第03講-嵌入式處理器典型技術(shù)+主流嵌入式處理器

《嵌入式系統(tǒng)原理》

第3講計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院于山山主講2/6/20231曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院第3章嵌入式微處理器技術(shù)基礎(chǔ)本章主要介紹以下內(nèi)容：嵌入式微處理器典型技術(shù)主流嵌入式微處理器嵌入式處理器的調(diào)試技術(shù)邊界掃描測試技術(shù)JTAG2/6/20232曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院3.1嵌入式微處理器典型技術(shù)I/O端口統(tǒng)一編址與特殊功能寄存器哈佛結(jié)構(gòu)桶型移位器正交指令集指令密度看門狗定時(shí)器地址對(duì)準(zhǔn)與端序地址重映射FIFO緩沖寄存器主存控制器2/6/20233曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院3.1.1I/O端口統(tǒng)一編址

與特殊功能寄存器計(jì)算機(jī)的兩種I/O端口地址空間獨(dú)立編址x86處理器系列統(tǒng)一編址8051系列和ARM系列處理器特殊功能寄存器（SFR）接口控制器的端口寄存器實(shí)際為片上（片內(nèi)）的物理存儲(chǔ)單元2/6/20234曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院三星公司嵌入式處理器S3C44B0X

存儲(chǔ)器地址映射圖2/6/20235曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院3.1.2哈佛結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu)是一種計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu)基本特點(diǎn)：程序指令存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分開的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)?？梢允怪噶詈蛿?shù)據(jù)有不同的數(shù)據(jù)寬度。如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位寬度，而數(shù)據(jù)是8位寬度。優(yōu)點(diǎn)：較高執(zhí)行效率和數(shù)據(jù)吞吐率2/6/20236曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院哈佛結(jié)構(gòu)示意圖CPU程序計(jì)數(shù)器PC指令存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址總線地址總線數(shù)據(jù)總線指令總線2/6/20237曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院馮?諾依曼結(jié)構(gòu)示意圖CPU程序計(jì)數(shù)器PC存儲(chǔ)器地址總線數(shù)據(jù)總線2/6/20238曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院Motorola公司DSP56311型數(shù)字信號(hào)處理器的存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2/6/20239曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院哈佛結(jié)構(gòu)Cache片內(nèi)Cache分為兩類。一種是數(shù)據(jù)和指令都放在同一個(gè)Cache中，稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)或者統(tǒng)一化結(jié)構(gòu)Cache（統(tǒng)一型Cache）。另外一種是數(shù)據(jù)和指令分別放在兩個(gè)獨(dú)立的Cache中，稱為哈佛結(jié)構(gòu)Cache。這后一種Cache也叫做分離型Cache。2/6/202310曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院3.1.3桶型移位器通常的移位器都是一個(gè)時(shí)鐘脈沖左移或者右移1位。桶型移位器采用了開關(guān)矩陣電路，可以做到用1個(gè)時(shí)鐘脈沖移位任意位。參看下面的開關(guān)矩陣工作示意圖。2/6/202311曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院不移位操作示意圖2/6/202312曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院循環(huán)左移3位操作示意圖在這里循環(huán)左移3位相當(dāng)于循環(huán)右移1位2/6/202313曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院3.1.4正交指令集正交指令集（orthogonalinstructionset）Aninstructionsetwhereall(ormost)instructionshavethesameformatandallregistersandaddressingmodescanbeusedinterchangeably.Thechoicesofopcode,register,andaddressingmodearemutuallyindependent.looselyspeaking,thechoicesare"orthogonal".ThiscontrastswithsomeearlyIntelmicroprocessorswhereonlycertainregisterscouldbeusedbycertaininstructions.

