第一章ARM微处理器概述

1、ARM 应用系统设计第一章 ARM微处理器概述佘黎煌东北大学信息科学与工程学院电子信息工程研究所学好ARM就有机会!ARM微处理器概述 uARMAdvanced RISC Machines uARM微处理器的应用领域微处理器的应用领域uARM微处理器的特点微处理器的特点,RISC,流水线流水线uARM微处理器系列微处理器系列uARM微处理器的体系结构微处理器的体系结构uARM微处理器的应用选型微处理器的应用选型n需要掌握的内容:n1什么是RISC指令集n2什么流水线n3ARM型号的识别.一、ARM概述ARM是什么？是什么？nAdvanced RISC Machinesn一个公司的名字英国知识产

2、权核（IP）设计公司n一类微处理器的通称n一种技术的名字（ARM微处理器核）ARMAdvanced RISC MachinesuIP（Intellectual Property）知识产权。硅知识产权核是预先设计好的电路功能模块。知识产权。硅知识产权核是预先设计好的电路功能模块。IP核分为软核分为软核、硬核和固核核、硬核和固核 uFabless (无生产线）无生产线）uRISC Reduced Instruction Set Computer精简指令集计算机精简指令集计算机ARM：RISC处理器处理器IP核核FablessARMAdvanced RISC Machines基于基于ARM技术的技术

3、的32位微处理器，市场的占有率目前已达到位微处理器，市场的占有率目前已达到80%将技术授权给将技术授权给其它芯片厂商其它芯片厂商形成各具特色形成各具特色的的ARM芯片芯片中兴集成电路、大唐电讯、中芯国际、上海华虹中兴集成电路、大唐电讯、中芯国际、上海华虹应用领域应用领域u无线通信领域：手机、无线通信领域：手机、PDAu消费类电子产品：数字媒体播放器、游戏机消费类电子产品：数字媒体播放器、游戏机u网络应用：语音及视频处理、数字机顶盒、网络应用：语音及视频处理、数字机顶盒、VoIPu成像和安全产品：数码相机、打印机、成像和安全产品：数码相机、打印机、SIM智能卡智能卡u工业控制与仪器仪表：工业控制

4、与仪器仪表：u其他领域其他领域ARMAdvanced RISC MachinesARM Powered ProductsLexmark Z52 Color JetprinterSamsung ML5100AJVC Pixstar GC-X1HP Jornado 820Psion Revo PlusHP CapShareSony MZ-R90 MiniDiscNokia 8810Nokia MediamasterNintendoGameboyAdvanceEricssonR380Alba BushInternet TV3Com10/100 PCI NICIomega HipZipDiamond

5、Multimedia Rio 600ARM处理器的使用量处理器的使用量ARM微处理器概述 uARMAdvanced RISC Machines uARM微处理器的应用领域微处理器的应用领域uARM微处理器的特点微处理器的特点,RISC,流水线流水线uARM微处理器系列微处理器系列uARM微处理器的体系结构微处理器的体系结构uARM微处理器的应用选型微处理器的应用选型特点特点u体积小、低功耗、低成本、高性能体积小、低功耗、低成本、高性能u支持支持Thumb（16位）位）/ARM（32位）双指令集位）双指令集u全球众多的合作伙伴全球众多的合作伙伴 ARMAdvanced RISC Machines

6、总线结构冯冯诺依曼结构诺依曼结构(Von Neumann Architecture)程序代码和数据共用一个公共的存储空间和单一的地址与程序代码和数据共用一个公共的存储空间和单一的地址与数据总线。数据总线。中央处理器中央处理器存储器存储器程序程序指令指令0 0指令指令1 1指令指令2 2指令指令3 3数据数据数据数据0 0数据数据1 1数据数据2 2总线总线冯冯诺依曼体系结构模型诺依曼体系结构模型n指令的执行周期Tn1）取指令（Instruction Fetch)：TFn2）指令译码（Instruction Decode）：TDn3）执行指令（Instruction Execute）：TEn4）

7、存储（Storage）：TS每条指令的执行周期：T= TF+TD+TE+TS冯诺依曼体系的特点n1）数据与指令都存储在同一存储区中，取指令与取数据利用同一数据总线。n2）被早期大多数计算机所采用n3）ARM7冯诺依曼体系结构简单,但速度较慢。取指不能同时取数据RISC技术和流水线技术哈佛结构（哈佛结构（Harvard Architecture)程序代码和数据的存储空间分开，并行地进行指令和数据的程序代码和数据的存储空间分开，并行地进行指令和数据的处理，从而可以大大地提高运算的速度处理，从而可以大大地提高运算的速度中央处理器中央处理器程序存储器程序存储器指令指令0指令指令1指令指令2数据存储器数

