ARM嵌入式系统技术原理与应用课件-02_图文.

1、第 2 章 ARM 处理器 2013/4/11 战入式系统 了解ARM技术的应用领域 熟悉ARM微处理器系列的基本类型和主要特点 理解ARM微处理器的工作状态和工作模式 掌握ARM微处理器的存储器系统和寄存器组织 以及异常中断的应用。 第 2 章 ARM 处理器 2.1 嵌入式处理器 2.2 ARM 体系结构 2.3 ARM 总线结构 2.4 ARM 微处理器的工作状态与模式 2.5 AR M 体系结构的存储格式 2.6 寄存器组织 2.7 异常 2013/4/11 嵌入式系圮 2 第 2-ARM 处理器 2013/4/11 嵌人式系続 2.1 嵌入式处理器 |-2.1.1嵌入式处理器的基本特

2、征 -2.1.2嵌入式处理器的种类 -2.1.3典型嵌入式处理器 -2.1.4嵌入式处理器的选型方法 -2.1.5嵌入式处理器的发展趋势 2.1 嵌入式处理器 - 2.1.1嵌入式处理器的基本特征 相对通用处理器，嵌入式处理器有5个特点 体积小、集成度高、价格较低 该特性与嵌入式系统的有限空间约束和较低的成本价格需求相适应 能迅速开念岀爲念各种应用的最高性能谥入式系统 -功耗很低 尤其星用于便横式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的 液入式系统时.要求嵌入式处理器的功耗只有皿甚至n W级 对实时多任务有很强的支持能力 能完成多任务并且有较短的中断响应时间从而使内部的代码和实 时内核的执行

3、时间减少到最低限度 第 2 章 ARM 处理器 2013/4,11 嵌入式系统 7 2.1 嵌入式处理器 - 2.1.1嵌入式处理器的基本特征 相对通用处理器，嵌入式处理器有5个特点 体积小、集成度高、价格较低 可扩展的处理器结构 -功耗很低 对实时多任务有很强的支持能力 具有功能很强的存储区保护功能 这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，为避免在软件模块之间 岀现错误后的交叉影响，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有 利于软件诊断 第 2 章 ARM 处理器 I-2.1.1嵌入式处理器的基本特征 吟 -2.1.2嵌入式处理器的种类 -2.1.3典型嵌入式处理器 -2.1.4嵌入式处理器的选

4、型方法 - 2.1.5嵌入式处理器的发展趋势 tKrfcf第 2 章 ARM 处理器 2.1 嵌入式处理器 -2.1.2嵌入式处理器的种类 嵌入式处理器分为四大类型 嵌入式片上歩侵 (Syiteo On Chip) 第 2 章 ARM 处理器 2.1 嵌入式处理器 -2.1.2嵌入式处理器的种类 嵌入式处理器分为四大类型 厳入人微址irii (MPU) MCU) ) 由通用计算瓠中的CPU演芟而来 勺孙用计算机中的CPU不冋2# 将微外ifJ&yiE在专门设计的旳路板上. 只保国9应用席密相关的功去除貝 它的冗余功能詔分.以实理淡入式应用斤低 MtAXDSPft/ia (DSP) 的功

5、晁和臭海的宴求 为丫滿足应用的特殊要求，衣入式徹处 好羽在工作=度.伉Hitt rtt. MH性等力 而相对通用计算机中的 CHJ 部做了备种)ra / 2013/4/11 战入式系统 第 2 章 ARM 处理器 第 2 章 ARM 处理器 2.1 嵌入式处理器 -2.1.2嵌入式处理器的种类 嵌入式处理器分为四大类型 又称为单片机，MCI埒点：单片化 该積点大大展小了体积.孙低了功 玮札戒本， 捉高了町衣性，匡时戒为 目前嵌入衣系统的主流.占据了嵌入 式系统人约70%的市场份额. 一骰以臬忡微处理器內黴为核心， 芯片内部集成了 ROM/FPROM/FI. ASII RAM 忌线、总统逻辑疋时

