第8章armrisc架构微处理器

第八章 ARM RISC架构微处理器w 一、 ARM（教材 P113)w 1、概述 w ARM网站： w ARM7 Thumb嵌入式系统微处理器系列w /armtech/ARM7_Thumb;w /armtech/arm9_thumbw /armtech/arm10_thumbDatew 2、 ARM处理器的特点及应用w 特点主要有：体积小、功耗低、成本低性能高； 16位 /32位双指令集；多合作厂家。推出的新的 ARM体系结构在三方面扩充：Thumb指令，用以减小代码占的存储单元； DSP指令集；Jazeller用于执行 Java。w 主要应用在：消费电子、图象处理、无线通信；工业自动化控制、网络应用的嵌入式实时系统；智能卡等应用。w 3、 ARM处理器的分类w ARM系列有 5个系列，每种 ARM系列的体系结构都有一些演变。通常将某些特殊功能的 ARM体系称为它的某种变种（ Variant)，如：支持 Thumb指令集的 ARM体系称为 T变种。主要有： T变种、 M变种、 E变种、 J变种和 SIMD变种。w 从应用上分类：用于开放平台的内核和用于实时操作系统的内核。w ARM体系结构命名的规则（ p115)：DateDateDateDateDatew 4、 ARM处理器硬件结构特点w (1)、 ARM7TDMI核的外围硬件接口信号如图 5-5所示DateDatew ARM7TDMI名称的具体含义：w ARM7 32位 ARM体系结构 4T版本；w T Thumb 16位压缩指令集；w D 支持片上 Debug，允许处理器响应调试请求暂停w M 支持长乘指令w I EmbeddedICE硬件，支持片上断点和调试点。w 每组信号的作用：w 1）、存储器接口w 2）、 MMU接口 :主要进行存储器区域的访问控制w 3）、总线控制w 4）、时钟控制w 5）、状态输出、配置、中断、初始化、 Debug接口w 6）、协处理器接口、电源、 JTAG接口、边界扫描Datew （ 2）、 ARM9核的特点w 与 ARM7（只有 3级流水线）相比有 5级的流水线，采用指令和数据存储器分开的 Harvard体系结构。在相同的工艺下， ARM9TDMI的性能是 ARM7TDMI的 2倍。还有：全性能的 MMU、指令和数据 Cache、高速AMBA等Datew （ 3）、 ARM10核w ARM10TDMI的性能近似是 ARM9TDMI的 2倍。在两个方面有改善，即：提高时钟频率（提高流水线为 6级，指令译码级是处理器逻辑中唯一不能充分流水线化以支持高速时钟的部分，所以在这增加了一级）和降低CPIDatew （ 3）、 Xscale和 StrongARM系列核w Xscale处理器是 StrongARM处理速度的 2倍。主要的内部结构是： 32KB数据、指令 Cach、微小数据 Cach增加到 2KB；超级流水线结构增加到 7级；乘法 /加法器和特定的 DSP型协处理器 CP0，主要是对多媒体技术的支持；动态电源管理。w StrongARM处理器核w 5级流水线w （ 4）、 SecurCore系列核w 提供了对安全解决方案的支持，主要特性有：w 带有灵活的保护单元，以确保操作系统和应用数据的安全；采用软内核技术，防止外部对其进行扫描探测；可集成用户自己的安全特性和其他协处理器。主要用在：电子商务、网络和认证系统、电子银行等。Datew 二、 Intel公司 Xscale架构微处理器w 1、 Xscale微处理器硬件架构MCU与 DSP相结合是非常先进的概念， Intel公司也紧随 TI公司推出了新一代嵌入式系统平台 Xscale。此 平台是 StrongARM嵌入式微处理器的第二代产品。与 StrongARM相比， Xscale有 更好的数据处理效率，具有更低的功率消耗以及更强大的周边集成能力。 Xscale是根据 ARM公司 ARM V5TE核来设计的，但 Xscale并不包含 ARM中所拥有的浮点运算硬件电路， Xscale只拥有整数运算线路架构。Xscale除了具有 ARM RISC微处理器外，还具有协微处理器接口，可以直接扩充 DSP微处理器。 Intel公司与 Analog Devices共同研发数字信号处理基带电路。 Intel公司把 Xscale微处理器、DSP与基带处理芯片和闪存结合成个人通信装置的完整解决方案。DateXscale微处理器的工作频率最高达 1GHz，这主要是 Intel公司在Xscale微处理器中采用了 Pentium 3微处理器中的超级流水线技术。这样，在 1.75w功率消耗下，工作频率可以达 1270MIPS。w 在 功耗方面， Xscale有 功率管理单元，使得工作频率随着需求作出弹性变化，比如说，在功耗达 50MW时， Xscale的 工作频率会降低到 200MHz。w 2、 Xscale微处理器应用产品开发w Intel公司提出个人网络客户端架构（ Intel Personal Internet Client Architecture-PCA） 是一个符合信息家电特性的个人数字化产品。主要由三个组件组成。w Xscale微处理器具有与 ARM RISC微处理器兼容的程序执行核心，内部拥有 ARM V.5TE兼容指令集，也可以使用 16位 ARM Thumb指令集，另外还有集成性的 DSP指令集。