微机原理第七章-基于ARM内核的微处理器-芯-片介绍课件

1、1第7章 基于ARM内核的微处理器芯片简介2学时27.1 ARM926EJ-S处理器内核ARM9系列的通用可综合宏单元处理器内核采用v5TEJ的ARM指令集体系结构ARM9EJ-S整型内核存储器管理单元(MMU)独立的指令和数据AMBA AHB总线接口独立的指令和数据紧耦合存储器(TCM)接口提供对外部协处理器的支持3ARM926EJ-S外部接口图复位、时钟、中断调试接口JTAG调试接口其他配置接口ETM接口数据存储器接口指令存储器接口数据AHB接口指令AHB接口协处理器接口4ARM926EJ-S系统控制协处理器CP15寄存器编号读操作对象写操作对象c0ID编码寄存器未知c0缓存类型寄存器未知

2、c0TCM状态寄存器未知c1控制寄存器控制寄存器c2变换表基址寄存器变换表基址寄存器c3域访问控制寄存器域访问控制寄存器c4保留保留c5数据故障状态寄存器数据故障状态寄存器c5指令故障状态寄存器指令故障状态寄存器c6故障地址寄存器故障地址寄存器c7缓存操作寄存器缓存操作寄存器c8未知TLB操作寄存器c9缓存锁定寄存器缓存锁定寄存器c9TCM区域寄存器TCM区域寄存器c10TLB锁定寄存器TLB锁定寄存器c11和c12保留保留c13FCSE PID寄存器FCSE PID寄存器c13上下文ID寄存器上下文ID寄存器c14保留保留c15测试与调试寄存器测试与调试寄存器5ARM926EJ-S系统控制协

3、处理器CP15系统控制协处理器(CP15)用于配置和控制ARM926EJ-S处理器。缓存、紧耦合存储器、存储器管理单元以及大部分其他系统选项都由CP15寄存器控制。用户只能在特权模式下使用MRC和MCR指令来访问CP15寄存器。 除以下情况外，所有已定义的CP15寄存器位在复位时都被清零： 在复位时若信号VINITHI为低电平，则V位被清零；若信号VINITHI为高电平，则V位被置位。 在复位时若信号BIGENDINIT为低电平，则B位被清零；若信号BIGENDINIT为高电平，则B位被置位。 在复位时若INITRAM引脚为高电平，则TCM指令被使能。处理器将指令ITCM区域寄存器的指令ITC

4、M允许位置位，并从指令TCM引导系统。6ARM926EJ-S存储器管理单元MMUCache和写缓冲器紧耦合存储器接口总线接口单元非高速缓存取指嵌入式跟踪宏单元电源管理 对各模块简要了解即可77.2 ARM9微处理器飞思卡尔MC9328MX21Atmel公司AT91SAM9263三星S3C2440A意法半导体STR91x8飞思卡尔MC9328MX21飞思卡尔公司采用ARM内核的微处理器命名为i.MX系列，该系列主要包含以下子系列：i.MXS，i.MXL，i.MX1，i.MX21，i.MX27，i.MX31，i.MX35，i.MX37和i.MX51。该系列微处理器主要应用于智能手机、便携式多媒体播

5、放器、便携式导航设备、视频监控、销售终端机系统和条码扫描仪等消费类、工业、健康等领域的产品。除i.MX系列微处理器以外，飞思卡尔公司还有少数其他产品也采用了ARM内核，例如适用于便携式多媒体播放器和导航设备的STMP37XX系列产品。9飞思卡尔MC9328MX21i.MX21采用32.768 KHz的实时时钟，最大内核工作时钟可达266 MHz内核采用1.5 V供电，外围及I/O接口采用3.3 V供电，使用289脚的PBGA封装集成了MPEG4编解码器、LCD控制器、USB OTG接口、CMOS传感器接口和AC97主控制器i.MX21集成了NAND Flash控制器接口，设计者可以选用廉价的N

6、AND Flash器件作为系统的非易失存储器通过i.MX21内部集成的PCMCIA/CF，USB和MMC/SD等接口，可以进行WLAN和蓝牙等多种功能的扩展10MC9328MX21内部结构框图11Atmel公司AT91SAM9263Atmel公司采用ARM内核的微处理器命名为AT91系列，该系列主要包含以下子系列：AT91M42800A，AT91M55800AAT91RM9200，AT91SAM7AAT91SAM7L(低功耗)，AT91SAM7SAT91SAM7SE，AT91SAM7XAT91SAM9，AT91SAM9XE和AT91X4012Atmel公司AT91SAM926313Atmel公

