【正文】 ore系列、Intel的Xscale系列、Intel的StrongARM系列。 （1）ARM7微處理器系列ARM7系列微處理器為低功耗的32位RISC處理器，最適合用于對價位和功耗要求較高的消費(fèi)類應(yīng)用?！?極低的功耗，適合對功耗要求較高的應(yīng)用，如便攜式產(chǎn)品?！?代碼密度高并兼容16位的Thumb指令集?！?指令系統(tǒng)與ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用戶的產(chǎn)品升級?！　RM7系列微處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋汗I(yè)控制、Internet設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備、移動電話等多種多媒體和嵌入式應(yīng)用。其中，ARM7TMDI是目前使用最廣泛的32位嵌入式RISC處理器，屬低端ARM處理器核。具有以下特點(diǎn)：★ 5級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高?！?支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集?！?全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。★ 支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。　　ARM9系列微處理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三種類型，以適用于不同的應(yīng)用場合。ARM9E系列微處理器提供了增強(qiáng)的DSP處理能力，很適合于那些需要同時使用DSP和微控制器的應(yīng)用場合?！?5級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高?！?支持32位的高速AMBA總線接口?！?全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)?！?支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力?！　RM9系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無線設(shè)備、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、存儲設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等領(lǐng)域。（4）ARM10E微處理器系列　ARM10E系列微處理器具有高性能、低功耗的特點(diǎn)，由于采用了新的體系結(jié)構(gòu)，與同等的ARM9器件相比較，在同樣的時鐘頻率下，性能提高了近50％，同時，ARM10E系列微處理器采用了兩種先進(jìn)的節(jié)能方式，使其功耗極低?！?6級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高?！?支持32位的高速AMBA總線接口?！?全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)?！?內(nèi)嵌并行讀/寫操作部件?！　RM10E系列微處理器包含ARM1020E、ARM1022E和ARM1026EJS三種類型，以適用于不同的應(yīng)用場合。它融合了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，采用在軟件上兼容ARMv4體系結(jié)構(gòu)、同時采用具有Intel技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)。 ARM處理器的優(yōu)勢采用RISC結(jié)構(gòu)的ARM微處理器一般具有如下特點(diǎn)：1． 體積小、低功耗、低成本、高性能；2． 支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，能很好地兼容8/16位器件；3． 大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；4． 大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；5． 尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高；6． 指令長度固定；ARM處理器之所以能夠廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，與以上所列的各個特點(diǎn)密切相關(guān)，綜合起來，主要包括以下幾點(diǎn)。而余下的80％的指令卻不經(jīng)常使用，在程序設(shè)計(jì)中只占20％，顯然，這種結(jié)構(gòu)是不太合理的。RISC結(jié)構(gòu)優(yōu)先選取使用頻率最高的簡單指令，避免復(fù)雜指令；將指令長度固定，指令格式和尋址方式種類減少；以控制邏輯為主，不用或少用微碼控制等措施來達(dá)到上述目的?！?使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行。ARM主要使用32位的RISC指令，但是指令代碼利用率低，ARM為了彌補(bǔ)此不足，在新型ARM構(gòu)架（V4T版本以上）定義了16位的Thumb指令集。