ExamplesincludethePDP-11,680x0,ARM,VAX.2/6/202314曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院正交指令集例3-1：一個(gè)正交的兩地址指令集中的運(yùn)算類指令常采用以下格式：定長操作碼+尋址方式編碼+定長格式的目的寄存器集+定長格式的源寄存器集。例3-2：ARM處理器有16個(gè)通用寄存器，分別命名為R0到R15。ARM處理器的數(shù)據(jù)處理類指令中的立即數(shù)移位指令格式如下：d31~28d27~25d24~21d20d19~16d15~12d11~7d6~4d3-0執(zhí)行條件000操作碼SRnRd#shiftSHRm2/6/202315曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院例3-2的說明其中的執(zhí)行條件字段是該指令執(zhí)行的條件，共有15種條件，加上無條件，一共有16種可能，用4位二進(jìn)制數(shù)表示，可以取其中一種；操作碼字段有4位，表示執(zhí)行的是哪一種算術(shù)邏輯運(yùn)算，一共有16種運(yùn)算，可以取其中任何一種；SH字段表示移位類型，可以有5種移位指令的編碼可供選擇，這些指令都用到了桶型移位器；Rn、Rd、Rm字段是操作數(shù)寄存器字段，可以取16個(gè)寄存器R0~R15中的任何一個(gè)；#shift是立即數(shù)移位長度值。2/6/202316曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院3.1.5雙密度指令集指令密度：計(jì)算機(jī)指令集的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)，與處理器的體系結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。它表示該機(jī)器指令程序占用存儲(chǔ)器空間的大小。有高密度指令和低密度指令之分。與低密度指令相比較，高密度指令執(zhí)行同樣的機(jī)器指令序列所需要的指令存儲(chǔ)空間較小。雙密度指令集處理器：指令集包含有指令密度不相同的兩套指令集。2/6/202317曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院雙密度指令集舉例ARM微處理器是32位設(shè)計(jì)，配有定長32位的指令集。但ARM微處理器也配備16位指令集，稱為Thumb指令集。它允許軟件編碼為更短的16位機(jī)器指令。早期16位Thumb指令集稱為Thumb-1指令集，其指令密度遠(yuǎn)高于32位指令集。2003年6月ARM公司推出了Thumb-2核心指令集技術(shù)。這三種指令集的代碼尺寸比較與性能比較請(qǐng)參看下圖。2/6/202318曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院3.1.6看門狗定時(shí)器嵌入式處理器專用的部件。它能夠讓嵌入式處理器處理器自動(dòng)脫離死鎖工作狀態(tài)。時(shí)鐘發(fā)生器預(yù)分頻器16位可編程定時(shí)器看門狗定時(shí)器使能信號(hào)NMI2/6/202319曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院S3C44B0X處理器的看門狗定時(shí)器該看門狗是一個(gè)16位數(shù)的間隔定時(shí)器，用來產(chǎn)生中斷服務(wù)請(qǐng)求信號(hào)。它可在128個(gè)存儲(chǔ)器時(shí)鐘周期之內(nèi)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。2/6/202320曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院S3C44BOX的看門狗定時(shí)器InS3C44B0Xprocessor,theprescalervalueandthefrequencydivisionfactorarespecifiedinthewatchdogtimercontrolregister,WTCON.Thevalidprescalervaluesrangefrom0to28-1.Thefrequencydivisionfactorcanbeselectedas16,32,64,or128.Usethefollowingequationtocalculatethewatchdogtimerclockfrequencyandthedurationofeachtimerclockcycle:2/6/202321曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院看門狗定時(shí)器的時(shí)間間隔計(jì)算舉例以S3C44B0X為例：時(shí)間間隔=1/(MCLK/(預(yù)分頻值+1)/(除法系數(shù))MCLK是存儲(chǔ)器主頻，在option.h中定義為67,500,000預(yù)分頻值就是PRESCALER

除法系數(shù)就是DIVISION帶入公式計(jì)算結(jié)果是：

1/(MCLK/((MCLK/1000000-1)+1)/128)=0.000128(second)注意：Prescaler_value=MCLK/1000000-1做到在0-255的范圍內(nèi)2/6/202322曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院3.1.7地址對(duì)準(zhǔn)和端序邊界地址：從0號(hào)單元開始，按照2字節(jié)、4字節(jié)或者其他2的整倍數(shù)長度劃分內(nèi)存的讀寫塊，讀寫塊的首地址就是邊界地址。地址對(duì)準(zhǔn)訪問從邊界地址進(jìn)行內(nèi)存訪問。端序，字節(jié)序多字節(jié)數(shù)據(jù)存放時(shí)，最高字節(jié)存放在最低地址單元還是最高地址單元。有大端序和小端序之分2/6/202323曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院3.1.8地址重映射開始啟動(dòng)時(shí)，將存有啟動(dòng)代碼的NorFlash地址空間映射到0x00000000。嵌入式系統(tǒng)的中斷向量和異常向量表在啟動(dòng)時(shí)也從0號(hào)地址存放。FlashROM的讀出速度慢地址重映射：把SDRAM地址空間遷移到0地址開始處，把FlashROM的地址空間遷移到系統(tǒng)存儲(chǔ)器的高端地址。2/6/202324曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院術(shù)語：異常異常（Exception）是計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)發(fā)生的異?？刂屏?。它是程序控制流中的突變，用來響應(yīng)處理器狀態(tài)中的一些變化。一部分由硬件產(chǎn)生另一部分由操作系統(tǒng)產(chǎn)生異常的分類中斷（Interrupt），陷阱（Trap），故障（Fault），終止（Abort）2/6/202325曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院含有異常的處理流程圖解應(yīng)用程序發(fā)生事件異常處理異常處理異常返回（可選）2/6/202326曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院AT91M55800A處理器

