ARMRISC架构微处理器.ppt

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1、2023/7/5,第八章 ARM RISC架构微处理器,一、ARM（教材P113)1、概述 ARM网站：ARM7 Thumb嵌入式系统微处理器系列;,2023/7/5,2、ARM处理器的特点及应用特点主要有：体积小、功耗低、成本低性能高；16位/32位双指令集；多合作厂家。推出的新的ARM体系结构在三方面扩充：Thumb指令，用以减小代码占的存储单元；DSP指令集；Jazeller用于执行Java。主要应用在：消费电子、图象处理、无线通信；工业自动化控制、网络应用的嵌入式实时系统；智能卡等应用。3、ARM处理器的分类ARM系列有5个系列，每种ARM系列的体系结构都有一些演变。通常将某些特殊功能

2、的ARM体系称为它的某种变种（Variant)，如：支持Thumb指令集的ARM体系称为T变种。主要有：T变种、M变种、E变种、J变种和SIMD变种。从应用上分类：用于开放平台的内核和用于实时操作系统的内核。ARM体系结构命名的规则（p115)：,2023/7/5,2023/7/5,2023/7/5,2023/7/5,2023/7/5,4、ARM处理器硬件结构特点(1)、ARM7TDMI核的外围硬件接口信号如图5-5所示,2023/7/5,2023/7/5,ARM7TDMI名称的具体含义：ARM7 32位ARM体系结构4T版本；T Thumb 16位压缩指令集；D 支持片上Debug，允许处理

3、器响应调试请求暂停M 支持长乘指令I EmbeddedICE硬件，支持片上断点和调试点。每组信号的作用：1）、存储器接口2）、MMU接口:主要进行存储器区域的访问控制3）、总线控制4）、时钟控制5）、状态输出、配置、中断、初始化、Debug接口6）、协处理器接口、电源、JTAG接口、边界扫描,2023/7/5,（2）、ARM9核的特点与ARM7（只有3级流水线）相比有5级的流水线，采用指令和数据存储器分开的Harvard体系结构。在相同的工艺下，ARM9TDMI的性能是ARM7TDMI的2倍。还有：全性能的MMU、指令和数据Cache、高速AMBA等,2023/7/5,（3）、ARM10核AR

4、M10TDMI的性能近似是ARM9TDMI的2倍。在两个方面有改善，即：提高时钟频率（提高流水线为6级，指令译码级是处理器逻辑中唯一不能充分流水线化以支持高速时钟的部分，所以在这增加了一级）和降低CPI,2023/7/5,（3）、Xscale和StrongARM系列核Xscale处理器是StrongARM处理速度的2倍。主要的内部结构是：32KB数据、指令Cach、微小数据Cach增加到2KB；超级流水线结构增加到7级；乘法/加法器和特定的DSP型协处理器CP0，主要是对多媒体技术的支持；动态电源管理。StrongARM处理器核5级流水线（4）、SecurCore系列核提供了对安全解决方案的支

5、持，主要特性有：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。主要用在：电子商务、网络和认证系统、电子银行等。,2023/7/5,二、Intel公司Xscale架构微处理器1、Xscale微处理器硬件架构 MCU与DSP相结合是非常先进的概念，Intel公司也紧随TI公司推出了新一代嵌入式系统平台Xscale。此平台是StrongARM嵌入式微处理器的第二代产品。与StrongARM相比，Xscale有更好的数据处理效率，具有更低的功率消耗以及更强大的周边集成能力。Xscale是根据ARM公司ARM V5T

6、E核来设计的，但Xscale并不包含ARM中所拥有的浮点运算硬件电路，Xscale只拥有整数运算线路架构。Xscale除了具有ARM RISC微处理器外，还具有协微处理器接口，可以直接扩充DSP微处理器。Intel公司与Analog Devices共同研发数字信号处理基带电路。Intel公司把Xscale微处理器、DSP与基带处理芯片和闪存结合成个人通信装置的完整解决方案。,2023/7/5,Xscale微处理器的工作频率最高达1GHz，这主要是Intel公司在Xscale微处理器中采用了Pentium 3微处理器中的超级流水线技术。这样，在1.75w功率消耗下，工作频率可以达1270MIPS

7、。在功耗方面，Xscale有功率管理单元，使得工作频率随着需求作出弹性变化，比如说，在功耗达50MW时，Xscale的工作频率会降低到200MHz。2、Xscale微处理器应用产品开发Intel公司提出个人网络客户端架构（Intel Personal Internet Client Architecture-PCA）是一个符合信息家电特性的个人数字化产品。主要由三个组件组成。Xscale微处理器具有与ARM RISC微处理器兼容的程序执行核心，内部拥有ARM V.5TE兼容指令集，也可以使用16位ARM Thumb指令集，另外还有集成性的DSP指令集。程序开发人员可以使用简单的ARM RISC

8、开发技术，,2023/7/5,三、带ARM内核的嵌入式处理器芯片合作的公司很多，如：Ericsson获得ARM处理器授权，用于蓝牙和快速以太网接入；Motorola的PowerPC、M.core和ColdFire 32位嵌入式处理器加入ARM产品，另外NS、ST、Atmel、三星等公司的ARM产品。教材从p122134列出了几个大公司的带ARM内核的芯片。四、基于ARM核芯片选择从应用的角度，介绍ARM选择的一般原则。（1）、MMU（2）、USB接口（3）、GPIO数量（4）、中断控制器（5）、I2S音频接口（6）、nWAIT信号（7）、RTC,2023/7/5,（8）、LCD控制器（9）、P