另外，為了加速通信和多媒體中有關(guān)數(shù)字信號的處理，ARM處理器在RISC的基礎(chǔ)上增加了許多原屬DSP核中的關(guān)鍵部件。 低功耗 由于ARM架構(gòu)的處理器主要用于手持式嵌入式系統(tǒng)之中，因此ARM構(gòu)架在設(shè)計(jì)中十分注意低電壓、低功耗這一點(diǎn)，因而在手持式嵌入式系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。一組典型數(shù)據(jù)是：對于ARM7系列處理器，每MHz。為了更好的在后面篇幅中介紹實(shí)現(xiàn)，先簡單介紹相關(guān)的體系結(jié)構(gòu)以及相關(guān)指令集。下圖所示的是ARM構(gòu)架圖。1. ALU：它由兩個操作數(shù)鎖存器、加法器、邏輯功能、結(jié)果以及零檢測邏輯構(gòu)成。3. 高速乘法器：乘法器一般采用“加一移位”的方法來實(shí)現(xiàn)乘法。4. 浮點(diǎn)部件：浮點(diǎn)部件是作為選件供ARM構(gòu)架使用。5. 控制器：ARM的控制器采用的是硬接線的可編程邏輯陣列PLA。 不同的ARM core可能還有所不同。 圖 ARM構(gòu)架圖 ARM處理器工作狀態(tài)及模式 本節(jié)主要簡單介紹ARM處理器模式，ARM寄存器組，ARM存儲系統(tǒng)，ARM指令集，ARM體系異常中斷等內(nèi)容。在這些模式下，程序可以訪問所有的系統(tǒng)資源，也可以任意地進(jìn)行處理器模式的切換。處理器模式可以通過軟件控制進(jìn)行切換，也可以通過外部中斷或異常處理過程進(jìn)行切換。當(dāng)需要進(jìn)行處理器模式的切換時，應(yīng)用程序可以產(chǎn)生異常處理，在異常處理過程中進(jìn)行模式的切換。當(dāng)應(yīng)用程序發(fā)生異常中斷時，處理器進(jìn)入相應(yīng)的異常模式。系統(tǒng)模式并不是通過異常過程進(jìn)入的，它和用戶模式具有完全一樣的寄存器。通常操作系統(tǒng)的任務(wù)需要訪問所有的系統(tǒng)資源，同時該任務(wù)仍然使用用戶模式下的寄存器組，而不是使用異常模式下相應(yīng)的寄存器組，這樣可以保證當(dāng)異常中斷發(fā)生時任務(wù)狀態(tài)不被破壞。任意時刻（也就是任意的處理器模式下），可見的寄存器包括15個通用寄存器（R0－R14）、一個或者兩個狀態(tài)寄存器以及程序計(jì)數(shù)器（PC）。： ARM狀態(tài)下的寄存器組，通用寄存器R0－R7在所有的處理器模式下指的都是同一個物理寄存器，而對于R8－R12寄存器組，除了在快速中斷模式下有自己專有的物理寄存器，其它模式下也共有統(tǒng)一物理寄存器。R14寄存器又被稱為連接寄存器（Link Register，LR），在ARM體系中有下面兩種特殊的作用：★ 每一種處理器模式自己的物理R14中存放當(dāng)前子程序的返回地址?！? 當(dāng)異常中斷發(fā)生時，該異常模式特定的物理R14被設(shè)置成該異常模式將要返回的地址，對于有些異常模式，R14的值可能與將返回的地址有個常數(shù)的偏移量。由于ARM采用了流水線機(jī)制，當(dāng)正確讀取了PC的值時，該值為當(dāng)前指令地址加8個字節(jié)。由于ARM指令是字對齊的，PC值的第0位和第1位總為0。它包含了標(biāo)志位、中斷禁止位、當(dāng)前處理器模式標(biāo)志以及其它的一些控制和狀態(tài)位。當(dāng)特定的異常中斷發(fā)生時，這個寄存器用于存放當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器的內(nèi)容。由于用戶模式和系統(tǒng)模式不是異常中斷模式，所以它們沒有SPSR。SPSR與CPSR的格式相同，：N（Negative）、Z（Zero）、C（Carry）、V（Overflow）統(tǒng)稱為標(biāo)志位。各條件標(biāo)志位的具體含義如下：N：當(dāng)兩個補(bǔ)碼表示的有符號整數(shù)運(yùn)算時，N＝1表示運(yùn)算的結(jié)果為負(fù)數(shù)；N＝0表示運(yùn)算結(jié)果為正數(shù)或零；Z：Z＝1表示運(yùn)算結(jié)果為零；Z＝0表示運(yùn)算的結(jié)果不為零；C：在加法指令中，當(dāng)結(jié)果產(chǎn)生了進(jìn)位，則C＝1；其他情況下C＝0； 在減法指令中，當(dāng)運(yùn)算中發(fā)生借位，則C＝0；其他情況下C＝0；V：對于加/減法運(yùn)算指令，當(dāng)操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果為二進(jìn)制的補(bǔ)碼表示的帶符號數(shù)時，V＝1表示符號位溢出。在特權(quán)模式下，軟件可以修改這些控制位： I：普通中斷禁止位；I＝1時禁止IRQ中斷。T：對于ARMv4以及更高的版本的T系列的ARM處理器 T＝0表示執(zhí)行ARM指令T＝1表示執(zhí)行Thumb指令 對于ARMv5以及更高版本的非T系列的ARM處理器★ T=0表示執(zhí)行ARM指令★ T＝1表示強(qiáng)制下一條執(zhí)行的指令產(chǎn)生為定義指令中斷 Modes位控制處理器模式，在這不再贅述。（1）ARM體系中的存儲空間ARM體系中使用單一的平板地址空間。這些字節(jié)單元的地址是一個無符號的32位數(shù)值，其取值范圍為0到232－1。