8、据存储器数据数据0数据数据1数据数据2总线总线总线总线哈佛体系结构模型哈佛体系结构模型n哈佛体系结构的特点n1）程序存储器与数据存储器分开.n2）提供了较大的存储器带宽，各自有自己的总线。n3）适合于数字信号处理.n4）大多数DSP都是哈佛结构.n5）ARM9是哈佛结构n6）取指和取数在同一周期进行，提高速度， 改进哈佛体系结构分成三个存储区：程序、数据、程序和数据共用。RISC体系结构体系结构RISC特点特点如下：如下： 精简指令集计算机精简指令集计算机RISC结构的产生结构的产生是相对于传统的复杂指令集计算机是相对于传统的复杂指令集计算机CISC 结构而言的。结构而言的。RISC技术和流水

9、线技术CISC（Complex Instruction Set Computer）复杂指令集计算机复杂指令集计算机n具有大量的指令和寻址方式具有大量的指令和寻址方式n8/2原则：原则：80%的程序只使用的程序只使用20%的指令。的指令。n大多数程序只使用少量的指令就能够运行。大多数程序只使用少量的指令就能够运行。nCISC CPU 包含有丰富的单元电路，因而功能强、面积大、包含有丰富的单元电路，因而功能强、面积大、功耗大。功耗大。RISC技术和流水线技术RISC（ Reduced Instruction Set Computer）精简指令集计算机精简指令集计算机n指令规整、对称、简单。指令小于

10、指令规整、对称、简单。指令小于100条，基本寻址方条，基本寻址方 式有式有23种。种。n单周期指令。单周期指令。n 指令字长度一致，单拍完成，便于流水操作。指令字长度一致，单拍完成，便于流水操作。n大量的寄存器。寄存器不少于大量的寄存器。寄存器不少于32个。数据处理器的指令只对个。数据处理器的指令只对寄存器的内容操作。只有加载存储指令可以访问存储器。寄存器的内容操作。只有加载存储指令可以访问存储器。n使使CPU硬件结构设计变得更为简单，硬件结构设计变得更为简单， RISC CPU包含较少的包含较少的单元电路，因而面积小、功耗低单元电路，因而面积小、功耗低 RISC技术和流水线技术RISC技术和

11、流水线技术主要差别：主要差别：n寄存器寄存器nRISC指令集拥有更多的通用寄存器，每个可以存放数据指令集拥有更多的通用寄存器，每个可以存放数据和地址，寄存器为所有的数据操作提供快速的存储访问。和地址，寄存器为所有的数据操作提供快速的存储访问。nCISC指令集指令集 多用于特定目的的专用寄存器。多用于特定目的的专用寄存器。nLOAD/STORE结构结构nRISC结构：结构：CPU 仅处理寄存器中的数据，采用独立的、仅处理寄存器中的数据，采用独立的、专用的专用的LOAD /STORE 指令来完成数据在寄存器和外存之指令来完成数据在寄存器和外存之间的传送。（访存费时，处理和存储分开，可以反复的使间的

12、传送。（访存费时，处理和存储分开，可以反复的使用保存在寄存器中的数据，而避免多次访问外存）。用保存在寄存器中的数据，而避免多次访问外存）。nCISC结构结构 能直接处理存储器中的数据。能直接处理存储器中的数据。RISC技术和流水线技术单周期指令单周期指令3级流水线操作级流水线操作取指取指译码译码执行执行取指取指译码译码执行执行取指取指译码译码执行执行t指令指令指令指令1指令指令2指令指令312345流水线流水线(Pipeline)(Pipeline)技术：几个指令可以并行执行技术：几个指令可以并行执行 提高了提高了CPUCPU的运行效率的运行效率 内部信息流要求通畅流动内部信息流要求通畅流动A

13、RM9TDMI的五级流水线的五级流水线ARM7TDMI与与ARM9TDMI流水线比较流水线比较ARM9流水线结构流水线结构ARM的流水线结构ARM微处理器概述 uARMAdvanced RISC Machines uARM微处理器的应用领域微处理器的应用领域uARM微处理器的特点微处理器的特点,RISC,流水线流水线uARM微处理器系列微处理器系列uARM微处理器的体系结构微处理器的体系结构uARM微处理器的应用选型微处理器的应用选型 ARM处理器的分类n基于指令集体系结构的分类nv1，v2，v5，v5TEJ，v6，v7，V8 n基于处理器内核的分类nARM7，ARM9，ARM10，ARM11

14、，cortex ARM微处理器系列ARM体系结构版本n各ARM体系结构版本 ARM体系结构从最初开发到现在有了很大的改进，并仍在完善和发展。为了清楚的表达每个ARM应用实例所使用的指令集，ARM公司定义了7种主要的ARM指令集体系结构版本，以版本号V1V6、Cortex表示。nV1版架构n 该版架构只在原型机ARM1出现过,其基本性能：n基本的数据处理指令(无乘法)n字节、半字和字的LOAD/STORE指令n转移指令，包括子程序调用及链接指令n软件中断指令n寻址空间：64M字节(26)nV2版架构n 该版架构对V1版进行了扩展,如ARM2架构,增加了以下功能：n乘法和乘加指令n支持协处理器操作

