嵌入式系統(tǒng)-第二章(已修改)
2025-05-28 07:25 本頁面
【正文】 ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與 開發(fā)應(yīng)用 教師：電氣與信息學(xué)院 萬琴 2 第二章 基于 ARM920T核微處理器 ? 通用處理器系列 ARM ARM ARM9E和ARM10E的特點(diǎn)及主要應(yīng)用領(lǐng)域 ? 嵌入式 ARM920T內(nèi)核編程模型、 ARM920T的運(yùn)行模式、寄存器組織及 ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲器格式 ? 三星 S3C2410X處理器結(jié)構(gòu) 3 ARM 處理器簡介 ARM（ Advanced RISC Machines）處理器是一種低功耗高性能的 32位 RISC處理器 。 什么是 RISC架構(gòu)？ 嵌入式微處理器可分為 CISC和 RISC兩類（復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)Complex Instruction Set Computer— CISC；精簡指令集計(jì)算機(jī)Reduced Instruction Set Computer— RISC）。大家熟悉的大多數(shù)臺式 PC都是使用 CISC微處理器，如 Intel的 x86。 RISC結(jié)構(gòu)體系有兩大主流： Silicon Graphics公司（硅谷圖形公司）的 MIPS技術(shù)； ARM公司的 Advanced RISC Machines技術(shù)。 4 RISC和 CISC是目前設(shè)計(jì)制造微處理器的兩種典型技術(shù)，為達(dá)到高效的目的，采用的方法不同。它們的差異主要有以下幾點(diǎn)。 （ 1）指令系統(tǒng)： RISC設(shè)計(jì)者把主要精力放在那些經(jīng)常使用的指令上，盡量使它們具有簡單高效的特色。對不常用的功能，常通過組合指令來實(shí)現(xiàn)。而 CISC計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)比較豐富，有專用指令來完成特定的功能。 （ 2）存儲器操作： RISC對存儲器操作有限制，使控制簡單化；而CISC機(jī)器的存儲器操作指令多，操作直接。 （ 3）程序： RISC匯編語言程序一般需要較大的內(nèi)存空間，實(shí)現(xiàn)特殊功能時(shí)程序復(fù)雜，不易設(shè)計(jì)；而 CISC匯編語言程序編程相對簡單，科學(xué)計(jì)算及復(fù)雜操作的程序設(shè)計(jì)相對容易，效率較高。 （ 4）中斷： RISC機(jī)器在一條指令執(zhí)行的適當(dāng)?shù)胤娇梢皂憫?yīng)中斷；而CISC機(jī)器是在一條指令執(zhí)行結(jié)束后響應(yīng)中斷的。 5 （ 5） CPU： 由于 RISC CPU包含較少的單元電路，因而面積小、功耗低；而 CISC CPU包含豐富的電路單元，因而功能強(qiáng)、面積大、功耗大。 （ 6）設(shè)計(jì)周期： RISC微處理器結(jié)構(gòu)簡單，布局緊湊，設(shè)計(jì)周期短，且易于采用最新技術(shù)； CISC微處理器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)周期長。 （ 7）易用性： RISC微處理器結(jié)構(gòu)簡單，指令規(guī)整，性能容易把握，易學(xué)易用； CISC微處理器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強(qiáng)大，實(shí)現(xiàn)特殊功能容易。 （ 8）應(yīng)用范圍： RISC機(jī)器更適合于嵌入式應(yīng)用；而 CISC機(jī)器則更適合于通用計(jì)算機(jī)。 目前 CISC與 RISC正在逐步走向融合 ，如 Pentium Pro的內(nèi)核是基于 RISC體系結(jié)構(gòu)，而能接受 CISC指令后將其分解分類成 RISC指令以便在遇一時(shí)間內(nèi)能夠執(zhí)行多條指令。