這些字單元的地址可以被4整除，也就是說該地址的低兩位為0b00。（2）ARM的存儲器格式在ARM體系中，每個字單元中包含4個字節(jié)單元或者兩個半字單元，其中1個半字單元中包含兩個字節(jié)單元。在bigendian格式中，對于地址為A的字單元包括字節(jié)單元A、A+A+A+3，其中字節(jié)單元由高位到低位字節(jié)順序?yàn)锳、A+A+A+3；地址為A的字單元包括半字單元A、A+2，其中半字單元由高位到低位字節(jié)順序?yàn)锳、A+2；地址為A的半字單元包括字節(jié)單元A、A+1，其中字節(jié)單元由高位到低位字節(jié)順序?yàn)锳、A+1。這種存儲器格式如下圖所示： littleendian格式的存儲系統(tǒng) ARM指令集介紹ARM指令系統(tǒng)屬于RISC指令系統(tǒng)。一般地，ARM指令具有以下特點(diǎn)：★ 指令的條件執(zhí)行 ARM指令都是條件執(zhí)行，條件標(biāo)志位位于程序代碼字節(jié)的cond位（位28 － 31，下文會介紹）。★ 靈活的第二操作數(shù) ARM指令的另一個重要的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理類指令有靈活的第二操作數(shù)operand2（位與程序代碼的位0－11）?！? 協(xié)處理器的作用 ARM內(nèi)核可提供協(xié)處理接口，通過擴(kuò)展協(xié)處理器完成更加復(fù)雜的功能。★ Thumb指令 ARM在有的版本支持16位Thumb指令?！? 具有RISC指令的特點(diǎn) 由于ARM指令屬于RISC指令，所以多具有RISC指令的特點(diǎn)，指令少，且等長，便于充分利用流水線技術(shù)，使用多寄存器，且為簡單的Load和Store指令。ARM指令字長為固定的32位，一條典型的ARM指令編碼格式如下： 數(shù)據(jù)處理指令編碼其中：★ Cond 位28－31，執(zhí)行指令的條件編碼?！? opcode 位21－24，操作碼?！? Rn 位16－19，第一操作數(shù)的寄存器編碼?！? operand2 位0－11，表示第二操作數(shù)編碼。對于具體的指令集，可以參考相關(guān)文檔。整個過程是按順序執(zhí)行?！? 當(dāng)異常中斷發(fā)生時，系統(tǒng)執(zhí)行完當(dāng)前指令后，將跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常中斷處理程序處執(zhí)行。ARM體系中中斷向量表中指定了各異常中斷及處理程序的對應(yīng)關(guān)系。異常中斷向量表的大小位32字節(jié)，其中每個異常中斷占據(jù)4個字節(jié)大小，保留了4個字節(jié)空間。通過這兩種指令，程序?qū)⑻D(zhuǎn)到相應(yīng)的異常中斷處理程序處執(zhí)行。這是通過將當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器CPSR的內(nèi)容保存到將要執(zhí)行的異常中斷對應(yīng)的SPSR寄存器中實(shí)現(xiàn)的?！? 將寄存器lr_mode設(shè)置成返回地址。 ARM最小系統(tǒng)描述對于任何一個系統(tǒng)，都希望不是一個虛擬系統(tǒng)，也就是說系統(tǒng)都希望是特定系統(tǒng)，即有具體的CPU，有具體的存儲芯片以及有各種具體的外圍控制模塊。但是，任何一個ARM系統(tǒng)，在沒有特定指定的條件下，仍然可以將通用特性（一些通用基本控制模塊）描述出來，在此稱之為ARM最小系統(tǒng)，見下圖： ARM最小系統(tǒng) 從上圖中，可以了解一個基本的ARM最小系統(tǒng)通常包括以下幾個部分：★ ARM core★ 存儲控制器：通過它系統(tǒng)可以接入各種DRAM以及ROM★ 總線橋接：系統(tǒng)總線與外圍總線的連接器★ 中斷控制器：供各種設(shè)備提供中斷服務(wù)★ 串口★ GPIO控制模塊：供各種外設(shè)以及系統(tǒng)擴(kuò)充使用對于一些復(fù)雜系統(tǒng)，還可以有更多的功能性模塊，特別是隨著網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展，ARM系統(tǒng)中包括了更多的通訊控制模塊。但是，這并不防礙對許多概念的解釋，其本質(zhì)在任何操作系統(tǒng)中都是一致的，所不同的僅僅是實(shí)現(xiàn)形式。圖 嵌入式Linux系統(tǒng)組成 引導(dǎo)加載程序是系統(tǒng)加電后運(yùn)行的第一段代碼。然而在嵌入式系統(tǒng)中通常沒有像BIOS那樣的固件程序（有的嵌入式CPU有），因此整個系統(tǒng)的加載啟動任務(wù)就完全由bootloader來完成。簡單地說，bootloader就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行前運(yùn)行地一段小程序。bootloader是依賴于硬件而實(shí)現(xiàn)的，特別是在嵌入式系統(tǒng)中。也就是說，對于兩塊不同的嵌入式板而言，即使它們基于相同的CPU構(gòu)建，運(yùn)行在其中一塊電路板上的bootloader，未必能夠運(yùn)行在另一塊電路開發(fā)板上。通常多階段的bootloader能提供更為復(fù)雜的功能，以及更好的可移植性。 Bootloader的操作模式 大多數(shù)bootloader都包含兩種不同的操作模式：“啟動加載”模式和“下載”模