嵌入式系统第1讲

1、2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系1嵌入式系统设计原理专业：医学信息与计算机2006级四年制本科主讲：李伟鹏单位：生物医学工程学院电子技术系电话：48284址：LWPFIMMU.COM时间：2009.09.07-2009.11.13南方医科大学2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系2第一讲 第1章嵌入式系统概述2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系3第一章 嵌入式系统概述n本讲主要内容:n嵌入式系统的定义n嵌入式系统的基本组成n嵌入式系统的特点n嵌入式系统的主要应用领域n嵌入式系统的发展趋势n嵌入式系统的设计概述nARM嵌

2、入式微处理器概述2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系4第1节 嵌入式系统的定义2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系5第1章 嵌入式系统概述1.1嵌入式系统的定义n第一种定义：嵌入式系统是以应用为中心、计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。n第二种定义：把基于处理器（通用处理器和嵌入式处理器）的设备称为计算机，把计算机分成两大部分，即通用计算机和嵌入式计算机 。n这两个定义都十分明确地表述嵌入式系统属于一种专用计算机应用系统。n 嵌入式系统-嵌入式计算机，即非通用计算机系统。2022年3月20日星期

3、日生物医学工程学院电子技术系61.1嵌入式系统的定义n嵌入式系统可应用于所有电器：个人数字助理（PDA）、手机、机顶盒、汽车控制系统、微波炉控制器、电梯控制器、安全系统、自动售货机控制器、医疗仪器、立体音响、自动取款机等。n嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的、它寄生于应用领域，与应用市场一起发展，因此，大多数嵌入式系统的开发者往往不是计算机专业的人才，而是各个行业的技术人员，例如开发数字医疗设备，往往是生物医学工程技术人员和计算机专业的技术人员一起来参与完成。2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系7第2节 嵌入式系统的基本组成2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子

4、技术系81.2嵌入式系统的基本组成n嵌入式系统由硬件、软件和开发系统组成n硬件结构图电源晶振电路复位电路SRAMCPUDRAMFlashADC/DACUSBRS-232IrDALCDKeyboardCPU和外围电路外部电路2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系91.2嵌入式系统的基本组成2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系101.2嵌入式系统的基本组成1.嵌入式系统的硬件n嵌入式核心芯片：nEMPU-嵌入式微处理器nEMCU-嵌入式微控制器nEDSP-嵌入式数字信号处理器nESoC-嵌入式片上系统nEPSoC-嵌入式可编程片上系统n存储器系统n程序存储器（ROM,

5、EPROM,Flash）n数据存储器（随机存储器）n参数存储器（EEPROM）nNVRAMn外部接口n一般嵌入式处理器上已集成了接口，但是外设需要外接。例如大多数的嵌入式通信控制器集成了以太网接口，但是收发器需要外部电路。2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系111.2嵌入式系统的基本组成2.嵌入式系统的软件n分为两大部分，4个层次。n嵌入式操作系统：VRTX、pSOS、VxWorks、Windows CE、EPOC、Linux、PALM、OS9、Java CHORUS OS、QNX、NAVIOn应用软件:为不同应用而编写的软件。n4个层次：n设备驱动接口（DDI，Device

6、Driver Interface）-负责嵌入式系统与外部设备的信息交互；n实时操作系统（RTOS，Real Time Operation system）n基本模块：是操作系统的核心，负责整个系统的任务高度，存储分配、时钟管理和中断管理，提供文件、图形用户界面（GUI，Graphics User Interface）等基本服务。n扩展模块：提供操作的扩展功能，包括网络、数据库等。n可编程应用接口（API，Application Programmable Interface） 也称为编程中间件、应用中间软件，是为编制应用程序提供的各种编程接口库。n应用软件-针对不同就用而由开发者自己编写的软件。2

7、022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系121.2嵌入式系统的基本组成2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系131.2嵌入式系统的基本组成3.嵌入式系统的开发工具和开发系统n开发工具：独立于嵌入式系统产品之外，用于开发主机，包括语言编译、连接定位器、调试器-构成开发系统和开发工具。n开发语言：C语言，嵌入式C+，Java，汇编语言。n汇编语言使用场合：n开发小系统时，可有效地减少代码存储空间；n用于系统的初始化和与硬件有关的代码；n对于时间要求苛刻的应用，例如基于DSP数据处理的嵌入式系统。2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系14第3节 嵌入式系统的特点

