1章ARM嵌入式微处理器概述

1ARM处理器系统应用与开发EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET第一章ARM嵌入式微微处理器器概述EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET1.1ARM处理器特特点与分分类EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET核体系结构ARM7TDMI，ARM710T，ARM720TARM740TV4TStrongARM，ARM8，ARM810V4ARM9TDMI，ARM920T，ARM940TV4TARM9E-SV5TEARM10TDMI，ARM1020EV5TEARM11，ARM1156T2-S，ARM1156T2F-S，ARM1176JZ-S，ARM11JZF-SV6Cortex–A15,Cortex–A9,Cortex–A8,A7，A5

V7ACortex–R系列V7RCortex–M系列V7MARM发展历程程EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARM微处理器器系列ARM7微处理器器系列ARM9微处理器器系列ARM9E微处理器器系列ARM10E微处理器器系列ARM11系列Cortex系列SecurCore系列Intel的Xscale系列Inter的StrongARMEvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARM9微处理器器系列Cache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ARM9的时钟频频率比ARM7更高，，在同样样的加工工工艺下下，ARM9TDMI处理器的的时钟频频率是ARM7TDMI的1．8～2．2倍。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARM9E微处理器器系列Cache内存管理流水线级别ThumbDSPJazelleARM926EJ-S4KB~128KBMMU5/6有有有ARM946E-S4KB~1MBMPU5有有无ARM966E-S无无5有有无ARM968E-S无无5有有无ARM996HS无MPU5/6有有无EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARM10E微处理器器系列Cache内存管理流水线级别ThumbDSPJazelleARM1020E32KBMMU6有有无ARM1022E16KBMMU6有有有ARM1026EJ-S4~128KBMMU6有有有EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARM11微处理器器系列Cache内存管理流水线级别ThumbDSPJazelle浮点运算ARM1136J-S4~64KBMMU8有有有无ARM1135JF-S4~64KBMMU8有有有有ARM1156T2-S可配置9Thumb-2有无无ARM1156T2F-S可配置9Thumb-2有无有ARM1176JZ-S可配置9Thumb-2有有无ARM1176JZF-S可配置9Thumb-2有有有ARM11系列微处处理器是是ARM公司近年年推出的的新一代代RISC处理器，，它是ARM新指令架架构——ARMv6的第一代代设计实实现。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETCortex微处理器器系列Cortex系列微处处理器属属于ARMv7架构，这这是ARM公司最新新的指令令集架构构。Cortex处理器类类型包括括：Cortex--M3Cortex--A15、9、8、7、5Cortex--R4、R4F、R5、R7EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETCortex微处理器器系列Cortex--M3采用ARMv7-M架构，它它包括所所有的16位Thumb指令集和和基本的的32位Thumb-2指令集架架构，，单片机机的完美美替代品品Cortex--A15四核芯片片，2.5GHz，支持超超过4GB的内存，，应用用于高级级智能手手机、移移动计计算、高高端数数字家庭庭娱乐、、无线基基础结构构、低低功耗服服务器。。Cortex--A15内核智能能手机，，是当当前的高高级智能能手机性性能的五五倍。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET应用选型型ARM处理器选选型的几几个关键键因素：：是否需要要支持操操作系统统——内核版本本ARM9以后多带带有MMU单元，以以实现对对操作系系统的支支持。处理能力力要求——系统时钟钟在很大大程度上上决定了了微处理理器的处处理能力力。常见的ARM7芯片系统统主时钟钟频率为为20～133MHz常见的ARM9芯片的系系统主时时钟频率率为100～233MHzEvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET应用选型型（续））芯片内存存储器容容量的要要求——绝对大多多数ARM处理器都都在片内内集成有有存储单单元，但但容量各各有区别别。片内扩展展模块的的选择——几乎所有有的ARM芯片均需需要根据据各自不不同的应应用领域域，扩展展相关功功能模块块，并集集成在芯芯片内部部，称之之为片内内扩展模模块。多芯核结结构的选选择——某些供应应商提供供的ARM芯片内置置多个处处理器内内核。。如ARM++DSP、ARM++FPGA、ARM++ARM等处理器封封装的选选择——ARM芯片现在在主要的的封装有有QFP、TQFP、PQFP、LQFP、BGA、LBGA等形式。。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET1.2ARM微处理器器体系结结构EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET1.2..1ARM处处理器状状态处理器状状态ARM7TDMI处理器内内核包含含2套指令系系统，分分别为ARM指令集和和Thumb指令，并并且各自自对应1种处理器器的状态态：ARM状态：32位，处理理器执行行字方式式的ARM指令，处处理器默默认为此此状态；；Thumb状态：16位，处理理器执行行半字方方式的Thumb指令。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET2.4ARM处理理器状态态状态切换换的一个个例子使用BX指令将ARM内核的操操作状态态在ARM状态和Thumb状态之间间进行切切换。ARM指令集Thumb指令集指令集关关系EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET1.2..2ARM处理器的的运行模模式ARM体系结构构支持7种处理器器模式，，分别为为：用户模式式、快中中断模式式、中断断模式、、管理模模式、中中止模式式、未定定义模式式和系统统模式。。这样的好好处是可可以更好好的支持持操作系系统并提提高工作作效率。。ARM7TDMI完全支持持这七种种模式。。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARM微处理器器的工作作模式◆►usr：ARM处理器正正常的程程序执行行状态►fiq：用于高高速数据据传输或或通道处处理►irq：用于通通用的中中断处理理►svc：操作系系统使用用的保护护模式►abt：用于虚虚拟存储储及存储储保护►sys：运行具具有特权权的操作作系统任任务►und：当出现现未定义义指令终终止时进进入该模模式EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET1.2..3ARM体系结构构的存储储器格式式ARM微处理器器的存储储器格式式◆►ARM体系结构构所支持持的最大大寻址空空间为4GB（232字节）►ARM体系结构构将存储储器看作作是从零零地址开开始的字字节的线线性组合合。从零零字节到到三字节节放置第第一个存存储的字字数据，，从第四四个字节节到第七七个字节节放置第第二个存存储的字字数据，，依次排排列。►ARM体系结构构可以用用两种方方法存储储字数据据，称之之为大端端格式和和小端格格式EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARM微处理器器的存储储器格式式ARM微处理器器的存储储器格式式—大端格式式◆►在这种格格式中，，字数据据的高字字节存储储在低地地址中，，而字数数据的低低字节则则存放在在高地址址中EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARM微处理器器的存储储器格式式ARM微处理器器的存储储器格式式—小端格式式◆►与大端存存储格式式相反，，在小端端存储格格式中，，低地址址中存放放的是字字数据的的低字节节，高地地址存放放的是字字数据的的高字节节EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET1.2..4ARM的寄存器器组织在ARM处理器内部共有有37个用户可可访问的的寄存器器，分别别为31个通用32位寄存器器和6个状态寄寄存器。。ARM处理器共共有7种不同的的处理器器模式，，每种模模式都有有一组相相应的寄寄存器组组，最多多可以18个活动的的寄存器器。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARM状态各模模式下的的寄存器器寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_scvR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR13_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR－SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq所有的37个寄存器器，分成成两大类类：31个通用32位寄存器器；6个状态寄寄存器。。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET1.2..4ARM的寄存器器组织在Thumb状态各模模式下实实际访问问的寄存存器Thumb状态寄存存器集是是ARM状态集的的子集，，程序员员可以直直接访问问的寄存存器为：：8个通用寄寄存器R0～R7；程序计数数器（PC）；堆栈指针针（SP）；链接寄存存器（LR）；当前程序序状态寄寄存器（（CPSR）。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARM状态Thumb寄存器在在ARM状态寄存存器上的的映射R0R1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12堆栈指针(R13)连接寄存器(R14)程序计数器(R15)CPSRSPSRR0R1R2R3R4R5R6R7堆栈指针(SP)连接寄存器(LR)程序计数器(PC)CPSRThumb状态

