【正文】 －半字 （ Half word） 16bits， 半字必須對齊 2字節(jié)邊界 －字 （ Word） 32bits， 字必須對齊 4字節(jié)邊界 2022/5/23 存儲 ARM處理器可以將存儲器中的字以下列格式存儲： ?大端格式 （ Bigendian） :字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)存儲在低地址中 ， 而低字節(jié)存儲在高地址中 ?小端格式 （ Littleendian） ：與小端對齊相反 ， 字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)存儲在高地址中 ， 低字節(jié)存儲在低地址中 2022/5/23 ARM結(jié)構(gòu)通常希望所有的存儲器訪問都合理的對齊 。 2022/5/23 基于 ARM的嵌入式系統(tǒng)概述 (6) 初始化啟動代碼 （ 1）初始化硬件配置 （ 2）診斷 （ 3）引導(dǎo) 初始化硬件配置包括：設(shè)置堆棧指針、硬件工作時鐘、存儲器映射等等 I/O寄存器 快速 SRAM 大塊 DRAM 啟動 ROM 啟動之前 I/O寄存器 快速 SRAM 大塊 DRAM 啟動 ROM 啟動之后 2022/5/23 基于 ARM的嵌入式系統(tǒng)概述 (6) 初始化啟動代碼 診斷硬件是否能正常工作，不能工作的是否隔離，即識別和隔離故障。 DRAM：動態(tài)隨機(jī)存儲器，一般使用電容存儲，需經(jīng)常刷新 1） SRAM比 DRAM快 2） SRAM比 DRAM耗電多 3） DRAM存儲密度比 SRAM高得多 4） DRAM需要周期性刷新 SDRAM：同步動態(tài)隨機(jī)存儲器，是 DRAM中的一種，因與處理器總線同步，故能突發(fā)式地輸出到總線 ROM：只讀存儲器 閃速存儲器 (FLASH) PROM：可編程 ROM EPROM：可擦除、可編程 ROM EEPROM：電可擦除、可編程 ROM FLASH：閃存 相對傳統(tǒng)的 EPROM芯片，這種芯片可以用電氣的方法快速地擦寫 由于快擦寫存儲器不需要存儲電容器，故其集成度更高，制造成本低于DRAM 它使用方便，既具有 SRAM讀寫的靈活性和較快的訪問速度，又具有 ROM在斷電后可不丟失信息的特點(diǎn)，所以快擦寫存儲器技術(shù) 發(fā)展十分迅速 FLASH的架構(gòu)大致上可分為具程序執(zhí)行能力的 NOR架構(gòu)以及儲存數(shù)據(jù)的 NAND架構(gòu) NOR技術(shù)和 NAND技術(shù) NOR Flash市場目前由 Intel和 AMD公司主導(dǎo)，其主要功能是程序的儲存，如 PC中的 BIOS NOR的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行 (XIP, eXecute In Place),這樣應(yīng)用程序可以直接在flash閃存內(nèi)運(yùn)行 ,不必再把代碼讀到系統(tǒng) RAM中。按照使用場合的不同，總線分成芯片級總線（ CPU總線）、板卡級總線（內(nèi)總線）和系統(tǒng)級總線（外總線）。 嵌入式片上系統(tǒng) (SoC) 2022/5/23 基于 ARM的嵌入式系統(tǒng)概述 (4) 嵌入式系統(tǒng)硬件 總線 (4) 嵌入式系統(tǒng)硬件 微處理器（ CPU）是嵌入式系統(tǒng)硬件平臺的核心構(gòu)件，但不是全部。各種通用處理器內(nèi)核將作為 SOC設(shè)計公司的標(biāo)準(zhǔn)庫，和許多其它嵌入式系統(tǒng)外設(shè)一樣，成為 VLSI設(shè)計中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件，用標(biāo)準(zhǔn)的 VHDL等語言描述，存儲在器件庫中。 TMS320系列處理器包括用于控制的 C2022系列，移動通信的C5000系列，以及性能更高的 C6000和 C8000系列。 嵌入式 DSP處理器有兩個發(fā)展來源，一是 DSP處理器經(jīng)過單片化、 EMC改造、增加片上外設(shè)成為嵌入式 DSP處理器， TI的 TMS320C2022 /C5000等屬于此范疇；二是在通用單片機(jī)或 SOC中增加 DSP協(xié)處理器，例如 Intel的MCS296和 Infineon(Siemens)的 TriCore。另外還有許多半通用系列如：支持 USB接口的 MCU 8XC930/93 C5 C541；支持 I2C、 CANBus、 LCD及眾多專用 MCU和兼容系列。 