地址重映射前后的地址分配2/6/202327曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院3.1.9FIFO緩沖寄存器FIFO（FirstInFirstOut）也即先入先出FIFO寄存器或者FIFO緩沖寄存器按照FIFO方式進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫的寄存器FIFO常常用于嵌入式系統(tǒng)提高數(shù)據(jù)傳輸效率兩種使用形態(tài)一種是分立的專用器件集成在CPU某個(gè)控制器的專用寄存器2/6/202328曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院S3C44B0X的

UART方框圖（含F(xiàn)IFO）S3C44B0X處理器內(nèi)建有兩個(gè)UART接口。每一個(gè)UART的最高傳輸速率是115.2Kbps，并且?guī)в袃蓚€(gè)接受和發(fā)送的FIFO緩沖器。2/6/202329曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院3.1.10主存控制器主存控制器MC，MemoryControllerMC功能：確定處理器所使用的存儲(chǔ)區(qū)（Bank）個(gè)數(shù)；確定各存儲(chǔ)區(qū)起始地址；確定各BANK尋址空間大小和數(shù)據(jù)線寬度；確定所有Bank的可編程訪問周期；動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的自動(dòng)刷新等。2/6/202330曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院東南大學(xué)博芯公司

SEP3203微處理器方框圖MC2/6/202331曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院3.2主流嵌入式微處理器幾種嵌入式處理器概覽ARMPowerPCMIPS2/6/202332曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院3.2.1ARM處理器下面介紹以下內(nèi)容：ARM處理器ARM處理器應(yīng)用ARM處理器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2/6/202333曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院ARM處理器簡介ARM即AdvancedRISCMachines的縮寫。ARM公司是設(shè)計(jì)公司，是知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP:IntellectualProperty）供應(yīng)商，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可由合作伙伴來生產(chǎn)各具特色的芯片。有30多家半導(dǎo)體公司與ARM簽訂了硬件技術(shù)使用許可協(xié)議。ARM處理器的3大特點(diǎn)：小體積、低功耗、成本低、高性能16位／32位雙指令集全球眾多的合作伙伴2/6/202334曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院ARM公司以知識(shí)產(chǎn)權(quán)核為主營業(yè)務(wù)IP核以三種形式存在。硬核軟核固核ARM公司研發(fā)的處理器核以上面的三種形式銷售2/6/202335曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院ARM公司的IP銷售與服務(wù)ARM公司大學(xué)/研究所/企業(yè)IC制造商OEM生產(chǎn)商圖例：服務(wù)付款技術(shù)支持2/6/202336曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院ARM發(fā)展簡史1985年4月26日，第一個(gè)ARM原型在英國劍橋的Acorn計(jì)算機(jī)有限公司誕生，由美國加州SanJoseVLSI技術(shù)公司制造。20世紀(jì)80年代后期，ARM很快開發(fā)成Acorn的臺(tái)式機(jī)產(chǎn)品，形成英國的計(jì)算機(jī)教育基礎(chǔ)。1990年成立了AdvancedRISCMachinesLimited（簡稱ARM公司）。20世紀(jì)90年代，ARM32位嵌入式RISC處理器擴(kuò)展到世界范圍，占據(jù)了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。2/6/202337曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院ARM體系結(jié)構(gòu)的擴(kuò)充ARM32位處理器體系結(jié)構(gòu)是市場占有率高的32位嵌入式RISC微處理器結(jié)構(gòu)市場占有率大約為75%所有ARM處理器共享同一個(gè)體系結(jié)構(gòu)。ARM體系結(jié)構(gòu)的擴(kuò)充包括：Thumb：16位指令集，用以改善代碼密度；DSP：用于DSP應(yīng)用的算術(shù)運(yùn)算指令集；Jazeller：允許直接執(zhí)行Java字節(jié)碼的擴(kuò)充。