15、指令n快速中断模式nSWP/SWPB基本存储器与寄存器交换指令n寻址空间：64M字节nV3版架构n把寻址空间增至32位(4G字节),n增加了当前程序状态寄存器CPSR和程序状态保存寄存器SPSR以便于异常的处理。n增加了中止和未定义二种处理器模式。nARM6就采用该版架构。n指令集变化如下：n增加了MRS/MSR指令,以访问新增的CPSR/SPSR寄存器n增加了从异常处理返回的指令功能。nV4版架构n V4版架构是目前应用最广的ARM体系结构,对V3版架构进行了进一步扩充,有的还引进了16位的Thumb指令集,使ARM使用更加灵活。ARM7、ARM8、ARM9和StrongARM都采用该版架构

16、。指令集中增加了以下功能：n有符号、无符号的半字和有符号字节的Load/Store指令。n增加了16位Thumb指令集n完善了软件中断SWI指令的功能n增加了处理器的特权模式。nV5版架构n 这是最近几年推出ARM架构,在V4版基本上增加了一些新的指令,ARM10和XScale都采用该版架构,这些新增指令有：n带有链接和交换的转移BLX指令n计数前导零CLZ指令nBKPT软件断点指令n增加了信号处理指令n为协处理器增加更多可选择的指令v6版架构nARMV6 nV6在V5上增加了以下功能：nThumb-2增强代码密度nSIMD增强媒体和数字处理功能nTrustZone提供增强的安全性能nIEM提

17、供增强的功耗管理功能。nARM11，ARM1156T-S、ARM115T2F-S、ARM1176JZ-S、ARM11JZF-S 36v7版架构nARM指令集体系结构（ISA）各版本简介（续）nARMv7（2004年以后）年以后）n属于全新的属于全新的CortexTM 系列系列n具有具有A（应用处理器）、（应用处理器）、R（嵌入式实时处理器）、（嵌入式实时处理器）、M（微控制器）三个类型（微控制器）三个类型n采用了采用了Thumb-2技术技术纯32位代码少使用 31的内存， 比Thumb 技术高出38的性能n采用了采用了NEONTM技术，以增强技术，以增强DSP和多媒体处理性和多媒体处理性能能,

18、将DSP和媒体处理能力提高了近4 倍nCortex-A8为第一个采用超标量架构的为第一个采用超标量架构的ARM处理器处理器n各各ARM版本向下兼容，即为某低版本内核编写的程序版本向下兼容，即为某低版本内核编写的程序无需修改可直接运行于具有同等扩展功能的高版本内无需修改可直接运行于具有同等扩展功能的高版本内核中（有个别例外）核中（有个别例外）ARMv8指令集指令集nARMv8 架构架构nARMv8-A 将 64 位架构支持引入 ARM 架构中，其中包括：64 位通用寄存器、SP（堆栈指针）和 PC（程序计数器）n64 位数据处理和扩展的虚拟寻址n两种主要执行状态：nAArch64 - 64 位执

19、行状态，包括该状态的异常模型、内存模型、程序员模型和指令集支持nAArch32 32 位执行状态，包括该状态的异常模型、内存模型、程序员模型和指令集支持n这些执行状态支持三个主要指令集：nA32（或 ARM）：32 位固定长度指令集，通过不同架构变体增强部分 32 位架构执行环境现在称为 AArch32。nT32 (Thumb) 是以 16 位固定长度指令集的形式引入的，随后在引入 Thumb-2 技术时增强为 16 位和 32 位混合长度指令集。部分 32 位架构执行环境现在称为 AArch32。nA64：提供与 ARM 和 Thumb 指令集类似功能的 32 位固定长度指令集。随 ARMv

20、8-A 一起引入，它是一种 AArch64 指令集。 ARMv8 对应对应Cortex-A50 arm核核nCortex-A50 系列是基于 ARMv8 体系结构的最新系列处理器。该系列支持 AArch64，这是一种新的高能效 64 位执行状态，可与 ARM 现有的 32 位执行状态的增强版本一起运行。Cortex-A50 系列包含 Cortex-A57 和 Cortex-A53 处理器。n智能手机正在从内容消费型设备向内容创作型设备转变。智能手机可以拍摄高质量的录像和照片，消费者想要编辑和分享这些内容，因此，刺激了对 Cortex-A57 处理器提供的高级处理能力的需求。内容创作不仅局限于多

21、媒体，还有文档的创作。3.1 ARM简介nARM处理器核简介 ARM公司开发了很多系列的ARM处理器核，目前最新的系列已经是ARM11了，而ARM6核以及更早的系列已经很罕见了。目前应用比较广泛的系列是：ARM7ARM9ARM9EARM10SecurCoreXscaleARM11Cortex ARM微处理器系列ARM系列产品表示Family number 7: ARM7 9: ARM910: ARM1011: ARM11Memory system 2: Cache, MMU, Process ID 4: Cache, MPU 6: Write buffer, no cacheMemory si