和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點(diǎn)是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。 ? 目前主要的嵌入式處理器類型有 Am186/8 386EX、 SC400、 PowerPC、 68000、 MIPS、 ARM/StrongARM系列等 嵌入式微處理器 嵌入式微控制器 嵌入式微控制器又稱單片機(jī)，顧名思義，就是將整個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中。 高速緩存的工作原理 高速緩存是一種小型、快速的存儲器，它保存部分主存內(nèi)容的拷貝。J 支持 Jazelle D 支持片上調(diào)試 x 處理器系列 SIMD ARM媒體功能擴(kuò)展 例如， ARMv5TxM表示 ARM指令集版本為 5，支持 T變種，不支持 M變種 2022/5/23 基于 ARM Architecture版本的處理器系列命名 采用上述的架構(gòu)，形成一系列的處理器。T Thumb指令集 其中最新的版本是第 7版 2022/5/23 基于 ARM Architecture的版本命名 規(guī)則： | ARMv | n | variants | x（ variants） | 分成四個組成部分： ARM Offices Worldwide 800+ 雇員 全球 England Cambridge, Maidenhead, Sheffield, Blackburn Germany Munich France Paris, Sophia Antipolis Korea Seoul US Seattle, Los Gatos, Walnut Creek, Austin, Boston, San Diego China Taiwan and Shanghai Japan ShinYokohama (Tokyo) ARM Partnership Model 2022/5/23 ARM的應(yīng)用 2022/5/23 ARM分類 ?基于指令集體系結(jié)構(gòu)（構(gòu)架 ISA）的分類 ?ARM V1 體系是最初版本，只有 26位的尋址空間，沒有乘法指令，最終沒有商業(yè)化 ?ARM V2 體系與 V1體系同為 26位尋址空間，具有乘法和加法指令，支持協(xié)處理器 ?ARM V3 體系的尋址范圍擴(kuò)展到 32位，具有乘法和加法指令，支持協(xié)處理器 ?ARM V4 體系增加了半字存儲操作，對調(diào)試的支持以及支持嵌入的 ICE ?ARM V5 體系增加了 DSP指令支持和對 Java指令的支持 ?ARM V6 體系增加了媒體指令， ARMv6指令集合中加入了超過60條 SIMD單指令多數(shù)據(jù)指令 ?ARM V7 體系定義了三種獨(dú)立的內(nèi)核型－－ A(應(yīng)用領(lǐng)域 )， R(實時領(lǐng)域 )， M(控制領(lǐng)域 ) 2022/5/23 ARM系列處理器 ?基于處理器內(nèi)核的分類 ?ARM7 系列 ?ARM9 系列 ?ARM9E 系列 ?ARM10E 系列 ?SecurCore 系列 ?StrongARM/Xscale （ Intel） ?ARM11 2022/5/23 ARM命名舉例 核 體系結(jié)構(gòu) ARM1 V1 ARM2 V2 ARM2aS， ARM3 V2a ARM6， ARM600， ARM610 V3 ARM7， ARM700， ARM710 V3 ARM7TDMI， ARM710T， ARM720T ARM740T V4T Strong ARM， ARM8， ARM810 V4 ARM9TDMI， ARM920T， ARM940T V4T ARM9ES V5TE ARM10TDMI， ARM1020E V5TE ARM11， ARM1156T2S， ARM1156T2FS， ARM1176JZS，ARM11JZFS V6 2022/5/23 ARM體系的變種 ? 1） Thumb指令集（ T變種） Thumb指令集是把 32位的 ARM指令集的一個子集重新編碼后而 形成的一個特殊的 16位的指令集 ? 2）長乘指令（ M變種） 長乘指令是一種生成 64位相乘結(jié)果的乘法指令（此指令為 ARM指令）， M變種增加了兩條長乘指令 ? 3）增強(qiáng)型 DSP指令（ E變種） E變種的 ARM體系增加了一些增強(qiáng)處理器對典型的 DSP算法 處理能力的附加指令。 ? 