8、2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系151.3 嵌入式系统的特点n嵌入式系统的主要特点n通常含有面向特定应用的嵌入式CPU。n是计算机技术、半导体技术和电子技术与各行业的具体应用相结合的产物。n其硬件和软件的设计效率要高。n与具体应用紧密结合，其升级换代也与具体产品同步进行，因此生命周期较长。n其软件均固化在存储芯片或单片机中，因此，速度和可靠性较高。n不具备独立开发能力，必须借助外部开发工具或系统进行设计，因此用户不能对其中的程序功能进行修改。2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系161.3 嵌入式系统的特点n嵌入式处理器n嵌入式处理器分为三类：n微处理器，MP

9、U。与通用计算机的CPU相对应的微处理器。n微控制器，MCU。它将CPU、存储器和其他外设封装在同一集成电路里，也称为单片机。n数据信号处理器，DSP。专门用于对离散时间信号进行极快的处理计算，提高编译效率和执行速度。n微内核结构n大多数嵌入式操作系统采用了微内核结构，内核只提供基本功能，如：任务调度、任务间的通信与同步、内存管理、时钟管理等。其他应用组件，如：网络功能、文件管理、GUI系统等均工作在用户态，以系统进程或函数调用的方式工作。应用组件是可剪裁的。2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系171.3 嵌入式系统的特点n任务调度n在嵌入式系统中，任务即进程或线程。大多数嵌入

10、式操作系统支持多任务。任务调度有三种方式：n可抢占式n不可抢占式n时间片轮转n硬实时系统和软实时系统n软实时系统并不要求限定某一任务必须在一定的时间内完成，只要求各任务运行得越快越好。n硬实时系统对响应时间有严格的要求，一旦系统响应不能满足，可能引起系统崩溃或致命的错误。2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系181.3 嵌入式系统的特点n内存管理n针对有MMU处理器而设计的操作系统，能与硬件配合采用虚拟存储器的概念。虚拟内存地址被送到MMU，MMU将它映射为物理地址。物理地址是分页的，采用分页加载进程，操作系统将当前要运行的部分页装入内存运行。n大多数操作系统针对没有MMU的处理

11、器设计，不使用虚拟内存管理技术，而是采用实存储器管理策略。对内存的访问是直接的，直接送到地址线上输出，即使用的地址是实际的物理地址。操作系统对内存空间没有保护，程序运行前需要分配好内存空间。n内核加载方式n嵌入式操作系统内核可在Flash直接运行，也可加载到内存运行。n嵌入式操作系统对用户程序一般采用静态链接的形式。2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系191.3 嵌入式系统的特点n嵌入式系统的核心是微处理器，而嵌入式微处理器具备以下四个特点：n具备实时多任务处理能力；n具有存储区保护功能；n可扩展的处理器结构；n功耗很低。2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系20

12、第4节 嵌入式系统的主要应用领域2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系211.4 嵌入式系统的主要应用领域n家庭信息化网络n网络浏览、视频点播、文字处理、电子邮件、个人事务管理。n机顶盒、掌上电脑、DVD、MP3、数码相机、数字电视、WebTV、网络冰箱、网络空调、家庭网关、智能家用电器、嵌入式视频服务器、车载导航器系统等n移动计算设备n手机、PDA、掌上电脑。n网络设备n路由器、交换机、网络服务器、网络接入点。n工业控制、仿真、医疗仪器n这些领域对嵌入式系统的需求在不断增长，同时也对嵌入式微处理器的运算速度、可扩充能力、系统可靠性、功耗和集成度方面提出更高的要求。n同时，Jav

