项目ARM处理器概述.ppt
项目1ARM处理器概述,教师：孔祥艳,2,1.1.1 嵌入式系统简介计算机、通信、消费电子的一体化趋势嵌入式系统定义：嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可剪裁，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。硬件+软件硬件：由嵌入式微处理器、外围硬件设备组成软件：括底层系统软件和用户应用软件嵌入式系统应用领域：,1.1 嵌入式系统概述,3,1.1.2 嵌入式系统的特点专用、软硬件可剪裁可配置低功耗、高可靠性、高稳定性软件代码短小精悍代码可固化实时性弱交互性软件开发需要专门的开发工具和开发环境要求开发、设计人员有较高的技能,1.1 嵌入式系统概述,4,1.1.3 嵌入式系统的发展嵌入式系统发展的4个阶段：以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统以Internet为标志的嵌入式系统,1.1 嵌入式系统概述,5,1.1.3 嵌入式系统的发展未来嵌入式系统的发展趋势：小型化、智能化、网络化、可视化多核技术的应用低功耗（节能）、绿色环保云计算、可重构、虚拟化等平台化、标准化、系统可升级，代码可复用嵌入式系统软件将逐渐 PC 化融合趋势安全性,1.1 嵌入式系统概述,6,图1-1 嵌入式系统结构简图,1.2 嵌入式系统的组成,7,1.2.1 嵌入式系统硬件组成嵌入式处理器（CPU）是嵌入式系统的核心部分ARM、PowerPC、MC 68000、MIPS等外围设备存储设备（如RAM、SRAM、Flash等）通信设备（如RS-232接口、SPI接口、以太网接口等）显示设备（如显示屏等）,1.2 嵌入式系统的组成,8,1.2.2 嵌入式系统软件组成图1-2嵌入式系统软件组成图,1.2 嵌入式系统的组成,9,1.3.1 商业版嵌入式操作系统1、VxWorks美国WindRiver公司一种嵌入式实时操作系统（RTOS）在当前市场占有率最高的嵌入式实时操作系统2、Windows CE微软是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统具有模块化、结构化和基干Win32应用程序接口以及与处理器无关等特点,1.3 嵌入式操作系统举例,10,1.3.2 开源版嵌入式操作系统嵌入式Linux（Embedded Linux）具有低成本、多种硬件平台支持、优异的性能和良好的网络支持等优点嵌入式Linux主要版本CLinux、RT-Linux、Embedix、XLinux、PoketLinux、红旗嵌入式Linux等,1.3 嵌入式操作系统举例,11,系统总体开发处理器选型，需要在成本和性能上做出选择开发环境的选择，包括嵌入式操作系统的选择以及开发工具的选择等嵌入式硬件开发原理图设计PCB设计嵌入式软件开发交叉编译交叉调试软件方式硬件方式,1.4 嵌入式系统开发概述,12,1.4 嵌入式系统开发概述,ARM微处理器概述,ARMAdvanced RISC Machines ARM处理器的应用领域ARM处理器的特点ARM处理器系列ARM处理器结构介绍ARM处理器的应用选型,ARMAdvanced RISC Machines,IP（Intellectual Property）知识产权。硅知识产权核是用于ASIC(Application Specific Integrated Circuit 特定用途集成电路)、ASSP、PLD等当中，并且是预先设计好的电路功能模块。IP核分为软核、硬核和固核 Fabless(无生产线）RISC:Reduced Instruction Set Computer精简指令集计算机ARM：RISC处理器IP核Fabless,ARM微处理器的应用领域,无线通信领域：手机、PDA消费类电子产品：数字媒体播放器、游戏机网络应用：语音及视频处理、数字机顶盒、VoIP成像和安全产品：数码相机、打印机、SIM智能卡工业控制与仪器仪表：其他领域,ARM Powered Products,Lexmark Z52 Color Jetprinter,Samsung ML5100A,JVC Pixstar GC-X1,HP Jornado 820,Psion Revo Plus,HP CapShare,Sony MZ-R90 MiniDisc,Nokia 8810,Nokia Mediamaster,NintendoGameboyAdvance,EricssonR380,Alba BushInternet TV,3Com10/100 PCI NIC,Iomega HipZip,Diamond Multimedia Rio 600,ARM微处理器的特点,体积小、低功耗、低成本、高性能支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集大量使用寄存器，指令执行速度更快大多数数据操作都在寄存器中完成寻址方式灵活简单，执行效率高指令长度固定,ARM微处理器系列,ARM7ARM9ARM9EARM10EARM11SecurCoreIntel的StrongARM、Xscale目前仍在不断发展,ARM7系列微处理器(1),特点：低功耗嵌入式ICERT逻辑0.9MIPS/MHz的3级流水线和冯.诺依曼结构32位ARM指令集和16位的Thumb指令集主频最高可达130MHz,ICE-RT：In Circuit Emulation-Rral Time，实时在线仿真MIPS：Million Instruction Per Second每秒百万条指令,ARM7系列微处理器(2),类型：ARM7TDMIARM7TDMI-SARM720TARM7EJTDMI的基本含义为：T：支持16位压缩指令集ThumbD：支持片上DebugM：内嵌硬件乘法器（Multiplier）I：嵌入式ICE，支持片上断点和调试点,ARM7系列微处理器(3),典型芯片：ATMEL:AT91M40800/55800ASamsung:S3C44B0/4510BST:STR710 x,ARM9系列微处理器(1),特点：1.1MIPS/MHz的哈佛结构，5级流水线32位ARM指令集和16位Thumb指令集支持32位的高速AMBA总线接口全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力MMU：Memory Management Unit AMBA:advanced microcontroller bus architecture 高级微控制器总线体系结构,ARM9系列微处理器（2）,类型：ARM920TARM922TARM940T,ARM9系列微处理器（3）,典型芯片：ATMEL:AT91RM9200（ARM920T）Samsung：S3C2410（ARM920T）TI:OMAP5910（ARM925+C55x）DaVinci（ARM926EJ-S+C64x）,ARM9E系列微处理器（1）,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：支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。