嵌入式系统基础第一章ARM处理器概述.ppt

1、1,C H A P T E R,ARM处理器概述,第1章 目录,1.ARM简介 2.ARM处理器系列 3.ARM处理器核的分类和扩充标识 4. ARM处理器结构简介,第1章 目录,1.ARM简介 2.ARM处理器系列 3.ARM处理器核的分类和扩充标识 4. ARM处理器结构简介,1.1 ARM简介,什么是ARM,ARM是Advanced RISC Machines的缩写。它有三种含义： 公司的名称； 一类处理器的通称； 一种技术的名称,1.1 ARM简介,CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer） 具有大量的指令和寻址方式 8/2原则：80%的程

2、序只使用20%的指令 大多数程序只使用少量的指令就能够运行 RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer) 在通道中只包含最有用的指令 确保数据通道快速执行每一条指令 使CPU硬件结构设计变得更为简单,1.1 ARM简介,ARM公司简介 1985年4月26日，第一个ARM原型在英国剑桥的Acorn计算机有限公司诞生，由美国加州San Jose VLSI技术公司制造。 20世纪80年代后期，ARM很快开发成Acorn的台式机产品，形成英国的计算机教育基础。 1990年成立了Advanced RISC Machines Limited。 ARM公司虽然只成

3、立10多年，但在1999年因移动电话火爆市场，其32位RISC处理器占市场份额超过了50%，成为业界龙头老大。2001年初，ARM公司的32位RISC处理器市场占有率超过了75%，引起业界的极大关注。ARM公司是知识产权供应商，是设计公司。ARM公司本身不生产芯片，靠转让设计许可，由合作伙伴公司来生产各具特色的芯片。,1.1 ARM简介,ARM处理器的3大特点如下： 小体积、低功耗、成本低、高性能； 16位/32位双指令集； 全球众多的合作伙伴。,将技术授权给其它芯片厂商,形成各具特色的ARM芯片,1.1 ARM简介,当前ARM体系结构的扩充包括： Thumb:16位指令集，用以改善代码密度；

4、 DSP：用于DSP应用的算术运算指令集； Jazeller：允许直接执行Java安节码的扩充。 ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集，以允许软件编码为更短的16位指令。与等价的32代码相比，占用的存储器空间节省高达35%，然而保留了32位系统所有的优势。,1.1 ARM简介,ARM处理器系列提供的解决方案包括： 在无线、消费电子和图像应用方面的开放平台； 存储、自动化、工业和网络应用的嵌入式实时系统； 智能卡和SIM卡的安全应用。,goReader Internet eBook,Samsung AnyWeb Internet Screen Phone,eRemote Intel

5、ligent Home Controller,Tektronix TDS7000 Digital Oscilloscopes,Nixvue Digital Album Digital Photo Album,第1章 目录,1.ARM简介 2.ARM处理器系列 3.ARM处理器核的分类和扩充标识 4. ARM处理器结构简介,1.2 ARM处理器系列,ARM处理器的命名规则： ARM产品通常以ARMxyzTDMIEJF-s,1.2 ARM处理器系列,ARM处理器的命名规则： ARM7TDMI之后的所有ARM内核，即使没有包含TDMI字符也都默认包含了TDMI的功能特性 JTAG是有IEEE1149

6、.1标准测试访问端口和边界扫描结构来描述的 嵌入式ICE宏单元是建立在处理器内部用来设置断点和观察点的调试硬件 可综合意味着处理器内核是以源代码形式提供的,1.2 ARM处理器系列,ARM处理器系列类型：,1.2 ARM处理器系列,ARM处理器系列,ARM公司开发了很多系列的ARM处理器核，目前最新的系列已经是ARM11了，而ARM6核以及更早的系列已经很罕见了。目前应用比较广泛的系列是：,ARM7,ARM9,ARM9E,ARM10,SecurCore,Xscale,ARM11,Cortex,1.2 ARM处理器系列,ARM7概述 ARM7 内核采用冯诺伊曼体系结构，数据和指令使用同一条总线。

7、内核有一条3级流水线，执行ARMv4 指令集,指令寄存器,控制器,数据通道,输入,输出,中央处理器,程序存储器,指令0,指令1,指令2,数据存储器,数据0,数据1,数据2,地址,指令,地址,数据,1.2 ARM处理器系列,ARM7的特点 成熟的大批量的32位RICS芯片； 最高主频到达130MIPS； 功耗低； 代码密度高，兼容16 位微处理器； 开发工具多、EDA仿真模型多； 调试机制完善； 提供0.25m、0.18m及0.13m的生产工艺； 代码与ARM9 系列、ARM9E 系列以及ARM10E系列兼容。,1.2 ARM处理器系列,1.2 ARM处理器系列,1.2 ARM处理器系列,1.2

8、 ARM处理器系列,1.2 ARM处理器系列,ARM系列处理器属性比较,1.2 ARM处理器系列,ARM系列处理器功能比较,第1章 目录,1.ARM简介 2.ARM处理器系列 3.ARM处理器核的分类和扩充标识 4. ARM处理器结构简介,1.3 ARM处理器核的分类和扩充标识,处理器核的分类 用于开放平台的核 这些核赋予MMU具有虚拟存储器和复杂的存储器保护特性，并可用于像WinCE，Linux等操作系统 用于实时嵌入式操作系统的核 这些核用于工作在封闭的嵌入式控制系统中，通常运行实时操作系统 处理器的扩充标识,第1章 目录,1.ARM简介 2.ARM处理器系列 3.ARM处理器核的分类和扩

9、充标识 4.ARM处理器结构简介,1.4 ARM处理器结构简介,RISC体系结构 特点: 指令规整、对称、简单。指令数少于100条，基本寻址方式有23种 单周期指令。指令字长度一致，单拍完成，便于流水操作 大量的寄存器。寄存器不少于32个。 RISC定义 是一种设计思想，定义有两种说法 来自于卡基 梅隆大学 来自于IEEE的迈克尔 斯莱特 ARM体系结构继承了RISC结构 使用的特性：加载、存储体系、固定32位指令、三地址指令格式 舍弃的特征：寄存器窗口、延迟转移和所有指令单周期,1.4 ARM处理器结构简介,ARM和Thumb状态 Thumb指令集是32位ARM指令集的功能子集 ARM状态下

10、的处理器不能执行Thumb指令，反之亦然 ARM处理器的7种处理器模式 用户模式：ARM处理器正常的程序执行状态 FIQ：用于高速数据传输或通道处理 IRQ：用于通用的中断处理 管理模式：操作系统使用的保护模式 中止模式：当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护 系统模式：运行具有特权的操作系统任务 未定义：当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。,1.4 ARM处理器结构简介,寄存器 ARM处理器共有37个寄存器。其中包括：31个通用寄存器以及6个状态寄存器。这些寄存器都是32位寄存器。 R13 堆栈指针 R14 链接寄存器 R15 程序计数器,1.4 ARM处理器结构简介,ARM指令集概述 ARM指令是32位长度，以字对齐保存，状态指令地址的