【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ntel 的StrongARM、 Xscale等。 ?專(zhuān)用型 ： SecurCore ?ARM提供一系列方案： ?CPU內(nèi)核 小型、快速、低能耗、 ARM 指令集 Thumb 指令集之整合式RISC內(nèi)核，採(cǎi)用多層管線 ( Pipeline ) 架構(gòu)，以增進(jìn)處理效能。 ?體系擴(kuò)展 Thumb:以 16位元系統(tǒng)的成本，提供 32位元 RISC性能，特別注意的是它所需的記憶體容量非常小。 ?嵌入式 ICE調(diào)校 由於整合了類(lèi)似於 ICE的 CPU內(nèi)核調(diào)校技術(shù)，所以原型設(shè)計(jì)和系統(tǒng)晶片的調(diào)校得到了極大的簡(jiǎn)化。 ?微處理器 ?Thumb指令集是 ARM指令集之一個(gè)子集，允許指令編碼為 16為元之長(zhǎng)度，其優(yōu)勢(shì)是節(jié)省系統(tǒng)儲(chǔ)存之空間。 ?Thumb指令集可支援 ARM指令， Thumb的編碼程式亦可對(duì)應(yīng)至 ARM編碼程式。期付程式亦可相互呼叫運(yùn)用。 2023/3/27 嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計(jì) 38 2023/3/27 嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計(jì) 39 嵌入式系統(tǒng)概述 ?嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu) ?ARM7微處理器 ?具有嵌入式 ICERT 邏輯，除錯(cuò)開(kāi)發(fā)方便 ?極低的功耗，適合對(duì)功耗要求嚴(yán)格的應(yīng)用，如攜帶型產(chǎn)品； ?能夠提供 ； ?程式密度高並相容 16 位元的 Thumb 指令集； ?對(duì)作業(yè)系統(tǒng)的支援廣泛，包括 Windows CE、 Linux、Palm OS 等； ?指令系統(tǒng)與 ARM ARM9E 和 ARM10E 系列相容，便於使用者的產(chǎn)品升級(jí)換代； ?主頻最高可達(dá) 130MIPS，高速的運(yùn)算處理能力能勝任絕大多數(shù)的複雜應(yīng)用。 2023/3/27 嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計(jì) 40 嵌入式系統(tǒng)概述 ?嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu) ?ARM7 系列微處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋汗I(yè)控制、Inter 設(shè)備、網(wǎng)路和數(shù)據(jù)機(jī)設(shè)備、行動(dòng)電話等多種多媒體和嵌入式應(yīng)用。 ?ARM7 系列微處理器包括如下幾種類(lèi)型的核心：ARM7TDMI、 ARM7TDMIS、 ARM720T、 ARM7EJ。其中， ARM7TMDI 是目前使用最廣泛的 32 位元嵌入式RISC 處理器，屬低端 ARM 處理器核心。 ?TDMI 的基本含義為： ?T：支援 16 位元壓縮指令集 Thumb； ?D：支援晶片上 Debug； ?M：內(nèi)嵌硬體乘法器（ Multiplier）； ?I： 嵌入式 ICE，支援晶片上中斷點(diǎn)和除錯(cuò)點(diǎn)。 ?ARM7 不具有 MMU功能 。 2023/3/27 41 嵌入式系統(tǒng)概述 ?嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu) ?ARM9微處理器： ARM9 系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特點(diǎn)： ?提供 ； ?支援 32 位元 ARM 指令集和 16 位元 Thumb 指令集； ?支援 32 位元的高速 AMBA 匯流排介面； ?全性能 MMU，支援 Windows CE、 Linux、 Palm OS 等主流嵌入式作業(yè)系統(tǒng)； ?MPU 支援即時(shí)操作系統(tǒng)； ?支援資料 Cache 和指令 Cache，具有更高的指令和資料處理能力。 ?ARM9 系列微處理器主要應(yīng)用於無(wú)線設(shè)備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機(jī)頂盒、高端印表機(jī)、數(shù)位照相機(jī)和數(shù)位攝像機(jī)等。它包含 ARM920T、 ARM922T 和 ARM940T 三種類(lèi)型。 2023/3/27 嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計(jì) 42 嵌入式系統(tǒng)概述 ?嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu) ?ARM9E微處理器 ?ARM9E 系列微處理器為可綜合處理器，使用單一的處理器核心提供了微控制器、 DSP、 Java 應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案，極大地減少了晶片的面積和系統(tǒng)的複雜程度。 ?ARM9E系列微處理器提供了增強(qiáng)的 DSP 處理能力，很適合於那些需要同時(shí)使用 DSP 和微控制器的應(yīng)用場(chǎng)合。 ?ARM9E 系列微處理器的主要特點(diǎn)如下： ?支援 DSP 指令集，適合於需要高速數(shù)位信號(hào)處理的場(chǎng)合； ? 5 級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高； 2023/3/27 嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計(jì) 43 嵌入式系統(tǒng)概述 ?嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu) ?ARM9E ?支援 32 位元 ARM 指令集和 16 位元 Thumb 指令集； ?支援 32 位的高速 AMBA 匯流排介面； ?支援 VFP9 浮點(diǎn)處理輔助運(yùn)算器； ?全性能 MMU，支援 Windows CE、 Linux、 Palm OS 等主流嵌入式作業(yè)系統(tǒng)； ?MPU 支援即時(shí)操作系統(tǒng)； ?支援資料 Cache 和指令 Cache，具有更高的指令和資料處理能力； ?主頻最高可達(dá) 300MIPS。 ?ARM9E 系列微處理器主要應(yīng)用於下一代無(wú)線設(shè)備、數(shù)位消費(fèi)品、影像設(shè)備、工業(yè)控制、儲(chǔ)存設(shè)備和網(wǎng)路設(shè)備等領(lǐng)域。它包含 ARM926EJS、 ARM946ES 和ARM966ES 三種類(lèi)型。 2023/3/27 嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計(jì) 44 嵌入式系統(tǒng)概述 ?嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu) ?ARM10E 系列微處理器 ?具有高性能、低功耗的特點(diǎn)，由於採(cǎi)用了新的體系結(jié)構(gòu)，與同等的 ARM9 元件相比較，在同樣的時(shí)鐘頻率下，性能提高了近 50％，同時(shí)， ARM10E 系列微處理器採(cǎi)用了兩種先進(jìn)的節(jié)能方式，使其功耗極低。 ?ARM10E 系列微處理器的主要特點(diǎn)如下： ?支援 DSP 指令集，適合於需要高速數(shù)位信號(hào)處理的場(chǎng)合； ?6 級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高； ?支援 DSP 指令集，適合於需要高速數(shù)位信號(hào)處理的場(chǎng)合； ?6 級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高； 2023/3/27 嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計(jì) 45 嵌入式系統(tǒng)概述 ?嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu) ?支援 32 位元 ARM 指令集和 16 位元 Thumb 指令集； ?支援 32 位元的高速 AMBA 匯流排介面； ?支援 VFP10 浮點(diǎn)處理輔助運(yùn)算器； ?全性能 MMU，支援 Windows CE、 Linux、 Palm OS 等主流嵌入式作業(yè)系統(tǒng)； ?支援資料 Cache 和指令 Cache，具有更高的指令和資料處理能力； ?主頻最高可達(dá) 400MIPS； ?內(nèi)嵌並行讀 /寫(xiě)操作元件。 ?ARM10E 系列微處理器主要應(yīng)用於下一代無(wú)線設(shè)備、數(shù)位消費(fèi)品、影像設(shè)備、工業(yè)控制、通信和資訊系統(tǒng)等領(lǐng)域。 ?它包含 ARM1020E、 ARM1022E 和ARM1026EJS 三種類(lèi)型。 2023/3/27 嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計(jì) 46 嵌入式系統(tǒng)概述 ?嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu) ?SecurCore 微處理器系列 ?SecurCore 系列微處理器專(zhuān)為安全需要而設(shè)計(jì)，提供了完善的 32 位元 RISC 技術(shù)的安全解決方案，因此它除了具有 ARM 體系結(jié)構(gòu)的低功耗、高性能的特點(diǎn)外，還具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，即提供了對(duì)安全解決方案的支援。 