22、ze 0: Cache size (4-128KB) 2: Reduced cache size 6: TCMSynthesizableExtensions E: DSP extension J: Jazelle extension T: Thumb support标志含义说明T支持Thumb指令集Thumb指令集版本1：ARMv4TThumb指令集版本2：ARMv5TThumb-2：ARMv6TD片上调试使处理器能够停止，以响应调试请求M支持长乘法32位乘32位得到64位，32位的乘加得到64位IEmbedded ICE提供片上断点和调试点EDSP指令增加了DSP算法处理器指令：16位乘加指

23、令，饱和的带符号数的加减法，双字数据操作，cache预取指令JJava加速器Jazelle 提高java代码的运行速度S可综合提供VHDL或Verilog语言设计文件ARM7系列微处理器特点：特点：u低功耗低功耗u嵌入式嵌入式ICERT逻辑逻辑u0.9MIPS/MHz的的3级流水线级流水线结构结构u32位位ARM指令集和指令集和16位的位的Thumb指令集指令集u主频最高可达主频最高可达130MHzICE：In Circuit Emulation，在电路仿真，在电路仿真MIPS：Million Instruction Per Second每秒百万条指令每秒百万条指令ARM7系列微处理器ARM7

24、 FamilyUnified Cache内存管理流水线级别ThumbDSPJazelleARM7TDMI无无3有无无ARM7TDMI-S无无3有无无ARM710T/720T8kMMU3有无无ARM740T8k或4kProtection Unit3有无无ARM7EJ-S无无3有有有ARM7系列微处理器典型芯片：典型芯片：ATMEL:AT91M40800/55800ASamsung:S3C44B0/4510BST:STR710 x ARM7系列广泛应用于多媒体和嵌入式设备，包括Internet设备、网络和调制解调器设备，以及移动电话、PDA等无线设备。经典 ARM 处理器的推出时间已超过 15 年

25、，ARM7TDMI 仍是市场上销量最高的 32 位处理器。每个季度的设备销量超过 10 亿台，或者每秒超过 90 台，并且颁发的许可证超过 500 个ARM7TDMI核的嵌入式微处理器核的嵌入式微处理器S3C44B0X 一、S3C44B0简介三星公司基于ARM7TDMI的用于手持设备和一般应用的低功耗嵌入式处理器。S3C44B0的主要技术特征（14项）：（1）ARM7TMDMI核 （2）大小端模式控制（2）中断控制器 （4）电源和时钟管理（5）PWM定时器 （6）实时钟 （7）PIO端口（8）DMA控制器 （9）ADC （10）LCD控制器（11）I2C （12）I2S （13）SIO（14）

26、额定参数 (内核:2.5V,IO:3.3V,75MHz)S3C44B0X组织的嵌入式系统组织的嵌入式系统三、三、S3C44B0X引脚信号引脚信号 S3C44B0X的外部引脚采用两种封装形式,一种是160个引脚的LQFP 封装,另一种是160脚的FBGA封装。ARM9系列微处理器(1)特点：特点：u1.1MIPS/MHz的哈佛结构，的哈佛结构，5级流水线级流水线u32位位ARM指令集和指令集和16位位Thumb指令集指令集u支持支持32位的高速位的高速AMBA总线接口总线接口u全性能的全性能的MMU，支持，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统等多种主流嵌入

27、式操作系统u支持数据支持数据Cache和指令和指令Cache，具有更高的指令和数据，具有更高的指令和数据处理能力处理能力MMU：Memory Management UnitCache的作用n处理器速度远远高于存储器访问速度；n存储器访问成为系统性能的瓶颈，因为处理器需要耗费大量的时间在等待存储器上面。n高速缓存存储最近常用的代码和数据，以最快的速度提供给CPU处理(CPU访问Cache不需要等待)。AMBA总线AMBA总线ARM微控制器使用的是微控制器使用的是AMBA总线体系结构总线体系结构AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）是）是AR

28、M公司公布的总线标准，先公司公布的总线标准，先进的进的AMBA规范定义了三种总线：规范定义了三种总线：n AHB总线总线（Advanced High-performance Bus）：）：用于连接高性能系统模块。它支持突发数用于连接高性能系统模块。它支持突发数据传输方式及单个数据传输方式，所有时序据传输方式及单个数据传输方式，所有时序 参考参考同一个时钟沿。同一个时钟沿。n ASB总线总线（Advanced System Bus）：）：用于用于连接高性能系统模块，在不必要适用连接高性能系统模块，在不必要适用AHB的高速的高速特性的场合特性的场合,它支持突发数据传输模式。它支持突发数据传输模式。

29、n APB总线总线（Advance Peripheral Bus）：）：是一是一个简单接口支持低性能的外围接口。个简单接口支持低性能的外围接口。 vARM9 FamilyCache内存管理流水线级别ThumbDSPJazelleARM9TDMI无无5有无无ARM920T16K/16kMMU5有无无ARM922T8k/8kMMU5有无无ARM940T4k/4kProtection Unit5有无无ARM9系列微处理器(2)ARM9系列微处理器（3）典型芯片：典型芯片：uATMEL:AT91RM9200（ARM920T）uSamsung：S3C2410（ARM920T）uTI:OMAP5910（A