13、a技术的发展，对开发相关无线通信软件起到推动作用。2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系221.4 嵌入式系统的主要应用领域2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系231.4 嵌入式系统的主要应用领域n嵌入式视频服务器的架构2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系241.4 嵌入式系统的主要应用领域n现代化家庭2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系251.4 嵌入式系统的主要应用领域n中国数字电视发展规划n20022002年完成地面广播传输标准的测试；年完成地面广播传输标准的测试；n20022002年底颁布国家数字电视有线传输标准；年底颁布国

14、家数字电视有线传输标准；n20032003年底前颁布国家数字电视地面广播标准和年底前颁布国家数字电视地面广播标准和相关配套标准，确定数字电视标准体系；相关配套标准，确定数字电视标准体系；n20052005年在有条件的城市推广数字电视播出；年在有条件的城市推广数字电视播出；n20082008年的北京奥运会上向全世界传输数字高清年的北京奥运会上向全世界传输数字高清晰度电视节目，主要的大城市开始数字电视商晰度电视节目，主要的大城市开始数字电视商业广播；业广播；n20152015年数字电视成为我国电视播出的主要方式。年数字电视成为我国电视播出的主要方式。2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技

15、术系261.4 嵌入式系统的主要应用领域n通信市场通信市场n电话交换系统n电缆系统n卫星和全球定位系统（L3D）n数据交换设备n移动电话nPDA2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系271.4 嵌入式系统的主要应用领域n通信市场通信市场n智能网络电话机n通过普通电话线与网络相连。n宽带网络电话机n通过宽带接入Internet。n目前IP电话发展现状n据统计，全球电话业务收入综合年增长率将以的速度增长，到年电话已占国际电话业务量的三分之一。到年，国际长途将占业务市场的。电话已成为当前各国电话运营重点发展的业务之一。2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系281.4 嵌入

16、式系统的主要应用领域n工业市场工业市场n制造工厂污水处理系统n发电站和电力传输系统n自动化工厂控制系统开发，维护和测试的工具n石油提炼和相关的贮运设施，建筑设备n计算机辅助制造系统n能源控制系统，核电站n机器人系统等n商业和金融市场商业和金融市场n自动柜员机n信用卡系统n售货端系统n安全系统2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系291.4 嵌入式系统的主要应用领域n办公市场办公市场n电话系统n传真系统n复印机n计时系统n照相机和摄象机n运输市场运输市场n航空、铁路、公路运输系统n航空管理、雷达系统n交通指挥系统n停车系统、售票系统n乘客信息系统n检票系统n行李处理系统n应急设备等

17、2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系301.4 嵌入式系统的主要应用领域n建筑市场建筑市场 电力供应，备用电源和发电机，火警控制系统，供热和通风系统，电梯和升降系统，车库管理，安保系统，电子门锁系统，楼宇管理系统，闭路电视系统，电子保险柜，警铃等n医疗市场医疗市场n心脏除颤器n心脏起搏器n患者信息和监视系统n理疗控制系统n电磁成像系统n便携式生理参数记录仪2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系311.4 嵌入式系统的主要应用领域n医疗影像网络医疗影像网络PACSPACSn主要功能：n医学影像的采集和数字化n图像的存储和管理n医学图像的高速传输n图像的数字化处理和重

18、现n图像信息与其他信息nPACSPACS子系统子系统n影像实时采集子系统 n影像分析处理子系统 n影像的查询、管理和存储子系统 n图文编辑及打印子系统 n数字图像回写子系统 n远程会诊子系统 n系统管理子系统2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系321.4 嵌入式系统的主要应用领域n医疗影像网络医疗影像网络PACSPACS2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系331.4 嵌入式系统的主要应用领域n军事领域军事领域n军事工业应用特点n市场垄断性强n高利润n可靠性要求高n安全性要求高n成本要求不高n军事工业产品n数字化单兵信息装备n夜视扫描、全球定位、指挥通信21世纪部

19、队旅及旅以下作战指挥系统（FBCB2）C4ISR系统(指挥、控制、通讯、电脑、情报、监视、侦察)2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系341.4 嵌入式系统的主要应用领域n军事领域的特殊要求军事领域的特殊要求n尺寸和重量:n在军事和航天环境中，空间是非常珍贵的。对用于航天器或航空器上的计算机系统的尺寸大小要求是苛刻的。重量是在航空器或飞机上采用的另一个重要因素，但在工业上应用并不重要。n功率消耗:n电池寿命自然是设计运动或可携带军事系统和空间设备的关键问题。因为发热与功耗成正比，降低功耗就成了对工作在较高温度环境中的系统的重要要求。 n震动和冲击:n军事和空间系统要适合在恶劣运动