SecurCore 系列微處理器在系統(tǒng)安全方面具有如下的特點(diǎn)： ?帶有靈活的保護(hù)單元，以確保作業(yè)系統(tǒng)和應(yīng)用資料的安全； ?採(cǎi)用軟核心技術(shù)，防止外部對(duì)其進(jìn)行掃描探測(cè)； ?可集成使用者自己的安全特性和其他輔助運(yùn)算器。 2023/3/27 嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計(jì) 47 嵌入式系統(tǒng)概述 ?嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu) ?SecurCore 系列微處理器主要應(yīng)用於一些對(duì)安全性要求較高的應(yīng)用產(chǎn)品及應(yīng)用系統(tǒng)，如電子商務(wù)、電子政府服務(wù)、電子銀行業(yè)務(wù)、網(wǎng)路和認(rèn)證系統(tǒng)等領(lǐng)域。 ?它包含 SecurCoreSC100、 SecurCore SC1SecurCore SC200 和 SecurCore SC210 四種類(lèi)型。 SecurCore 系列微處理器主要應(yīng)用於一些對(duì)安全性要求較高的應(yīng)用產(chǎn)品及應(yīng)用系統(tǒng)，如電子商務(wù)、電子政府服務(wù)、電子銀行業(yè)務(wù)、網(wǎng)路和認(rèn)證系統(tǒng)等領(lǐng)域。 2023/3/27 嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計(jì) 48 嵌入式系統(tǒng)概述 ?嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu) ?StrongARM 微處理器系列 ?Intel StrongARM SA1100 以及 Intel StrongARM SA1110 處理器是採(cǎi)用 ARM 體系結(jié)構(gòu)，高度集成的 32 位元 RISC 微處理器。融合了 Intel 公司的設(shè)計(jì)和處理技術(shù)以及 ARM 體系結(jié)構(gòu)的電源效率，採(cǎi)用在軟體上相容 ARMv4 體系結(jié)構(gòu)、同時(shí)採(cǎi)用具有 Intel 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)。 Intel StrongARM 處理器是攜帶型通訊產(chǎn)品和消費(fèi)型電子產(chǎn)品的理想選擇，已成功應(yīng)用於多家公司的掌上型 PDA 系列產(chǎn)品。 2023/3/27 嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計(jì) 49 嵌入式系統(tǒng)概述 ?由於 ARM 微處理器有多達(dá)十幾種的核心結(jié)構(gòu)，幾十個(gè)晶片生產(chǎn)廠家，以及千變?nèi)f化的內(nèi)部功能配置組合，因此以介紹 ARM 微處理器為主，但ARM系列核心之功能亦有不同，其較大差異說(shuō)明如后： ?作業(yè)系統(tǒng) ： WinCE 或標(biāo)準(zhǔn) Linux 作業(yè)系統(tǒng)，就需要選擇ARM720T 以上帶有 MMU（ Memory Management Unit）功能的 ARM 晶片， ARM720T、 ARM920T、ARM922T、 ARM946T、 StrongARM 都帶有 MMU 功能。 ?ARM7TDMI 則沒(méi)有 MMU，不支援 Windows CE 和標(biāo)準(zhǔn) Linux，但目前有 uCLinux以及 uC/OSII 等不需要 MMU 支援的作業(yè)系統(tǒng)可執(zhí)行於 ARM7TDMI 硬體帄臺(tái)之上。 ?本課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用的 PXA270 為一款具有 MMU 的 ARM 微處理器，可在其上執(zhí)行 Linux、 Windows CE 和 uC/OSII 等作業(yè)系統(tǒng)。 2023/3/27 嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計(jì) 50 嵌入式系統(tǒng)概述 ?系統(tǒng)的工作頻率： ?系統(tǒng)的工作頻率在很大程度上決定了 ARM 微處理器的處理能力。 ARM7 系列 微處理器的典型處理速度為 ，常見(jiàn)ARM7 晶片系統(tǒng)主時(shí)鐘 20MHz133MHz。 ?ARM9 系列 微處理器的典型處理速度為，常見(jiàn) ARM9 的系統(tǒng)主時(shí)鐘頻率為 100MHz233MHz； ARM10 最高可以達(dá)到 700MHz。不同晶片對(duì)時(shí)鐘的處理不同，有的晶片只需要一個(gè)主時(shí)鐘頻率，有的晶片內(nèi)部時(shí)鐘控制器可以分別為 ARM 核心和USB、 UART、 DSP、音頻等功能元件提供不同頻率的時(shí)鐘。 