2/6/202338曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院ARM處理器應(yīng)用ARM系列處理器提供的解決方案包括：在無線、消費(fèi)電子和圖像應(yīng)用方面的開放平臺(tái)智能卡和SIM卡的安全應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：路由器、調(diào)制解調(diào)器等移動(dòng)電話、智能手機(jī)等2/6/202339曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院ARM核的技術(shù)優(yōu)勢ARM核的優(yōu)點(diǎn)包括：引入新穎的稱為"Thumb"的壓縮指令格式，降低了小型系統(tǒng)的成本和電源消耗；ARM9、ARM10和StrongARM處理器系列的性能得到了顯著提高；具有先進(jìn)的軟件開發(fā)和調(diào)試環(huán)境；基于ARM處理器核的芯片得到了廣泛的嵌入式應(yīng)用。2/6/202340曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院ARM處理器系列產(chǎn)品概況ARM處理器當(dāng)前有6個(gè)產(chǎn)品系列：ARM7、ARM9、ARM10、ARM11、SecurCore和Cortex。ARM7、ARM9、ARM10和ARM11是4個(gè)通用處理器系列，每個(gè)系列提供一套特定的性能來滿足設(shè)計(jì)者對(duì)功耗、性能和體積的需求。SecurCore是第5個(gè)產(chǎn)品系列，是專門為安全設(shè)備而設(shè)計(jì)的。來自于合作伙伴的產(chǎn)品例如：IntelXScale微體系結(jié)構(gòu)和StrongARM產(chǎn)品。2/6/202341曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院ARMCortex系列處理器TheARMCortexfamilycomprisesthreeseries,allimplementtheThumb-2instructionset.ARMCortex-ASeriesapplicationsprocessorsforcomplexOSanduserapplications.SupportstheARM,ThumbandThumb-2instructionsetsARMCortex-RSeriesembeddedprocessorsforreal-timesystems.SupportstheARM,Thumb,andThumb-2instructionsetsARMCortex-MSeriesdeeplyembeddedprocessorsoptimizedforcostsensitiveapplications.SupportstheThumb-2instructionsetonly2/6/202342曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院ARMCortex-A8簡介TheARMCortex-A8processoristhefirstapplicationsprocessorbasedontheARMv7architectureandisthehighestperformance,mostpower-efficientprocessoreverdevelopedbyARM.Withtheabilitytoscaleinspeedfrom600MHztogreaterthan1GHz,theCortex-A8processorcanmeettherequirementsforpower-optimizedmobiledevicesneedingoperationinlessthan300mW;andperformance-optimizedconsumerapplicationsrequiring2000DhrystoneMIPS.

2/6/202343曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院ARMCortex-A8簡介（續(xù)）TheCortex-A8processorisARM’sfirstsuperscalarprocessorfeaturingtechnologyforenhancedcodedensityandperformance,NEONtechnologyformultimediaandsignalprocessing,andJazelleRCT(RuntimeCompilationTarget)technologyforefficientsupportofahead-of-timeandjust-in-timecompilationofJavaandotherbytecodelanguages.2/6/202344曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院Cortex-A8內(nèi)核的應(yīng)用舉例

——TI公司的OMAP3430處理器具有先進(jìn)超級(jí)標(biāo)量Cortex-A8內(nèi)核的處理器業(yè)界第一個(gè)采用65nmCMOS工藝技術(shù)設(shè)計(jì)的ARM處理器，提高了處理性能集成的圖像信號(hào)處理器（ISP）可提供更快、更高品質(zhì)的圖像捕捉功能，并且可以降低系統(tǒng)成本復(fù)合視頻和S端子TV輸出XGA（1024x768像素）、16M色（24位定義）顯示支持高速USB2.0OTG支持2/6/202345曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院TI公司的OMAP3430處理器架構(gòu)圖2/6/202346曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院Cortex-M3內(nèi)核的應(yīng)用舉例