4） Java加速器 Jazelle（ J變種） ARM的 Jazelle技術(shù)是 Java語言和先進(jìn)的 32位 RISC芯片完美結(jié)合的產(chǎn)物 。ARMv 固定字符，即 ARM Version variants 變種。M 長乘法指令 有時候還要區(qū)分處理器核和處理器系列。y 存儲管理 /保護(hù)單元 M 支持快速乘法器 F 具備向量浮點(diǎn)單元 VFP CPU 高速緩存控制器 CACHE 主存 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 地址 2022/5/23 基于 ARM的嵌入式系統(tǒng)概述 (3)嵌入式處理器分類 微處理器 (Micro Processor Unit, MPU) 微控制器 (Micro Controller Unit, MCU) 嵌入式 DSP (Digital Signal Processor, DSP) 片上系統(tǒng) (System On Chip) 嵌入式微處理器 嵌入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計算機(jī)中的 CPU。嵌入式微控制器一般以某一種微處理器內(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成 ROM/EPROM、 RAM、總線、總線邏輯、定時 /計數(shù)器、 WatchDog、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、 A/D、 D/A、 Flash RAM、 EEPROM等各種必要功能和外設(shè)。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。目前 MCU占嵌入式系統(tǒng)約 70％的市場份額。 推動嵌入式 DSP處理器發(fā)展的另一個因素是嵌入式系統(tǒng)的智能化，例如各種帶有智能邏輯的消費(fèi)類產(chǎn)品，生物信息識別終端，帶有加解密算法的鍵盤，ADSL 接入、實時語音壓解系統(tǒng)，虛擬現(xiàn)實顯示等。 Motorola公司的 DSP56000已經(jīng)發(fā)展成為 DSP56000， DSP56100, DSP56200和 DSP56300等幾個不同系列的處理器。用戶只需定義出其整個應(yīng)用系統(tǒng)，仿真通過后就可以將設(shè)計圖交給半導(dǎo)體工廠制作樣品。按照馮 總線和總線橋 CPU 低速設(shè)備 橋 數(shù)據(jù) 高速總線 存儲器 高速設(shè)備 鍵盤 低速總線 2022/5/23 基于 ARM的嵌入式系統(tǒng)概述 (4) 嵌入式系統(tǒng)硬件 AMBA總線是一個多總線系統(tǒng)。 NOR的傳輸效率很高 ,在 1～ 4MB的小容量時具有很高的成本效益 ,但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。 引導(dǎo)過程包括裝載一個映像文件并將控制權(quán)交給它，裝載可以包括拷貝整個程序（代碼和數(shù)據(jù)），也可以只拷貝易變（volatile）變量的數(shù)據(jù)到 RAM中，啟動后，通過更改 PC指向映像文件的起始地址，從而交出控制權(quán) ARM的特點(diǎn) RISC指令集 Load/Store體系結(jié)構(gòu) 固定的 32位指令 大多數(shù)指令單周期完成 Thumb/DSP/jazeller功能擴(kuò)展 低功耗 2022/5/23 小結(jié) ? 什么是 ARM ? ARM的特點(diǎn) ? ARM的分類 ? ARM的命名規(guī)則 ? 嵌入式硬件體系結(jié)構(gòu) ? 嵌入式存儲器 ? 存儲器映射 第二章 ARM體系結(jié)構(gòu)和存儲系統(tǒng) 2022/5/23 內(nèi)容 流水線（ pipeline） 存儲 模式（ model） 寄存器 2022/5/23 存儲 ?地址空間 ARM結(jié)構(gòu)使用單個平面的 232個 8位字節(jié)地址空間 。 具體來說就是字訪問的地址通常是字對齊的 ， 而半字訪問使用的地址是半字對齊的 。因此ARM處理器有兩種操作態(tài)： ?ARM狀態(tài)： 32位，這種狀態(tài)下執(zhí)行的是字方式的 ARM指令； ?Thumb狀態(tài)： 16位，這種狀態(tài)下執(zhí)行半字方式的 Thumb指令。 特權(quán)模式：除用戶模式外的 6種模式 異常模式：除系統(tǒng)模式外的特權(quán)模式 2022/5/23 處理器模式 說明 備注 用戶 (usr)