20、环境中工作和贮存。这些环境包括：大范围或小范围的重复运动；芯片、模块和模板可能部分或全部变位或断线；由于震动而加重的电化学反应引起的腐蚀，使模板互连金手指管脚的导电性能变差；由于使用硬盘驱动器致使数据的完整性成为难题等。 n温度和湿度:n大多数军事和空间系统是工作在温度和湿度环境相对不可控的条件下。用于军事和空间产品的电子产品的可靠工作范围必须在-40+85。 2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系351.4 嵌入式系统的主要应用领域n军事领域军事领域2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系361.4 嵌入式系统的主要应用领域n军事领域军事领域n21世纪部队旅及旅以下

21、作战指挥系统（FBCB2） 作为美国陆军战斗指挥系统的一部分，FBCB2应用软件将在Applique+ V4型计算机上运行，构成旅及旅以下级别陆军的数字化战斗指挥信息系统。FBCB2系统将向作战的士兵和指挥官、战斗支援部队以及战斗服务支援部队提供在行进中、近实时的事态感知以及指挥和控制信息，使他们在屏幕上就能分辨出友方部队和敌方部队。2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系371.4 嵌入式系统的主要应用领域n军事领域军事领域n关于中国C4ISR系统的消息n消息来源声称这一系统的研制已经进行多年，有关的分系统目前已经部分进入中国军队服役。战区级别的C3I系统预计若干年之内全面建成。

22、n规划之中的国家级C4ISR系统包括2个以上的海岸指挥作战中心下设若干海岸雷达,海岸火炮,声纳分系统并使用数据链同国家宇宙作战中心相连接。国家宇宙指挥作战中心又通过卫星同联合作战指挥中心,防空作战中心、陆军作战指挥中心等分系统衔接.整个大系统还包括两个以上的电子作战指挥中心。每个下设电子对抗,电子作战飞机,电子侦察,电子支援分中心。它又透过国家宇宙作战中心同防空指挥中心等衔接.在电子作战指挥中心之外,还设有一个雷达信息处理系统。下设电子侦察,防空雷达等分系统,并与战术防空系统联网。战术防空系统包括地对空导弹部队,防空雷达,国土防空战斗机等分系统。战术防空系统又通过宇宙作战中心同防空作战中心联网

23、。2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系38第5节 嵌入式系统的发展趋势 2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系391.5嵌入式系统的发展趋势 n嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持n面对嵌入式系统应用领域的不断扩大，功能要求更加多样化和强大，将推动开发工具和操作系统的进一步支持。n连网成为必然趋势n为适应嵌入式分布处理结构和上网应用需求，要求嵌入式系统配备有网络通信接口。n支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本n为了适应这些需求，要求嵌入式系统芯片设计和软件设计更加简化、采用更加先进的嵌入式设计技术。n提供精巧的多媒体人机界面n嵌入式设备之所

24、以得到用户的接受，是因为它们已初步具备台式计算机的多媒体人机界面的交互能力，但达到台式计算机的功能还需要进一步的努力。2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系401.5嵌入式系统的发展趋势 n芯片的高集成度2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系411.5嵌入式系统的发展趋势 n芯片的高集成度2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系421.5嵌入式系统的发展趋势 n芯片的高集成度2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系431.5嵌入式系统的发展趋势 n硬件发展的潜力2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系441.5嵌入式系统的发展趋势

25、 n设计能力推动工艺的改进2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系451.5嵌入式系统的发展趋势 n基于集成电路核的SOC设计2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系461.5嵌入式系统的发展趋势 n软硬件协同设计2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系47第6节 嵌入式系统设计概述2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系481.6嵌入式系统设计概述n嵌入式系统硬件主流n32,64位微处理器是目前嵌入式系统的核心n主要硬件厂商包括Intel，Motorola，Philip，AMD等n每个月都有新产品出现n嵌入式计算机内核分类n嵌入式微处理器(Em