30、RM925 + C55x）DaVinci（ARM926EJ-S + C64x）ARM9系列主要应用于引擎管理、仪器仪表、安全系统和机顶盒等领域。n这是一种配置的S3C2410核心板：ARM9E系列微处理器 ARM9E系列微处理器为可综合处理器，使用单一的处理器内核提供了微控制器、DSP、Java应用系统的解决方案，极大的减少了芯片的面积和系统的复杂程度。ARM9E系列微处理器提供了增强的DSP处理能力，很适合于那些需要同时使用DSP和微控制器的应用场合。 ARM9E系列微处理器的主要特点如下：u支持支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。u

31、5级流水线，指令执行效率更高。级流水线，指令执行效率更高。u支持支持32位位ARM指令集和指令集和16位位Thumb指令集。指令集。u支持支持32位的高速位的高速AMBA总线接口。总线接口。u支持支持VFP9浮点处理协处理器。浮点处理协处理器。u全性能的全性能的MMU，支持，支持Windows CE、Linux、Palm OS等等多种主流嵌入式操作系统。多种主流嵌入式操作系统。uMPU支持实时操作系统。支持实时操作系统。u支持数据支持数据Cache和指令和指令Cache，具有更高的指令和数据处，具有更高的指令和数据处理能力。理能力。u主频最高可达主频最高可达300MHz。 ARM10E系列微处

32、理器 ARM10E系列微处理器具有高性能、低功耗的特点，由于采用了新的体系结构，与同等的ARM9器件相比较，在同样的时钟频率下，性能提高了近50，同时，ARM10E系列微处理器采用了两种先进的节能方式，使其功耗极低。 ARM10E系列微处理器的主要特点如下：系列微处理器的主要特点如下：u支持支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。u6级整数流水线，指令执行效率更高，级整数流水线，指令执行效率更高，1.25MIPS/MHZ。，。，u支持支持32位位ARM指令集和指令集和16位位Thumb指令集。指令集。u支持支持64位的高速位的高速AMBA总

33、线接口。总线接口。u支持支持VFP10浮点处理协处理器。浮点处理协处理器。u全性能的全性能的MMU，支持，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流等多种主流嵌入式操作系统。嵌入式操作系统。u支持数据支持数据Cache和指令和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力，具有更高的指令和数据处理能力u主频最高可达主频最高可达400M。u内嵌并行读内嵌并行读/写操作部件。写操作部件。 nARM10E系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、通信和信息系统等领域。nARM10E系列微处理器包含ARM1020E、ARM1022E和ARM1026EJ-S

34、三种类型，以适用于不同的应用场合。vARM10 FamilyARM10EJ-S无无6有有有ARM1026EJ-S0,4-128k/0,4-128kMMU6有有有Cache内存管理流水线级别ThumbDSPJazelleARM10E无无6有有无ARM1020E32k/32kMMU6有有无ARM1022E16k/16kMMU6有有无ARM10TDMI无无6有无无ARM1020T32k/32kMMU6有无无ARM11E系列微处理器 ARM11微处理器采用0.13微米工艺，低端产品运行在350MHz500MHz，高端产品运行在533750MHz，如果将加工工艺减小到0.10微米，那么芯片速度将达1GH

35、z。nARMv6架构是根据下一代的消费类电子、无线设备、网络应用和汽车电子产品等需求而制定的。nARM11的媒体处理能力和低功耗特点，特别适用于无线和消费类电子产品；n其高数据吞吐量和高性能的结合非常适合网络处理应用；n另外，也在实时性能和浮点处理等方面ARM11可以满足汽车电子应用的需求。vARM11 FamilyCache内存管理流水线级别ThumbDSPJazelle浮点运算ARM1136J-S4-64kMMU8有有有无ARM1136JF-S4-64kMMU8有有有有ARM1156T2-S可配置9Thumb-2有无无ARM1156T2F-S可配置9Thumb-2有无有三星S3C6410处

36、理器基于ARM1176JZF-S核，最高主频可达667MHz OK6140开发板开发板需连接硬件需连接硬件OK6140布局布局S3C6410核心板ARM11 产品SecurCore系列微处理器 SecurCore系列微处理器专为安全需要而设计，提供了完善的32位RISC技术的安全解决方案，因此，SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构的低功耗、高性能的特点外，还具有其独特的优势，即提供了对安全解决方案的支持。 SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构各种主要特点外，还在系统安全方面具有如下的特点：u带有灵活的保护单元，以确保操作系统和应用数据的安全。以确保操作系统和应用