5级流水线，指令执行效率更高。MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。,ARM9E系列微处理器（2）,支持32位的高速AMBA总线接口。支持VFP9浮点处理协处理器。全性能的操作系统。MPU支持实时操作系统。支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力。主频最高可达300MIPS。,ARM9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、存储设备和网络设备等领域。ARM9E系列微处理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM966E-S三种类型，以适用于不同的应用场合。,ARM9E系列微处理器（3）,ARM10E系列微处理器（1）,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：支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。6级整数流水线，指令执行效率更高。支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。支持64位的高速AMBA总线接口。支持VFP10浮点处理协处理器。,ARM10E系列微处理器（2）,全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统。支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力主频最高可达400MIPS。内嵌并行读/写操作部件。ARM10E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。ARM10E系列微处理器包含ARM1020E、ARM1022E和ARM1026EJ-S三种类型，以适用于不同的应用场合。,ARM11E系列微处理器,ARM公司在2003年4月29日宣布了其下一代ARM架构的CPUARM11（又名Jaguar），基于ARM11的微处理器具有更强的性能，尤其是多媒体处理能力。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1GHz。目前的ARM7和ARM9内核的芯片最大速度只能到400MHz。目前最快的嵌入式处理器为Intel的Xscale，最高主频为500MHz。,SecurCore系列微处理器（1）,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：带有灵活的保护单元，以确保操作系统和应用数据的安全。采用软内核技术，防止外部对其进行扫描探测。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（2）,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开发的体系结构“Personal Internet Client Architecture(PCA)”是一个开放的嵌入式系统开发应用平台，它以XSCALE系列嵌入式处理器为核心，支持Linux、WinCENET和VxWorks等操作系统，是一个理想的面向无线互连的应用平台。Xscale 处理器是基于ARMv5TE体系结构的解决方案，是一款全性能、高性价比、低功耗的处理器。它支持DSP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。Xscale 处理器是Intel目前主要推广的一款ARM微处理器。典型芯片：PXA250/255/270/272,ARM处理器核的分类和扩充标识,1、处理器核的分类用于开发平台的核用于实时嵌入式操作系统的核2、处理器核扩充标识,ARM微处理器结构介绍（1）,1、RISC体系结构特点：在进行指令系统设计时，只选择使用频率很高的指令，在此基础上增加少量能有效支持操作系统和高级语言实现以及其他功能的指令，使指令条数大大减少采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有23种使用单周期指令，便于流水线操作执行大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率为提高指令执行速度，大部分指令直接采用硬件电路实现，少量采用微码实现,ARM微处理器结构介绍（2）,ARM体系结构还采用了一些特别的技术，在保证高性能的前提下尽量缩小芯片的面积，并降低功耗。大多数的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从而提高指令的执行效率可用加载/存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率,2、ARM和Thumb状态3、寄存器4、ARM指令集概述5、Thumb指令集概述,ARM微处理器结构介绍（3）,ARM微处理器的应用选型,ARM微处理器内核的选择运行Windows CE、Linux ARM720T以上带有MMUARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、Xscale 运行uCLinux、RTLinux、uC/OSII ARM7TDMI,ARM微处理器的应用选型,系统的工作频率 片内存储器的容量 片内外围电路 USART（UART/SCI）、IIC、SPI、USB（HOST/DEVICE)、IrDA、Ethernet（MAC）、IIS/AC97、LCD、Keypad、RTC、ADC、DAC、DSP协处理器等生产商的选择,ARM应用系统开发工具,CodeWarrior for ARM Developer Suite（ADS)Editor|Compiler|Linker|DebuggerARM Multi-ICE,In Circuit Emulator,Multi-ICE Server,建立工程，编辑源文件,配置汇编器、编译器、链接器、调试器,AXD调试器,ARM应用系统软件开发过程,指令集模拟器(Armulator)驻留监控软件(Angel)在线调试器(AXD),ARM应用系统软件调试方法,ARM7TDMI体系结构图,ARM7TDMI引脚图,S3C4510框图,进一步阅读,ARM微处理器系列ARM体系结构版本和变量指令流水线ARM7TDMI处理器ARM920T处理器,Thats all Thank you!,