程序开发人员可以使用简单的 ARM RISC开发技术，Datew 三、带 ARM内核的嵌入式处理器芯片w 合作的公司很多，如： Ericsson获得 ARM处理器授权，用于蓝牙和快速以太网接入； Motorola的 PowerPC、 M.core和ColdFire 32位嵌入式处理器加入 ARM产品，另外 NS、 ST、Atmel、三星等公司的 ARM产品。教材从 p122134列出了几个大公司的带 ARM内核的芯片。w 四、基于 ARM核芯片选择w 从应用的角度，介绍 ARM选择的一般原则。w （ 1）、 MMUw （ 2）、 USB接口w （ 3）、 GPIO数量w （ 4）、中断控制器w （ 5）、 I2S音频接口w （ 6）、 nWAIT信号w （ 7）、 RTCDatew （ 8）、 LCD控制器w （ 9）、 PWM输出w （ 10）、 ADC和 DACw （ 11）、 PS2w （ 12）、 CAN总线w （ 13）、扩展总线w （ 14）、 UART和 IrDAw （ 15）、时钟计数器和 watchdog计数器w （ 16）、电源管理功能w （ 17）、 DMA控制器w 从多内核 ARM角度来选择芯片w 主要有 3种： ARM+DSP;ARM+FPGA;多 ARM核DateDateDatew StrongARM内核芯片w SA1110提供内存总线，用来支持额外的内存及相关装置，如DRAM、 SDRAM (synchronous DRAM)、SMROM(synchronous mask ROM)、 Flash、 SRAM、 PCMCIA等扩充内存等，这些是由 SA1110内存接口寄存器进行相关的状态设定。w SA1110的内存接口分为动态内存与静态内存。动态内存接口提供 4组 16位或 32位宽度的 DRAM接口，每组可以配置 128M字节的内存， 0组和 1组、 2组和 3组配对，每对要求有相同的容量和位宽度。静态内存接口有 6组，每 1组可以达到 64M字节的内存数据。可以设定成 16位或是 32位宽度的数据总线。w SA1110提供了外围接口如串行信号控制、 LED控制、 USB、 支持 115Kbit/S和 4Mbit/S的 IrDA、 支持 230Kbit/S兼容 16550的UART及其他协议控制接口。w SA1110的系统总线架构是 1个高性能的同步总线。w SA1110的 DMA控制器就像 1个 Gateway， 作为连接外围装置与SA1110控制核心的 1个接口，对各个外围装置进行直接内存存取。w SA1110没有外加协同微处理器 (Coprocessor)， 主要没有coprocessor总线。 SA1110内部有一个内嵌的 Comprocessor 15， 用来控制 SA1110内部的主存控制单元、高速缓存、时钟控制及断点等。DateDatew SA1110相关网站：w /design/strong/1110_brf.htmw w /design/intarchDatew SA1110/SA1111模拟实验板w Intel针对 SA1110/SA1111设计了 1个仿真实验板，包含了一个SA1110或 SA1111， 还有许多外围装置，是一个很方便的开发工具。 SA1110模拟实验板具有以下几个特点：w SA1110使用 100MHZ工作频率的内存控制单元，可以支持高速 SDRAM、 SRAM等。 SA1110包括 16K字节的指令 Cache、8K数据 Cache以及 512 Byte的 mini-Cache用来提高数据处理性能；w 支持 54 Pin的 TSOP插槽，提供 64M、 128M或 256MByte的SDRAM；w 支持 64MByte或 128M Flash；w 可以直接外接 Sharp3.9英寸， 320X240分辨率的 LCD；w 拥有 wireless interface， 支持 CDMA及 GSM等通信协议，也支持 Bluetooth连接和应用；w 拥有电视 Video信号 Encode， 支持 NTSC/PAL、 S-Video及RGB等视频数据；w 拥有 USB、 IrDA、 串口、语音接口、软件 modem等。w StrongARM的应用主要在 PDA应用，还有网络设备。有 133MHZ和 206MHZ两种主频产品。DateDatew 五、基于 ARM的嵌入式系统应用程序设计w 集成开发环境 IDE:ADS/SDT IDE开发环境和集成 GNU开发工具的 IDE开发环境（由 GNU的汇编器 as、交叉编译器 gcc和链接器 ld等组成。w （ 1）、在 ADS编译环境下的 ARM伪操作和宏指令w （ 2）、 GNU编译环境下的 ARM伪操作与宏指令w （ 3）、 ARM汇编语言的伪指令w （ 4）、 ARM汇编语言程序设计w 举例： ARMex, CODE, READONLY;设置本段程序的名称及属性，代码段名称w ENTRY ;标记要执行的第一条指令w Start MOV R0,#10 ;设置参数w MOV R1,#3w ADD R0,R0,R1 ;R0=R0+R1w Stop Datew (5)、嵌入式 C语言程序设计DateDatew 六、基于 S3C44B0X的嵌入式应用开发实例w (1)、概述w Samsung S3C44B0X是专为手持设备和一般应用提供的高性价比的微控制器解决方案。它采用 ARM7TDMI核，工作在 66MHZ。 S344BX还集成了下列部件：8KB Cache、 外接存储器控制器、 LCD控制器、 4个 DMA通道、2