6、/计数 器.看门狗.I/O.串行口關变调 刮输出 A/D. D/A等各斗必覆的功能 型外设. _ “ 7 *入式处理 (MPU) h)s , I FTTTTi 处= 5、 JSL M2 .ME HOYA 竺 ic M3BBI MAZ- 厂 7* CaAL g 妙 2*仝 h ；古 ATAf C VUve computcx f vlrtio VAxi. JIKTOj -荒釦 _ 厂二 越 CBOEUn 匚 ：.G MAGMA Sr Sl/rMBACw AD$ 十 0 Bluetooth IMTC RTRVST FT 叫.二 ERICSSOM ODIMby symb an 2.1 嵌入式处理器 -

7、2.1.3典型嵌入式处理器 2 ARM ARM内核及ARM处理器的特点 小体积、低功耗、肓性能而低成本 RISC (Reduced Instruction Set Computer )你系结构 11前：ARM7Y7O ARM9 rn 2.1 嵌入式处理器 -2.1.4嵌入式处理器的选型方法 选型原则： （1） 根据具体应用领域选择MPU MCU，DSP/SoC中的一种。 （2） 根据具体应用功能需求、 性能指标、 运行玫境和成本预算等查找 厂商提供的该类嵌入式处理器芯片的Dataslieef等资料.选择芯片 的典体型号和 （3） 关注生产厂商是否提供相应内谭硬件调试工具和评怙板 KF等调试工具

8、有助于很大程度缩短调试周期、降低调试难度 评怙板用于验证自己的选型决策是否正确 2.1 嵌入式处理器 - 2.1.4嵌入式处理器的选型方法 选型原则： （1） 根据具体应用领域选择MPU MCU，DSP/SoC中的一冲. （2） 根据具体应用功能需求、 性能指标、 运行环境和成本预算等査找 厂商提供的该类嵌入式处理器芯片的hataslieef等资料.1S择芯片 的具体型号和 （3） 关注生产厂商是否提供相应内置硕件调试工具和评估板 2013/4/11 嵌入式系统 34 第 2 章 ARM 处理器 第 2 章 ARM 处理器 2013/4/11 嵌人式系続 35 irn （I）对于32位及以上嵌

9、入式处理器，关注是否有合适的浓入式操作系 统支持第 2 章 ARM 处理器 2013/4/11 战入式系统 37 i：hrrU 2.1 嵌入式处理器 -2.1.1嵌入式处理器的基本特征 -2.1.2嵌入式处理器的种类 -2.1.3典型嵌入式处理器 2.1.4嵌入式处理器的选型方法 跆 - 2.1.5嵌入式处理器的发展趋势 2013/4/11 嵌入式系统 36 慣湖 第 2 章 ARM 处理器 2.1 嵌入式处理器 - 2.1.5嵌入式处理器的发展趋势 (1)集成化与微型化 体现在片上资源及功能的集成化、体积的微型化 例如： 锻入式微处理器一锻入式微控制器 嵌入式微控制器嵌入式片上系统嵌入式多核

10、微控制器 (2) 高性能与低成本 高性能 嵌入式处理器主频将越来越高 加强对多媒体方面的支持 多核体系结构的发展第 2-ARM 处理器 2013/4/11 战入式系帘 39曾（ 2.1 嵌入式处理器 -2.4.5嵌入式处理器的发展趋势 仃)集成化与微型化 (2) 高性能与低成本 (3) 低功耗 低功耗的发展趙势将与移动通信设备、手持设备、多媒体数字消 费产品等嵌入式系统日益增长的市场需求相适应 例如： 低工作电压(5V/3. 3V) 动态调整电压与频率 战入式系帘 第 2-ARM 处理器 2.1 嵌入式处理器 - 2.1.5嵌入式处理器的发展趋势 仃)集成化与微型化 (2) 高性能与低成本 (

11、3) 低功耗 (i)硬件功能实现的可编程化 例如：采用FPGA实现嵌入式处理器的某些功能，幷忧点包括 2013/4/11 第 2-ARM 处理器 2013/4/11 战入式系帘 39曾（ -应用领域广泛 调试修改方便 实现成本低第 2 章 ARM 处理器 2013/4/11 嵌入式系统 2.1 嵌入式处理器 2.2 ARM 体系结构 2.3 ARM 总线结构 2.4 ARM 微处理器的工作状态与模式 2.5 ARM 体系结构的存储格式 2.6 寄存器组织 2.7 异常 2.2 ARM 体系结构 |l-2.2.1体系结构概念 -2.2.2 ARM体系结构版本 -2.2.3 ARM9体系结构 第