37、数据的安全。u采用软内核技术，采用软内核技术，防止外部对其进行扫描探测。u可集成用户自己的安全特性和其他协处理器。 SecurCore系列微处理器主要应用于一些对安全性要求较高的应用产品及应用系统，如电子商务、电子政务、电子银行业务、网络和电子商务、电子政务、电子银行业务、网络和认证系统等领域。认证系统等领域。 SecurCore系列微处理器包含SecurCore SC100、SecurCore SC110、SecurCore SC200和SecurCore SC210四种类型，以适用于不同的应用场合。Intel的StrongARM、Xscale系列微处理器Intel公司推出的面向无线移动终端

38、开发的体系结构公司推出的面向无线移动终端开发的体系结构“ Personal Internet Client Architecture (PCA)” 是一个开放的嵌入式是一个开放的嵌入式系统开发应用平台，系统开发应用平台，它以它以XSCALE系列嵌入式处理器为核心，支持系列嵌入式处理器为核心，支持Linux、WinCENET和和VxWorks等操作系统，是一个理想的面向无线等操作系统，是一个理想的面向无线互连的应用平台。互连的应用平台。 Xscale 处理器是基于处理器是基于ARMv5TE体系结构体系结构的解决方案，是一款全性能、的解决方案，是一款全性能、高性价比、低功耗的处理器。它支持高性价比

39、、低功耗的处理器。它支持DSP指令集，已使用在数字移动电指令集，已使用在数字移动电话、个人数字助理和网络产品等场合。话、个人数字助理和网络产品等场合。典型芯片：典型芯片：PXA250/255/270/2722.2.3 ARM的流水线结构2.2.3 ARM的流水线结构ARM架构ARM Cortex系列简介nARM Cortex系列简介 基于ARMv7版本的ARM Cortex系列产品由A、R、M三个系列组成，具体分类延续了一直以来ARM面向具体应用设计CPU的思路。 ARM CortexA应用处理器（Application Processor ）系列 R实时控制处理（Real Time Cont

40、rol ）系列M微控制器（Micro Controller ）系列ARM Cortex系列简介nCortex-M 系列是必须考虑不同的成本、功耗和性能的各类可兼容、易于使用的嵌入式设备（如微控制器 (MCU)）的理想解决方案。每个处理器都针对十分广泛的嵌入式应用范围提供最佳权衡取舍。n数字信号控制（DSC） ARM Cortex-M0ARM Cortex-M3ARM Cortex-M4“8/16 位”应用 “16/32 位”应用 “32 位/DSC”应用低成本和简单性 性能效率有效的数字信号控制 ARM Cortex系列简介nCortexTM-M3处理器简介 该处理器是首款基于ARMv7-M架

41、构的处理器，采用了纯Thumb2指令的执行方式，具有极高的运算能力和中断相应能力。 Cortex-M3主要应用于汽车车身系统，工业控制系统和无线网络等对功耗和成本敏感的嵌入式应用领域。目前最便宜的基于该内核的ARM单片机售价为1美元。例如例如: :意法半导体公司意法半导体公司: STM32F103: STM32F103 TI TI公司：公司： LM3S811LM3S811 ATMELATMEL公司公司: ATSAM3U: ATSAM3UNXPNXP公司（恩智浦半导体）公司（恩智浦半导体）公司公司: LPC1768 : LPC1768 Cortex-M3内核内核ARM Cortex系列简介nAR

42、M Cortex-R 实时处理器为具有严格的实时响应限制的深层嵌入式系统提供高性能计算解决方案。目标应用包括(R4,R5,R7)n智能手机和基带调制解调器中的移动手机处理。 n企业系统，如硬盘驱动器、联网和打印。 n家庭消费性电子产品、机顶盒、数字电视、媒体播放器和相机。 n用于医疗行业、工业和汽车行业的可靠系统的嵌入式微控制器。 n在这些应用中，采用的是对处理响应设置硬截止时间的系统，如果要避免数据丢失或机械损伤，则必须符合所设置的这些硬截止时间。因此 Cortex-R 处理器是专为高性能、可靠性和容错能力而设计的，其行为具有高确定性，同时保持很高的能效和成本效益。ARM Cortex系列简

43、介nCortexTM-R4处理器简介 该处理器是首款基于ARMv7架构的高级嵌入式处理器，其主要目标为产量巨大的高级嵌入式应用系统，如硬盘，喷墨式打印机，以及汽车安全系统等等。nCortexTM-R4F处理器简介 该处理器在CortexTM-R4处理器的基础上加入了代码错误校正(ECC)技术，浮点运算单元(FPU)以及DMA综合配置的能力，增强了处理器在存储器保护单元、缓存、紧密耦合存储器、DMA访问以及调试方面的能力。ARM Cortex系列简介nCortex-A 处理器适用于具有高计算要求、运行丰富操作系统以及提供交互媒体和图形体验的应用领域。从最新技术的移动 Internet 必备设备（