26、bedded Microprocessor Unit, EMPU) n嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU) n嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP) n嵌入式片上系统(System On Chip)2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系491.6嵌入式系统设计概述n嵌入式微处理器嵌入式微处理器(EMPU)(EMPU)n通用计算机中的CPUn专门设计的电路板 n只保留和嵌入式应用有关的母板功能 n增强工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面n功能与和工业控制计算机相似n嵌入式处理器目前主要有Am

27、186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系501.6嵌入式系统设计概述n嵌入式微控制器嵌入式微控制器(EMCU)(EMCU)n又称单片机 n以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能和外设n微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。n代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS

28、-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。n另外还有许多半通用系列如：支持USB接口的MCU 8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系统约70的市场份额。2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系511.6嵌入式系统设计概述n嵌入式嵌入式DSPDSP处理器处理器(EDSP)(EDSP)nDSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。n在数字滤波、FFT、谱分析等方面DSP算法正在大量进入嵌入式领

29、域，DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能，过渡到采用嵌入式DSP处理器。n有代表性的产品是Texas Instruments的 TMS320系列和Motorola的DSP56000系列。nTMS320系列处理器包括用于控制的C2000系列，移动通信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。nDSP56000目前已经发展成为DSP56000，DSP56100，DSP56200和DSP56300等几个不同系列的处理器。2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系521.6嵌入式系统设计概述n嵌入式片上系统嵌入式片上系统(SOC)(SOC) n在一个硅片上实

30、现一个复杂的系统 n整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去n应用系统电路板将变得很简洁 nSOC可以分为通用和专用两类。n通用系列包括Infineon (Siemens)的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola联合研制的Neuron芯片等。n专用SOC一般专用于某个或某类系统中。有代表性的产品是Philips的Smart XA2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系531.6嵌入式系统设计概述n嵌入式外围设备嵌入式外围设备n嵌入式外围设备是指在嵌入式硬件系统中，除了嵌入式处理器之外的完成存储、通信、保护、调试、

31、现实等辅助功能的其他部件。n根据外围设备的功能可分为以下3类：n存储器类型：静态易失型存储器(RAM/SRAM)，动态存储器(DRAM)，非易失型存储器(ROM、EPROM、EEPROM、FLASH)。其中，FLASH(闪存)以可擦写次数多，存储速度快，容量大及价格便宜等有点在嵌入式领域得到广泛的应用。n接口类型：目前存在的所有接口在嵌入式系统中都有其广泛的应用，但是以下几种接口的应用最为广泛，包括RS-232接口(串口)、IrDA(红外)、SPI(串行设备接口)、I2C、USB、Ethernet和普通并口。n显示类型：CRT、LCD和触摸屏等外围显示设备。2022年3月20日星期日生物医学工

32、程学院电子技术系541.6嵌入式系统设计概述n嵌入式操作系统主流软件nVxWorks 是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的系统。nOS-9是主要为高科技产品设计的，提高了很好的安全和容错性，并且有很好的升级能力和灵活性。nPalm OS，是Palm公司的操作系统，和微软的Windows CE是PDA操作系统的两大巨头。n嵌入式系统软件嵌入式系统软件n嵌入式系统设计语言嵌入式系统设计语言 n嵌入式操作系统 n嵌入式系统开发环境n实时在线仿真系统实时在线仿真系统ICEICEn高级语言编译器高级语言编译器n源程序模拟器源程序模拟器2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系55

33、1.6嵌入式系统设计概述n嵌入式实时操作系统n实时系统(Real Time System) 一个能够在指定或者确定的时间内完成系统功能及对外部或内部事件在同步或异步时间内做出响应的系统，在逻辑或时序控制中如果出现偏差将会引起严重后果。n当今的实时系统，大多数是嵌入式系统。n有两种类型的实时系统：n软实时系统并不要求限定某一任务必须在一定的时间内完成，只要求各任务运行得越快越好n硬实时系统对系统响应时间有严格要求，一旦系统响应时间不能满足，就可能会引起系统崩溃或致命的错误，一般在工业控制中应用较多。2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系56第7节 ARM微处理器概述 2022年3月