——意法半導(dǎo)體的STM32微控制器不支持ARM指令集，只支持Thumb-2指令集中斷向量表與其他ARM處理器有明顯區(qū)別STM32微控制器有兩個(gè)系列STM32F103“增強(qiáng)型”系列，72MHz主頻STM32F101“基本型”系列，36MHz主頻2.0到3.6V電源，當(dāng)復(fù)位電路工作時(shí)，在待機(jī)模式下最低功耗2μA，最適合電池供電的應(yīng)用設(shè)備。比同級(jí)別的基于ARM7TDMI的產(chǎn)品快30%。換句話說，如果處理性能相同，STM32產(chǎn)品功耗比同級(jí)別產(chǎn)品低75%。2/6/202347曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院Intel公司生產(chǎn)的ARM系列處理器從所周知，Intel公司是PC平臺(tái)的x86系列微處理器生產(chǎn)商。但是，它也生產(chǎn)嵌入式處理器，不過該公司生產(chǎn)的嵌入式處理器并不是自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。Intel公司購買了ARM的IP核先后生產(chǎn)出了兩種嵌入式處理器：StrongARM和XScale。除了維持指令集不變之外，Intel公司憑借自身強(qiáng)大的技術(shù)開發(fā)實(shí)力，在功能上和性能上對(duì)這兩款嵌入式處理器做了改進(jìn)和提高，使得它們成為性能優(yōu)秀的嵌入式處理器。2/6/202348曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院3.2.2PowerPC處理器自從1994年第一個(gè)PowerPC處理器PowerPC601問世以來，已經(jīng)有幾十種PowerPC獨(dú)立微處理器與嵌入式微處理器投放市場，其主頻范圍從32MHz到1GHz不等。嵌入式的PowerPC405（主頻最高為266MHz）和PowerPC440（主頻最高為550MHz）處理器內(nèi)核可以用于各種集成的系統(tǒng)芯片（SOC，system-on-a-chip）設(shè)備上，在電信、金融和其他許多行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。2/6/202349曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院IBMPowerPC路線圖PPC400系列產(chǎn)品是嵌入式處理器2/6/202350曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院Motorola高性能處理器2/6/202351曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院介紹幾款PowerPC架構(gòu)的MPUPowerPC405GPPowerPCMPC823ePowerPCMPC7457和MPC7447PowerPC8260（QUICCII）MPC860PowerQUICC2/6/202352曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院IBM公司開發(fā)的PowerPC405GPPowerPC405GP嵌入式處理器的特性：⑴PowerPC405GP專門應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備⑵擴(kuò)展了PowerPC處理器系列產(chǎn)品的可伸縮性⑶應(yīng)用軟件源代碼兼容所有其他的PowerPC處理器⑷利用最高可達(dá)133MHz外頻的64位CoreConnect總線體系結(jié)構(gòu)⑸提供了具有創(chuàng)新意義的CodePack的代碼壓縮⑹比較優(yōu)越的低功耗解決方案⑺高性能總線結(jié)構(gòu)、可用于定制SOC研發(fā)2/6/202353曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院Motorola公司的PowerPCMPC823e一個(gè)高度模塊集成的片上系統(tǒng)，屬于PowerPCQUICC通信處理器產(chǎn)品家族的一個(gè)成員。包含嵌入式PowerPC內(nèi)核、系統(tǒng)接口單元、通信處理單元和LCD控制器。配備大容量數(shù)據(jù)Cache和指令Cache。具有雙處理器結(jié)構(gòu)，即：通用RISC整數(shù)處理器和特殊32位標(biāo)量RISC通信處理器。為滿足通信的需要，MPC823e的外設(shè)接口功能優(yōu)良，能提供嵌入式數(shù)字信號(hào)處理功能，支持高速數(shù)字通信。2/6/202354曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院MPC7457和MPC7447摩托羅拉G4系列PowerPC處理器的新成員MPC7457和MPC7447于2003年2月投產(chǎn)，它們的時(shí)鐘速度最高可達(dá)到1.3GHz。由于制造上采用了SOI（絕緣體硅）工藝，當(dāng)這兩款處理器運(yùn)行在1GHz時(shí)，其功耗才不到10W，因此可廣泛應(yīng)用于對(duì)功耗敏感的網(wǎng)絡(luò)和通信應(yīng)用領(lǐng)域，例如：路由器、交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)控制平臺(tái)。