44、如手机和超便携的上网本或智能本）到汽车信息娱乐系统和下一代数字电视系统。nCortex-A5、Cortex-A8、Cortex-A9 和 Cortex-A15 ARM Cortex系列简介nCortexTM-A8处理器简介 该处理器是ARM公司所开发的基于ARMv7架构的首款应用级处理器，其特色是运用了可增加代码密度和加强性能的技术、可支持多媒体以及信号处理能力的NEONTM技术、以及能够支持Java和其他文字代码语言的提前和即时编译的JazelleRTC技术。 众多先进的技术使其适用于家电以及电子行业等各种高端的应用领域。n诺基亚N900采用的操作系统为最新的Maemo 5版，拥有强大的多任

45、务运行能力，绝对超出了Symbian平台。硬件规格上，采用了德州仪器的TI OMAP 3430处理器，采用ARM Cortex-A8内核，主频为600MHz, 拥有独立的3D加速性能，PowerVR SGX支持OpenGL ES 2.0，类似于苹果iphone 3GS，Palm Pre和三星 Omnia HD，机身可用程序空间为1GB，其中系统RAM为256MB，768MB是虚拟内存。ARM架构TrustZone nTrustZone 技术与 Cortex-A 处理器紧密集成，并通过 AMBA AXI 总线 和特定 TrustZone 系统 IP 块在系统中进行扩展。此系统方法意味着，现在可保

46、护外设（包括处理器旁边的键盘和屏幕），以确保恶意软件无法记录安全域中的个人数据、安全密钥或应用程序，或与其进行交互 n支持 TrustZone 的 ARM 处理器包括：nARM Cortex-A15 nARM Cortex-A9 nARM Cortex-A8 nARM Cortex-A5 nARM1176 ARM微处理器概述 uARMAdvanced RISC Machines uARM微处理器的应用领域微处理器的应用领域uARM微处理器的特点微处理器的特点,RISC,流水线流水线uARM微处理器系列微处理器系列uARM微处理器的体系结构微处理器的体系结构uARM微处理器的应用选型微处理器的应

47、用选型ARM系列芯片的综合考虑nARM7nARM7内核的芯片现在已经很少了，大部分公司都陆续停产了。而且价格没有优势，主频也不高，只能跑uCOS或者uClinux系统。nCORTEX-M3nCortex-M3内核的芯片是目前用量比较大的32位ARM芯片，主频约70MHz到120MHz之间。nCORTEX-M4nCortex-M4内核的芯片支持DSP指令功能，主频100MHz到200MHz之间，比如STM32F4等型号。nCortex-M3/M4这两种内核的芯片可以基于库函数进行编写程序，或者基于寄存器直接编写程序，可以跑轻量级的操作系统，比如uCOS等。nARM9nARM9内核的芯片，是目前市

48、场上运行嵌入式操作系统（linux、wince）主流的32位ARM芯片，主频约180MHz到500MHz之间。nCORTEX-A8和CORTEX-A9n内核的芯片，可以运行多种嵌入式操作系统（linux、wince、android）。nCortex-A8处理器的速率可以在600MHz到超过1GHz的范围内调节，能够满足那些需要工作在300mW以下的功耗优化的移动设备的要求。nCortex-A9处理器的速率可以到1GHz以上，支持多核。 是否需要“操作系统”n没有操作系统：没有操作系统：n裸板程序，不同功能应用，编写不同程序裸板程序，不同功能应用，编写不同程序n借用资源少借用资源少n标准化程度低

49、，开发时间长标准化程度低，开发时间长n产品质量风险高（小问题可能引起系统崩溃）产品质量风险高（小问题可能引起系统崩溃）n含操作系统：含操作系统：n统一接口，界面清晰（驱动、应用等程序）统一接口，界面清晰（驱动、应用等程序）n可调用成熟软件代码包，借用开源资源多可调用成熟软件代码包，借用开源资源多n开发时间短开发时间短n产品质量风险低（模块质量仅仅影响部分功能）产品质量风险低（模块质量仅仅影响部分功能）常用RTOS选择nWindows CEn资源丰富，继承性最好，熟悉的人员多n对GUI支持功能强大n内存需要大，成本高：需要2片32M的SDRAM，1片32M的NOR Flash或一片2M的NOR

50、Flash+128M的NAND Flash（因为容量少的工业级NAND Flash越来越难购买）。n非开放系统，需要收费，但比较高nLinuxn嵌入式Linux最大的应用价值是开源，开放系统，无需收费；红帽子等供应商具备成熟的Linux收费服务。n内核比较稳定n强大的网络支持能力，支持新微处理器、新驱动软件和新协议软件最多、速度最快的平台n支持Wi-Fi，搭配QT开发GUI人机界面不错的选择n需要人员的技术水平较高常用RTOS选择nVxWorksnVxworks最大的应用价值是实时性和稳定性n非开放系统，需要收费，但比较高，约30多万元人民币的年费和产品的授权费nuC/OS-II: n简洁、实