Thumb状态R0～R7与ARM状态R0～R7相同；1

Thumb状态CPSR(无SPSR)与ARM状态CPSR相同。5

Thumb状态SP映射到ARM状态R13；2

Thumb状态LR映射到ARM状态R14；3

Thumb状态PC映射到ARM状态R15(PC)；4低端寄存器高端寄存器在Thumb状态中，，高端寄寄存器的的访问是是受到限限制的，，只有MOV、CMP和ADD指令可以以对其访访问，可可以用于于数据的的快速暂暂存。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET1.2..5异异常处处理异常简介介只要正常常的程序序流被暂暂时中止止，处理理器就进进入异常常模式。。例如在用用户模式式下执行行程序时时，当外外设向处处理器内内核发出出中断请请求导致致内核从从用户模模式切换换到异常常中断模模式。如果同时时发生两两个或更更多异常常，那么么将按照照固定的的顺序来来处理异异常。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET异常入口口/出口汇总总下表所示示为异常常返回地地址值以以及退出出异常处处理程序序所推荐荐使用的的指令。。异常或入口返回指令返回地址SWIMOVSPC,R14_svcR14未定义的指令MOVSPC,R14_undR14预取中止SUBSPC,R14_abt,#4R14－4快速中断SUBSPC,R14_fiq,#4R14－4中断SUBSPC,R14_irq,#4R14－4数据中止SUBSPC,R14_abt,#8R14－8复位无－EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET1.2..5ARM体体系的异异常异常向量量表地址异常进入时的模式进入时I的状态进入时F的状态0x00000000复位管理禁止禁止0x00000004未定义指令未定义IF0x00000008软件中断异常管理禁止F0x0000000C中止（预取）中止IF0x00000010中止（数据）中止IF0x00000014保留保留－－0x00000018IRQ中断禁止F0x0000001CFIQ快速中断禁止禁止注：表中的I和F表示不对对该位有有影响，，保留原原来的值值。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET1.2..5ARM体体系的异异常异常优先先级当多个异异常同时时发生时时，一个个固定的的优先级级决定系系统处理理它们的的顺序。。优先级异常1复位2数据中止3FIQ4IRQ5预取指中止6未定义指令中止6软件中断异常优先级由高到低EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETS3C2440处理器介介绍EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET三星ARM处理理器介绍绍S3C44B0：ARM7TDMI、66MHz、集成LCD控制器（（支持STN，但不支支持TFT）、无网网络接口口；适用用产品：：POS、PDA、E-BOOK、GPS、智能电电话、电电子书包包、机顶顶盒，手手持游戏戏机等等等。160LQFP，160FBGA。支持LINUX、PSOS、uC/OSII等。S3C2410：ARM920T、200MHz、支持TFT、USBHOST、USBDEVICE、SDCard以及MMC接口、触触摸屏屏接口，，NANDFLASH直接引导导。无网网络接口口。适用用产品：：POS、PDA、E-BOOK、GPS、智能电电话、电电子书包包、机顶顶盒，手手持游戏戏机、电电子相册册、多媒媒体产品品、视频频监控、、智能控控制仪表表等等。。272BGA。支持WINCE、LINUX、VxWorks等。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET三星ARM处理理器介绍绍S3C2440：ARM920T、400~~533MHz、支持TFT、USBHOST、DEVICE、SDCard以及MMC接口、触触摸屏屏接口、、AC’97CODEC、8通道10bitADC、照相机机接口、、289--FBGA，S3C2440CPU支持包括括微软WindowsCE、PalmOS、Symbian和Linux等操作系系统

EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETS3C2440功能特特点S3C2440是三星公公司开发发的一款款基于ARM920T内核和0.18umCMOS工艺的16/32位RISC微处理器器，适用用于低成成本、低功功耗、高高性能的的手持设设备或其其它电子子产品。。S3C2440中集成了了以下一一些通用用的系统统外设和和接口：：1.8V内核电压压，3.3V存储电压压，3.3VI//O电压。包括16KB的I-Cache（指令高高速缓存存）、16KB的D-Cache（数据高高速缓存存）和MMU（存储管管理单元元）外部的存存储控制制器（SDRAM控制器和和片选逻逻辑）LCD控制器（（最高支支持4K色的STN和16M色的TFT），包括括一个LCDDMA4个带外部部请求管管脚的DMA3个UART、2个SPIEvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETS3C2440功能特特点1个IIC--BUS控制器、、1个IIS--BUS控制器SD主机接口口，兼容容Multi-MediaCardProtocolV2.112端口USB主设备接接口、1端口USB从设备接接口（V1.1）4个PWM时钟和1个内部时时钟看门狗时时钟117个GPIO、24个外部中中断源功率控制制：Normal,,Slow,,Idle,,Power-off四种模式式8路10-bitADC和触摸屏屏接口带ALARM功能的RTC带PLL的片上时时钟发生生器NANDFlash控制器,支持从NANDflash启动EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETS3C2440X内核结构构EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETS3C2440X内核结构EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETS3C2440的封装装（289FBGA))EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETS3C6410处理器介介绍EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARM11系列微处处理器是是ARM公司近年年推出的的新一代代RISC处理器，，它是ARM新指令架架构——ARMv6的第一代代设计实实现。该系列主主要有ARM1136J，ARM1156T2和ARM1176JZ三个内核核型号，，分别针针对不同同应用领领域。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETARMv6架构是根根据下一一代的消消费类电电子、无无线设备备、网络络应用和和汽车电电子产品品等需求求而制定定的。ARM11的媒体处处理能力力和低功功耗特点点，特别别适用于于无线和和消费类类电子产产品；其高数据据吞吐量量和高性性能的结结合非常常适合网网络处理理应用；；另外，，在实时时性能和和浮点处处理等方方面ARM11可以满足足汽车电电子应用用的需求求。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETS3C6410简介S3C6410是一款低低功率、、高性价价比、高高性能的的用于移移动电话话和通用用处理RSIC处理器。。为2.5G和3G通信服务务提供了了优化的的硬件性性能，采采用64/32bit的内部总总线架构构，融合合了AXI、AHB、APB总线。还有很多多强大的的硬件加加速器，，包括运运动视频频处理、、音频处处理、2D加速、显显示处理理和缩放放。一个个集成的的MFC((Multi--FormatvideoCodec)支持MPEG4/H.263/H.264编解码和和VC1的解码，，这个硬硬件编解解码器支支持实时时的视频频会议以以及NTSC和PAL制式的TV输出。此外还内内置一个个采用最最先进技技术的3D加速器，，支持OpenGLES1.1//2..0和D3DMAPI能实现4Mtriangles//s的3D加速。EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NETS3C6410简介S3C6410包括优化化的外部部存储器器接口，，该接口口能满足足在高端端通信服服务中的的数据带带宽要求求。接口口分为两两路，DRAM和Flash/ROM//DRAM端口。DRAM端口可以以通过配配置来支支持MobileDDR、DDR、MobileSDRAM、SDRAM。Flash/ROM//DRAM端口支持持NOR--Flash，NAND-Flash，OneNAND，CF，ROM等类型的的外部存存储器和和任意的的MobileDDR、DDR、Mobi