2/6/202355曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院PowerPC8260（QUICCII）Motorola公司研發(fā)，飛思卡爾公司維護(hù)該產(chǎn)品是功能較強(qiáng)的多協(xié)議集成通信處理器，具有雙核雙總線結(jié)構(gòu)，適合用于構(gòu)建多協(xié)議路由器、多協(xié)議交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備和交換設(shè)備。2/6/202356曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院MPC860PowerQUICCMotorola公司研發(fā)，飛思卡爾公司維護(hù)MPC860PowerQUICC是一款集成了微處理器和外設(shè)組合的通用單一芯片，可以用在各種各樣的控制應(yīng)用中，尤其在通信和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的應(yīng)用中表現(xiàn)得更加出色。2/6/202357曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院3.2.3MIPS嵌入式微處理器MIPS處理器MIPS計(jì)算機(jī)公司研發(fā)一種高端嵌入式內(nèi)核標(biāo)準(zhǔn)MIPS的英文原文：MicroprocessorwithoutInterlockedPipelineStages中文意義是內(nèi)部無互鎖流水級(jí)微處理器盡量利用軟件辦法避免流水線的數(shù)據(jù)相關(guān)問題2/6/202358曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院MIPS計(jì)算機(jī)公司簡史MIPS處理器最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大學(xué)Hennessy教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組研制出來的MIPS公司的R系列處理器是在此基礎(chǔ)上研發(fā)成功的RISC工業(yè)微處理器產(chǎn)品1984年，MIPS計(jì)算機(jī)公司成立1992年，SGI收購了MIPS計(jì)算機(jī)公司1998年，MIPS脫離SGI，成為MIPS技術(shù)公司2/6/202359曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院MIPS處理器發(fā)展簡史MIPS處理器誕生于二十世紀(jì)八十年代初1986年到1997年先后出產(chǎn)了6個(gè)R系列的微處理器其中的R4000是世界上第一款64位商用微處理器1999年MIPS32和MIPS64架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，為后來MIPS處理器的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。1986年R2000處理器1994年R8000處理器1988年R3000處理器1996年R10000處理器1991年R4000處理器1997年R12000處理器2/6/202360曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院MIPS指令體系版本MIPS指令系統(tǒng)有兩種類型：通用處理器指令體系MIPSI、MIPSII、MIPSIII、MIPSIV到MIPSV嵌入式指令體系MIPS16、MIPS32到MIPS64在設(shè)計(jì)理念上MIPS強(qiáng)調(diào)軟硬件協(xié)同提高性能，同時(shí)簡化硬件設(shè)計(jì)。2/6/202361曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院MIPS3224KE內(nèi)核系列2000年MIPS公司開發(fā)了高性能、低功耗的32位處理器內(nèi)核MIPS3224KE內(nèi)核系列。該內(nèi)核系列采用高性能24K微架構(gòu)，同時(shí)集成了MIPSDSP特定應(yīng)用架構(gòu)擴(kuò)展(ASE)。24KE內(nèi)核系列包括24KEc、24KEf、24KEcPro和24KEfPro。目標(biāo)市場包括機(jī)頂盒、DTV、DVD刻錄機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、住宅網(wǎng)關(guān)和汽車遠(yuǎn)程信息處理等。2/6/202362曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院MIPS3224KETM內(nèi)核的功能方框圖2/6/202363曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院MIPS3274K內(nèi)核2007年6月19日MIPS公司推出了MIPS3274K（以下簡稱74K）內(nèi)核產(chǎn)品。該產(chǎn)品采用標(biāo)準(zhǔn)硅工藝，是目前嵌入式市場速度最快的可綜合處理器內(nèi)核，主頻速度達(dá)到1GHz以上。下圖給出了74K內(nèi)核的內(nèi)部架構(gòu)。MIPS3274K按照普通單元和EDA標(biāo)準(zhǔn)流程設(shè)計(jì)，采用65nm制造工藝，內(nèi)核面積為1.7平方毫米；內(nèi)含自主研發(fā)的嵌入式微架構(gòu)，在同類產(chǎn)品之中的性能/芯片面積比很高。具有如下特點(diǎn)：2/6/202364曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院MIPS3274K內(nèi)核（續(xù)1）具有CorExtendTM功能，該功能可供