7、司AT91SAM9263基于ARM926EJ-S内核的32位微处理器带有MMU存储器管理单元，支持DSP扩展指令和JAVA硬件加速，当运行在200MHz时拥有220MIPS的运算性能AT91SAM9263具备两组独立的外部存储器总线EBI0和EBI1，可以连接多种内存设备和大容量IDE硬盘设备内部嵌有LCD控制器，可支持2D图形加速、双通道DMA和图像传感器接口集成了多种标准外设接口，例如USART，SPI，TWI，定时计数器，PWM，多媒体卡接口和CAN控制器等14AT91SAM9263内部结构框图15三星S3C2440ASamsung公司采用ARM内核的微处理器主要按照应用来划分。通用型3

8、2位MCU主要采用ARM7TDMI内核，面向CAN/LIN总线、以太网、发动机控制和RFID等应用场合。Samsung公司的更多采用ARM内核的微处理器主要面向消费类便携式设备，例如：采用ARM7TDMI内核的S3C44B0和S3C3410采用ARM926EJ-S内核的S3C2412，S3C2413，S3C2416，S3C2450和S3C24A0采用ARM920T内核的S3C2410，S3C2440，S3C2442和S3C2443采用ARM1176JZF内核的S3C6400等16三星S3C2440A采用ARM920T内核，实现了存储器管理单元MMU，AMBA总线和哈佛架构的高速缓冲体系结构。在

9、高速缓存方面采用了独立的16 KB的I-cache和16 KB的D-cache。采用0.13 m CMOS工艺标准宏单元和存储器单元，其低功耗、简洁的结构和全静态电路设计特别适合对成本和功耗敏感的应用。为了降低整机系统的成本，S3C2440A提供了各类丰富的功能模块，在系统设计中无需配置额外的外部组件。 17S3C2440A内部结构框图18存储器接口单字节的Boot ROM 设计：19存储器接口用字节EEPROM/FLASH 设计半字Boot ROM： 20存储器接口用半字EEPROM/FLASH 设计半字BOOT ROM： 21存储器接口用字节EEPROM/FLASH 设计的字Boot RO

10、M22意法半导体STR91xST(意法半导体)公司采用ARM内核的微处理器主要包括三个系列：采用Cortex-M3内核的STM32系列、采用ARM7TDMI内核的STR7系列和采用ARM966E-S内核的STR9系列。STM32系列包含STM32101，STM32102和STM32103子系列；STR7系列包含STR710，STR730和STR750子系列；STR9系列包含STR910，STR911和STR912子系列。 23意法半导体STR91x采用96 MHz ARM966E-S内核，带有单周期的DSP指令和与介质无关的联网功能；具有优化DMA数据流的10/100 M以太网接口；具有容量高

11、达96 KB的SRAM，544 KB的双体闪存，SRAM或闪存都可以用于指令或数据存储；支持USB，CAN，SPI，I2C，UART/IrDA和多个计时器，最多80个5 V兼容的GPIO；带有10位ADC并具有全方位的CPU监控功能；灵活的功耗和时钟管理功能，具有多种低功耗模式和带闹钟功能的低功耗实时时钟。这一架构允许同时访问代码和数据，从闪存执行代码的最高速度可达96 MIPS；同时，在外设和SRAM之间能够实现高达384 Mbps的DMA数据传输。大容量存储器可满足复杂的应用、实时操作系统(RTOS)、通信协议栈和数据存储的需求；双体闪存是实现在线编程(IAP)和E2PROM仿真的理想结构

12、。 24STR91x内部结构框图257.3 构造ARM微处理器最小硬件系统最小硬件系统通常是指以嵌入式处理器为核心，包含电源、时钟和复位等保障处理器正常工作的基本硬件电路 通常还包括用于引导和装载基本程序的存储器电路，以及用于系统调试和监控的调试接口电路。 26S3C2440A最小硬件系统ARM微处理器；电源模块，包括CPU内核和I/O接口电源电源；时钟模块，包括系统主时钟和实时时钟；复位模块，包括系统上电复位、手动复位和内部复位；存储器模块，包括程序保存存储器和程序运行存储器；JTAG调试接口模块。27基于S3C44BOX开发的通用嵌入式系统的系统框架图28电源模块电源模块是系统工作的能量来