12、2 章 ARM 处理器 2013/4/11 战人式系统 43 CNTD 2.2ARM 体系结构 - 2.2.1体系结构槪念 体系结构也可以称为系统结构，它是指程序员在为特定处理 器编制程序时所用到的確件与软件资源以及它们相互间的连 接关系。 第 2 章 ARM 处理器 2013/4/11 战人式系统 43 CNTD 存储器结构 器 - R * 0 12 3 4 旳今令今令壬 程一疳摇指描指 - 数一數数数 - 体系结构最为重要的就是处理器所提供的指令系统和寄存器 组。指令系统分为 CISC 和 RISC。 寄存器组与采用的指令系统是密切相关的。 在体系结构中，还有存储器结构：冯诺依曼结构和哈佛

13、结 构。 2013/4/11 2.2ARM 体系结构 -2.2.1体系结构概念 第 2 章 ARM 处理器 42 冯诺依曼体系结构 第 2 章 ARM 处理器 2013/4/11 嵌人式系统 45 2.2 ARM 体系结构 -2.2.1体系结构槪念 第 2 章 ARM 处理器 2.2ARM 体系结构 CISC RISC 描令数量很多 较少.通常少于100 执行时间 有些指令执行时间很长,如 塾尖的存储器氏容炳贝：或 将？卜寄存畧的内容拷贝到 没有较长执行时间的指令 編码长度 漏码长度可变1-15字节 編码长度固定通常为4个字节 寻讣方式 寻址方弍多禅 简单寻址 毎作 可以对存储昙和寄存器进行

14、卑术珀逻辑操作 只能对睿存对行算术和逻辑锤 作Load/Store体系结构 存储器结构 哈佛体系结构 2013/4/11 嵌人式系统 地址 1 、 令令令 3 S ,3 *1 4J 41 蚓80 敢据1 44 第 2 章 ARM 处理器 2013/4/11 嵌人式系统 47 - 难以用比化编泽器主成高效 打耳标代码程序 采用比化绸泽技术.生成高妓的 目标代码程序 第 2 章 ARM 处理器 2013/4/11 嵌人式系统 47 2.2ARM 体系结构 - 2.2.1体系结构概念 流水结构 把一个也货的过程分解为若干个了过程，每个了过程町以与氏 他子过程同时进行。 由丁这种工作方式与工厂中的生产

15、流水线 I分相似，因此，把 它称为流水线工作方式。 取指 执行add 取指 IX行 mb 聪指 执行cinp 第 2 章 ARM 处理器 2.2ARM 体系结构 - 2.2.1体系结构概念 流水结构 典率的步骤为： 1） 从存储器读取指令（fetch） 2） 译码以鉴别它是哪一类指令（dec） Add Sub Cni| 第 2 章 ARM 处理器 2013/4/11 嵌人式系统 47 3） 从寄存器 31 取得所需的操作数（eg） 4） 将操作数进行组合以得到结集成存储器地址（exe） 5） 如果需熨，则访问存储器存取数据（mem） 6） 将结果冋写到寄存器组（res）第 2 章 ARM 处理

16、器 2013/4/11 嵌人弍系统 2.2ARM 体系结构 - 2.2.1体系结构概念 流水结构 ARM7的三级流水线: 1） 取捋：从程序存储器中取 At 令，放入折令流水线。（占 用存储器访问操作） 2） 译码：抬令译码。（占用译码逻辑） 3） 执& 执行折令/读写 REG。（占用 ALU 及数据路径） 2.2ARM 体系结构 - 2.2.1体系结构概念 流水结构 ARM9TDMI的五级流水线: AMTTDM1 取指 译码 执行 取指令 Thumb ARM 解压缩:悸码 I 倔 ALU 第 2 章 ARM 处理器 第 2 章 ARM 处理器 2.2ARM 体系结构 - 2.2.1体系结构概念 嵌人弍系统 2013/4/11 48 第 2 章 ARM 处理器 2013/4/11 嵌入式系统 51 2.2ARM 体系结构 - 2.2.1体系结构槪念 流水结构 ARM系统流水线： ARM ) ) s Decode) W (Execut