由此可見，下一代的 CPU將融合 CISC與 RISC兩種技術(shù)，從軟件與硬件方面看二者會取長補(bǔ)短。 6 ARM處理器的主要特點(diǎn) ?共有 31個(gè) 32位寄存器： 16個(gè)在任何模式下可見 ?所有指令都帶有條件 ?加載數(shù)值的同時(shí)進(jìn)行算術(shù)和移位操作 ?在幾種模式下操作 ARM 微處理器系列 ARM7系列：工業(yè)控制、 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、移動電話 ARM9系列 ARM9E系列 ARM10E系列 SecurCore系列：安全要求較高的應(yīng)用，如電子銀行 Intel的 StrongARM：便攜式通信產(chǎn)品，如掌上電腦 Intel的 Xscale： Intel主推的 ARM微處理器，已用于數(shù)字移動電話 通用 處理器 無線設(shè)備、消費(fèi)類電子產(chǎn)品 7 ARM7系列微處理器 ? 嵌入式 ICERT（ In Circuit EmulatorRral Time）邏輯，調(diào)試開發(fā)方便 解釋： 用于提供片內(nèi)調(diào)試支持，它包含一個(gè)調(diào)試通信通道，在主機(jī)調(diào)試器和目標(biāo)之間傳送信息，嵌入式 ICERT通過JTAG測試訪問接口進(jìn)行控制。 ? 極低的功耗，適用于便攜產(chǎn)品 ? 能夠提供 解釋： 三級流水線結(jié)構(gòu)是 取指 譯碼 執(zhí)行 ? 對操作系統(tǒng)的廣泛支持： Windows CE、 Linux ? 指令系統(tǒng)與 ARM ARM9E、 ARM10E兼容 ? 主頻高達(dá) 130MHZ，可用于高速運(yùn)算 具有低功耗的 32位 RISC處理器，主要特點(diǎn)： 8 ? ARM7TDMI是目前使用最廣泛的內(nèi)核： T： 支持 16位壓縮指令集 Thumb. Thumb簡介： 為兼容數(shù)據(jù)總線寬度為 16位的應(yīng)用系統(tǒng)， ARM體系結(jié)構(gòu)除了支持執(zhí)行效率很高的 32位 ARM指令集以外，同時(shí)支持 16位的Thumb指令集。 Thumb指令集是 ARM指令集的一個(gè)子集，是針對代碼密度問題而提出的，它具有 16位的代碼寬度。與等價(jià)的 32位代碼相比較， Thumb指令集在保留 32位代碼優(yōu)勢的同時(shí)，大大的節(jié)省了系統(tǒng)的存儲空間。 Thumb不是一個(gè)完整的體系結(jié)構(gòu)，不能指望處理器只執(zhí)行 Thumb指令集而不支持 ARM指令集。 9 ? D：支持片上 Debug，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)試 ? M：內(nèi)嵌硬件乘法器 (multiplier) 解釋： 硬件乘法器可以在單個(gè)指令周期內(nèi)完成乘法操作，是區(qū)別于通用的微處理器的重要標(biāo)志 ? I：嵌入式 ICE，支持片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn) 10 ARM9系列微處理器 具有高性能、低功耗，主要特點(diǎn)： ? 5級流水線，具有分開的指令和數(shù)據(jù)存儲器，指令執(zhí)行效率更高，具體如下： （ 1）取指： 從存儲器中取出指令，并將其放入指令流水線。 （ 2）譯碼： 對指令進(jìn)行譯碼。 （ 3）執(zhí)行： 把一個(gè)操作數(shù)移位，產(chǎn)生 ALU（算術(shù)邏輯單元）的結(jié)果。 （ 4）緩沖 /數(shù)據(jù)： 如需要?jiǎng)t訪問數(shù)據(jù)存儲器；否則 ALU的結(jié)果只是簡單地緩沖 1個(gè)時(shí)鐘周期，以便所有的指令具有同樣的流水線流程。 （ 5）回寫： 將指令產(chǎn)生的結(jié)果回寫到寄存器，包括任何從存儲器中讀取的數(shù)據(jù)。 5級流水線圖 11 ? 提供 哈佛結(jié)構(gòu)： 是一種將程序指令存儲
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