13、源，其电压、纹波、内阻和驱动能力等性能直接影响到系统工作的稳定性，因此电源模块在系统设计中至关重要。电源电压一定要在系统需求的范围之内电源的驱动能力一定要能满足整个系统的功率需求电源纹波和电路干扰的处理在设计PCB时需要对模拟电源和数字电源进行物理上的隔离29电源模块30时钟模块时钟模块为系统提供同步工作信号，其稳定性直接关系到系统的工作稳定性 在ARM嵌入式系统中通常包括频率较高的系统主时钟和频率较低的实时时钟 S3C2440A时钟模块：16.9344 MHz的系统主时钟32.768 KHz的实时时钟 31时钟模块经锁相环后得到FCLK，HCLK，PCLK和UCLK四组时钟信号：FCLK：A

14、RM920T内核HCLK：AHB总线、存储器控制器、中断控制器、LCD控制器、DMA控制器和USB主机模块PCLK：访问APB总线的外设，如WDT，I2S，I2C，PWM定时器，MMC接口，ADC，UART，GPIO，RTC和SPI等模块UCLK：USB模块需要的48 MHz时钟32时钟模块33复位模块系统上电复位、手动复位和内部复位一般来说系统对外部复位信号波形有一定的要求，若不能满足要求(例如持续时间过短)，则系统将不能正常工作。 34存储器模块存储器模块为系统程序的保存和运行提供空间，在系统设计中主要根据处理器的存储器接口选择合适的存储器芯片（存储类型、容量、速度和接口类型 ）存放程序的

15、NAND Flash存储器和用于程序运行的SDRAM存储器 “Steppingstone” 用于引导系统35存储器模块36调试接口ARM微处理器一般都采用JTAG作为调试接口nTRST，TMS，TCK，TDI和TDOLED灯对应S3C2440引脚LED0S3C2410_GPC7LED1S3C2410_GPC5LED2S3C2410_GPH9LED3S3C2410_GPB4LED4S3C2410_GPG5LED5S3C2410_GPG6LED6S3C2410_GPG7LED7S3C2410_GPG8 LED接口及驱动设计3838RegisterAddressR/WDescriptionReset

16、 valueGPGCON0 x56000060R/WConfigures the pins of port G0 x0GPGDAT0 x56000064R/WThe data register of port GUndefGPGUP0 x56000068R/WPull-up disable register of port G0 xfc00GPGCON是GPIO G端口的配置寄存器，它决定每个管脚使用什么功能，它可以配置管脚为输入，输出等功能GPGDAT是GPIO G端口的数据寄存器，如果端口被配置为输出端口，则数据可以写入到G口的数据寄存器中；如果端口被配置为输入端口，则数据从G口的数据寄存

17、器中读出数据GPGUP是GPIO G端口的上拉寄存器，它控制G口的上拉功能是否有效，为0时，上拉有效，为1时，上拉无效与GPIO（LED接口）相关的控制寄存器GPG817:1600=input10=EINT1601=Output11=ReservedGPG715:1400=input10=EINT1501=Output11=ReservedGPG613:1200=input10=EINT1401=Output11=ReservedGPG511:1000=input10=EINT1301=Output11=Reserved PORT G控制寄存器功能描述及控制字设置 ;设置GPG5GPG8(即L

18、ED4-LED7)为output GPGCON EQU 0 x56000060 ldr r0,=GPGCON ldr r1,r0 bic r1,r1,#0 x0003fc00 orr r1,r1,#0 x00015400 str r1,r0PORT G上拉寄存器功能描述及控制字设置GPGUPBitDescriptionGPG15:015:00: the pull up function attached to to the corresponding port pin is enabled.1: the pull up function is disabled ;禁止GPG5GPG8(即LED

19、4-LED7)端口的上拉电阻 GPUP EQU 0 x56000068ldr r0,=GPGUP ldr r1,r0 orr r1,r1,#0 x01e0 str r1,r0GPGDATBitDescriptionGPG15:015:0When the port is configured as an input port, the corresponding bit is the pin state.When the port is configured as an output port, the pin state is the same as the corresponding bit.When the port is configured as functional pin, the undefined value will be read. ; 点亮LED4，即GPG5(即LED4) 输出为0 GPGDAT EQU 0 x56000064ldr r2,=GPGDAT ldr r3,r2orr r3,r3,#0 x01e0bic r3,r3,#0 x0020 str r3,r2 PORT G数据寄存器功能描述及操作 RS232串行接口设计 RS232 COM PORT 原理图（1）UART0行控制寄存器：主