2023/3/27 嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計(jì) 51 嵌入式系統(tǒng)概述 ?晶片內(nèi)記憶體的容量： ?大多數(shù) ARM 微處理器片內(nèi)記憶體的容量都不大，需要使用者在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)外擴(kuò)記憶體，但也有部分晶片具有相對(duì)較大的晶片內(nèi)儲(chǔ)存空間，如 ATMEL 的 AT91F40162 就具有高達(dá) 2MB 的晶片內(nèi)程式儲(chǔ)存空間，使用者在設(shè)計(jì)時(shí)可考慮選用這種類(lèi)型，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 ?晶片內(nèi)週邊電路的選擇： ?除 ARM 微處理器核心以外，幾乎所有的 ARM 晶片均根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，擴(kuò)充了相關(guān)功能模組，並集成在晶片之中，我們稱之為晶片內(nèi)週邊電路，如 USB 介面 、 IIS 介面 、 LCD 控制器 、 鍵盤(pán)介面 、RTC、 ADC 和 DAC、 DSP 輔助運(yùn)算器等 。 ?設(shè)計(jì)者應(yīng)分析系統(tǒng)的需求，盡可能採(cǎi)用晶片內(nèi)週邊電路完成所需的功能，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的可靠性。 2023/3/27 嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計(jì) 52 第一章 課程大綱 ?嵌入式系統(tǒng)概述 ?嵌入式系統(tǒng)特性 ?嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu) ?嵌入式系統(tǒng)之發(fā)展 ?嵌入式系統(tǒng)軟體 ?Linux作業(yè)系統(tǒng) ?WinCE作業(yè)系統(tǒng) ?嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)帄臺(tái) ?嵌入式系統(tǒng)硬體 ?Intel Xscale SOC系列 ?Intel Xscale實(shí)驗(yàn)帄臺(tái) 2023/3/27 嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計(jì) 53 嵌入式系統(tǒng)概述 ?嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu) ?嵌入式系統(tǒng)之發(fā)展 ?應(yīng)用軟體的開(kāi)發(fā)需要強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)工具和作業(yè)系統(tǒng)的支援 ?網(wǎng)路成為必然趨勢(shì) ?支援小型電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)小尺寸、低功率和低成本 ?提供精巧的多媒體人機(jī)界面 2023/3/27 嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計(jì) 54 第一章 課程大綱 ?嵌入式系統(tǒng)概述 ?嵌入式系統(tǒng)特性 ?嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu) ?嵌入式系統(tǒng)之發(fā)展 ?嵌入式系統(tǒng)軟體 ?Linux作業(yè)系統(tǒng) ?WinCE作業(yè)系統(tǒng) ?嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)帄臺(tái) ?嵌入式系統(tǒng)硬體 ?Intel Xscale SOC系列 ?Intel Xscale實(shí)驗(yàn)帄臺(tái) 2023/3/27 嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計(jì) 55 嵌入式系統(tǒng)軟體 ? 嵌 入式作業(yè)系統(tǒng)限於儲(chǔ)存空間等因素，相對(duì)地作業(yè)系統(tǒng)規(guī)模較為精簡(jiǎn)，精簡(jiǎn)之方式主要是透過(guò)減少內(nèi)核核心、減少動(dòng)態(tài)連結(jié)庫(kù)、減少應(yīng)用程式等，以達(dá)到減少各種程式碼佔(zhàn)用記憶體空間之目的。 ? 嵌入式系統(tǒng)需要增強(qiáng)即時(shí)性之特殊功能，這可透過(guò)修改流程調(diào)度演算法和使用雙核心系統(tǒng)達(dá)成。 ? 嵌入式系統(tǒng)具有主機(jī)模擬的環(huán)境 (跨帄臺(tái) )來(lái)進(jìn)行發(fā)展之優(yōu)勢(shì)。 ?模擬 MS Windows的 Cygwin或 VMWare等