34、20日星期日生物医学工程学院电子技术系571.7ARM微处理器概述 1.7.1 ARM微处理器的特点及其应用nARM：Advanced RISC Machines；n一个公司；n一类微处理器；n一种技术n采用知识产权的微处理器，通称为微处理器。nARM微处理器采用RISC体系结构，具有下列特点：n支持Thumb(16位)/ARM（32位）双指令集；n使用大量寄存器，数据操作大多数在寄存器中完成；n寻址方式灵活简单，指令长度固定，执行速度快、效率高。2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系581.7ARM微处理器概述 1.7.2 ARM微处理器系列nARM微处理器包括ARM公司和其他

35、公司基于ARM体系结构的处理器。主要产品有：nARM7nARM9nARM9EnARM10EnARM11-它是ARM新指令架构-ARMv6的第一代设计实现。nARM12-cortexnSecurCorenXscalenStrong ARM2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系591.7ARM微处理器概述 nARM7微处理器系列n它是一种低功耗的位处理器，适合于低成本的消费产品。n支持实时在线仿真器；n功耗极低；n三级流水线结构；代码密度高并兼容16位的Thumb指令集；n支持大多数操作系统，如：Windows CE、Linux、Palm OS等；n指令系统与ARM9、ARM9E和A

36、RM10E等系列兼容，方便于产品升级。n运算处理能力高达130MIPS，适用于大多数复杂的应用。nARM7系列产品种类nARM7TDMInARM7TDMI-SnARM720TnARM7EJ2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系601.7ARM微处理器概述 nARM9微处理器系列n它是ARM7的一种升级，功能更加强大。nARM9E微处理器系列n它是9的增强型，单一内核，提供微控制器、DSP、Java应用系统的综合解决方案。nARM10E微处理器系列n采用两种先进的节能方式，除了功耗更低外，其功能比ARM9和ARM9E更强。nSecurCore微处理器系列n专为安全需要设计的，它除了

37、具有ARM功能外，还提供了信息安全解决方案。nStrongARM微处理器系列n属于Intel公司的产品，主要有SA-1100系列。其结构与ARM相同，主要是采用了Intel的设计技术，目前已应用于多家公司的掌上电脑。nXscale处理器nIntel的一款主打产品，支持16位的Thumb指令和DSP指令集，主要应用于数字移动电话、PDA和网络产品。2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系611.7ARM微处理器概述 1.7.3 ARM微处理器结构1RISC体系结构 微处理器采用RISC结构，RISC结构是CISC结构演化而来的。nRISC的特点n具有大量的寄存器，大多操作都在寄存器中

38、完成；n寻址方式灵活简单，执行效率高；n通过载入和存储指令访问存储器；n采用固定长度的指令格式；n所有的指令都可以条件执行，以提高指令执行效率；n同一条数据处理指令中包含算术逻辑单元处理和移位处理；n使用地址自动增加（减少）来优化程序中的循环处理；n载入和存储指令可以批量传输数据，从而提高数据传输效率。2022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系621.7ARM微处理器概述 nRISC基本设计思想n减小CPI: CPUtime=Instr_Count * CPI * Clock_cyclen精简指令集:保留最基本的,去掉复杂、使用频度不高的指令n采用Load/Store结构，有助于减少指令格式，统一存储器访问方式n采用硬接线控制代替微程序控制nRISC精华:减少指令平均执行周期数nCPUtime= IC CPUtime= IC * *CPICPI * *CCCCnICRISC IC CISC, 30%-40%nCCRISC CCCISC，nCPIRISC CPICISC 差距在缩小超标量、超流水线、VLIW等系统结构， 目标在于减小CPI， 可使CPI12022年3月20日星期日生物医学工程学院电子技术系631.7ARM微处理器概述 nRISC的提出与发展nLoad/Store结构提出： CDC6600(1963)-CRAY1(1976)nRISC思想最早在IBM公司提出