9、WM输出（10）、ADC和DAC（11）、PS2（12）、CAN总线（13）、扩展总线（14）、UART和IrDA（15）、时钟计数器和watchdog计数器（16）、电源管理功能（17）、DMA控制器从多内核ARM角度来选择芯片主要有3种：ARM+DSP;ARM+FPGA;多ARM核,2023/7/5,2023/7/5,2023/7/5,StrongARM内核芯片SA1110提供内存总线，用来支持额外的内存及相关装置，如DRAM、SDRAM(synchronous DRAM)、SMROM(synchronous mask ROM)、Flash、SRAM、PCMCIA等扩充内存等，这些是由SA

10、1110内存接口寄存器进行相关的状态设定。SA1110的内存接口分为动态内存与静态内存。动态内存接口提供4组16位或32位宽度的DRAM接口，每组可以配置128M字节的内存，0组和1组、2组和3组配对，每对要求有相同的容量和位宽度。静态内存接口有6组，每1组可以达到64M字节的内存数据。可以设定成16位或是32位宽度的数据总线。SA1110提供了外围接口如串行信号控制、LED控制、USB、支持115Kbit/S和4Mbit/S的IrDA、支持230Kbit/S兼容16550的UART及其他协议控制接口。SA1110的系统总线架构是1个高性能的同步总线。SA1110的DMA控制器就像1个Gate

11、way，作为连接外围装置与SA1110控制核心的1个接口，对各个外围装置进行直接内存存取。SA1110没有外加协同微处理器(Coprocessor)，主要没有coprocessor总线。SA1110内部有一个内嵌的Comprocessor 15，用来控制SA1110内部的主存控制单元、高速缓存、时钟控制及断点等。,2023/7/5,2023/7/5,SA1110相关网站：http:/,2023/7/5,SA1110/SA1111模拟实验板Intel针对SA1110/SA1111设计了1个仿真实验板，包含了一个SA1110或SA1111，还有许多外围装置，是一个很方便的开发工具。SA1110模拟

12、实验板具有以下几个特点：SA1110使用100MHZ工作频率的内存控制单元，可以支持高速SDRAM、SRAM等。SA1110包括16K字节的指令Cache、8K数据Cache以及512 Byte的mini-Cache用来提高数据处理性能；支持54 Pin的TSOP插槽，提供64M、128M或256MByte的SDRAM；支持64MByte或128M Flash；可以直接外接Sharp3.9英寸，320X240分辨率的LCD；拥有wireless interface，支持CDMA及GSM等通信协议，也支持Bluetooth连接和应用；拥有电视Video信号Encode，支持NTSC/PAL、S-

13、Video及RGB等视频数据；拥有USB、IrDA、串口、语音接口、软件modem等。StrongARM的应用 主要在PDA应用，还有网络设备。有133MHZ和206MHZ两种主频产品。,2023/7/5,2023/7/5,五、基于ARM的嵌入式系统应用程序设计集成开发环境IDE:ADS/SDT IDE开发环境和集成GNU开发工具的IDE开发环境（由GNU的汇编器as、交叉编译器gcc和链接器ld等组成。（1）、在ADS编译环境下的ARM伪操作和宏指令（2）、GNU编译环境下的ARM伪操作与宏指令（3）、ARM汇编语言的伪指令（4）、ARM汇编语言程序设计举例：ARMex,CODE,READO

14、NLY;设置本段程序的名称及属性，代码段名称 ENTRY;标记要执行的第一条指令Start MOV R0,#10;设置参数 MOV R1,#3 ADD R0,R0,R1;R0=R0+R1Stop,2023/7/5,(5)、嵌入式C语言程序设计,2023/7/5,2023/7/5,六、基于S3C44B0X的嵌入式应用开发实例(1)、概述Samsung S3C44B0X是专为手持设备和一般应用提供的高性价比的微控制器解决方案。它采用ARM7TDMI核，工作在66MHZ。S344BX还集成了下列部件：8KB Cache、外接存储器控制器、LCD控制器、4个DMA通道、2通道的UART、1个I2C总线

15、、1个I2S总线控制器、5通道PWD定时器、1个内部定时器、71个通用I/O、8个外部中断源、实时时钟、8通道12位ADC、带PLL片上时钟发生器等。片上集成的功能还有：带8KCache的2.5VARM7TDMI CPU核；Watchdog功耗控制模式：正常、低、休眠和停止等S344BX采用0.25um CMOS工艺制造，采用Samsung ARM CPU嵌入式控制器总线结构。,2023/7/5,2023/7/5,2023/7/5,2023/7/5,2023/7/5,2023/7/5,2023/7/5,2023/7/5,2023/7/5,2023/7/5,（2）、引脚说明S3C44B0X的引脚

16、主要分：DRAM/SDRAM/SRAM、LCD控制信号、TIMER/PWM控制信号、中断控制信号、DMA控制信号、UART控制信号、I2C控制信号、I2S控制信号、ADC、GPIO、JTAG测试逻辑控制信号、时钟复位信号等。（3）、S3C44B0X存储控制器功能应用开发S3C44B0X上电复位后的存储器地址分配如图5-11所示,2023/7/5,2023/7/5,2023/7/5,（4）、S3C44B0X A/D转换器功能及应用开发10位ADC由五部分组成：8通道多路复用模拟输入端、自动调零比较器、时钟发生器、10位连续寄存器(SAR)和输出寄存器。,2023/7/5,（5）、S3C44B0X I2C总线,2023/7/5,2023/7/5,2023/7/5,2023/7/5,2023/7/5,2023/7/5,2023/7/5,