM处理器的调试,ARM系列内置支持JTAG调试 JTAG调试演示 断点/RAM/ROM断点 察看内存 察看寄存器,微迪培训中心,第四十二期,仿真器与调试器的历史,全仿真器 使用硬件仿真芯片和仿真内存，连接困难，价格昂贵。 Rom monitor： 烧入Flash的一段小程序，可通过串/并/ethernet口调试,微迪培训中心,第四十二期,仿真器与调试器的历史,BDM 背景调试模式，由motorola提出，把相应调试微码放入处理器，使用高速串口进行访问。（rom monitor的进一步扩展） JTAG 边界扫描协议，是IEEE规范，目前是主流。使外界可以访问ASIC内部寄存器的技术。,微迪培训中心,第四十二期,仿真器与调试器的历史,BDM