51、用、快速，n选用uC/OS-II时，最多只需2M的NOR Flsh，2M的SDRAM或最多8M的SDRAM，因此整个系统的成本最低。n它能够满足很多产品对CF卡、SD卡、TCP/IP以太网、CAN-bus / CANopen / DeviceNet / J1939现场总线、GUI图形用户界面、RS232、RS485等多方面的需求n支持Wi-Fi等更多的软件时，非常麻烦n非开放系统，需要收费，但比较低控制处理器内核选择策略n低端控制处理器：低端控制处理器：Cortex-M0n简单易用、成本低简单易用、成本低n代替原有单片机代替原有单片机n中端控制处理器：中端控制处理器：Cortex-M3、M4n

52、性价比高性价比高n能满足大部分设备的控制应用能满足大部分设备的控制应用n代替复杂的单片机控制应用代替复杂的单片机控制应用n中端应用处理器：中端应用处理器：ARM9系列系列n操作系统、可借用资源丰富操作系统、可借用资源丰富n模块化设计、快速研发模块化设计、快速研发n高端应用处理器：工控机（外购）高端应用处理器：工控机（外购）n完整操作系统、协议完整完整操作系统、协议完整n简单易用、开发周期短简单易用、开发周期短下下位位机机选选择择建建议议上上位位机机选选择择建建议议Cortex-M0芯片选择建议nCortex-M0芯片：芯片：nST的STM32F0 xx系列芯片：n常用芯片：STM32F051n

53、芯片市场价格2-8元/片，开发板价格：50-200元nNXP的LPC111x、LPC122x系列芯片：n常用芯片：LPC1114、LPC1227nLPC1114芯片市场价格6-18元/片，LPC1227芯片市场价格14-20元/片，开发板价格：100-200元nNuvoTon的NuMicro系列芯片nAtmel的ATSAMD20系列芯片（M0+）nEnergy Micro的EFM32ZG系列芯片Cortex-M3芯片选择nCortex-M3芯片：芯片：nST的STM32F10 x系列芯片：n常用芯片：STM32F103n芯片市场价格8-20元/片，开发板价格：80-200元nTI的Stella

54、ris系列芯片：LM3S(100-9000)nLM3S6000-LM3S9000芯片市场价格30-60元/片，开发板价格：200-600元nAtmel的AT91SAM3X/A系列芯片：nNXP的LPC1700系列芯片：LPC1768：30-40元/片nEnergy Micro的EFM32GG系列芯片ARM芯片选择需要考虑的因素因素因素低端控制低端控制中端控制中端控制中端应用中端应用高端应用高端应用MMUNNYY主频速度20MHz120MHz400MHzUSB接口N随应用YY以太网接口N随应用YYIIS音频接口N随应用随应用随应用LCD控制器N随应用随应用随应用A/D和D/AN随应用随应用随应用

55、UARTYYYYGPIOYYY随应用中断控制器YYYY操作系统N随应用YYARM芯片供应商选择考量nST公司：公司：n基于CORTEX-M3内核的芯片STM32F103、基于CORTEX-M4内核的芯片STM32F4，是目前最流行的CORTEX-M3内核的芯片。nNXP公司：公司：n基于CORTEX-M3内核的芯片LPC1768、LPC1788、基于CORTEX-M0+内核的芯片LPC800系列,ARM9内核的芯片LPC3250，在设计中的认可率都比较高。nATMEL公司：公司：n一直采用ARM核心技术，最高也只采用到ARM9技术，旨在打造稳定的工业级芯片，不追求性能上的卓越，但求性能更加的可

56、靠的工业级芯片。能克服各种恶劣的环境，及各种干扰，功耗低，让工业控制能更加稳定有条不紊的进行。现在的ARM9内核芯片有AT91SAM9260、AT91SAM9263、AT91SAM9G45等n德州仪器德州仪器TI：n一直致力于研究处理速度更快，功能更加强大的芯片。更是采用ARM最新技术Cortex A8来提升芯片的性能。使得一些芯片的处理速度与X86架构的MCU不分伯仲。但是最近OMAP系列芯片据说被裁了，可能会退出市场。这让选择TI芯片的人心里有点害怕！而且，TI的芯片更新速度太快，让选择他们芯片的厂家也无所适从。现在的CORTEX-A8内核芯片有AM3358、AM3359等。nSAMSUN

57、G半导体：半导体：nSAMSUNG生产ARM内核芯片的超高性价比是无人能敌的。正因为这点，其芯片也得到很多厂家的亲睐。例如S3C2440性价比极高，一般消费电子产品中应用较多，不适于在严苛的工控环境中使用。现在的ARM9内核芯片有S3C2440、CORTEX-A8内核芯片S5PV210等。ARM微处理器的应用选型nARM微处理器包含一系列的内核结构，应正确选型以适应不同的应用领域；n如果希望使用WinCE或标准Linux等操作系统以减少软件开发时间，就需要选择ARM720T以上带有MMU（Memory Management Unit）功能的ARM芯片，ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM940T、Strong-ARM都带有MMU功能；n如果希望使用ucLinux等不需要MMU支持的操作系统，就可以选择诸如ARM7TDMI这一没有MMU功能的ARM微处理器系列。ARM微处理器的应用选型u系统的工作频率系统的工作频率 u片内存储