嵌入式系統(tǒng)概述及ARM系列微處理器簡(jiǎn)介

嵌入式系統(tǒng)概述及ARM系列微處理器簡(jiǎn)介第1頁(yè)/共86頁(yè)第1章嵌入式系統(tǒng)概述

及ARM系列微處理器簡(jiǎn)介

第2頁(yè)/共86頁(yè)航天工程的先驅(qū)、美國(guó)加州理工學(xué)院的馮·卡門(mén)教授：

科學(xué)家研究已有的世界，工程師創(chuàng)造未有的世界

一個(gè)人的能力

不在于學(xué)會(huì)了多少知識(shí)

而在于學(xué)會(huì)了使用多少知識(shí)2023/4/23第3頁(yè)/共86頁(yè)愛(ài)逃課、愛(ài)淘課世界一流大學(xué)的公開(kāi)課課程要求MIT算法導(dǎo)論8`~17`Stanford人與計(jì)算機(jī)的互動(dòng)（開(kāi)始）Stanford編程方法學(xué)16-21-28只有提早覺(jué)醒的大學(xué)生才能找到好工作！/s/blog_5e8facd20100cpc3.html第4頁(yè)/共86頁(yè)筆試（開(kāi)卷或閉卷），成績(jī)按照考試60~70％，平時(shí)及實(shí)驗(yàn)30~40％計(jì)算。出勤率10%(具有否決權(quán))作業(yè)10%實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告10%~20%(具有否決權(quán))AcademicHonesty.au/cgi-bin/WebObjects/Courses.woa/wa/selectUnitFromCourseDetails?courseID=14033&idunit=30939&strUnitOutlineSelect=ucQCF157%7Cuv1%7Cov51%7Cct13TP1%7Csn2011%7Cui第5頁(yè)/共86頁(yè)1.1嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1.1嵌入式系統(tǒng)定義被稱(chēng)為“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一本教科書(shū)”，由美國(guó)普林斯頓大學(xué)電子工程系教授WayneWolf編著的《ComputersasComponents：PrinciplesofEmbeddedComputingSystemDesign》一書(shū)中指出：“不嚴(yán)格地說(shuō)，它是任意包含一個(gè)可編程計(jì)算機(jī)的設(shè)備，但這個(gè)設(shè)備不是作為通用計(jì)算機(jī)而設(shè)計(jì)的。因此，一臺(tái)個(gè)人電腦并不能稱(chēng)之為嵌入式計(jì)算系統(tǒng)，…。但是，一臺(tái)包含了微處理器的傳真機(jī)或時(shí)鐘就可以算是一種嵌入式計(jì)算系統(tǒng)?！币话阏J(rèn)為該書(shū)中所說(shuō)的嵌入式計(jì)算系統(tǒng)，就是我們通常所說(shuō)的嵌入式系統(tǒng)，也稱(chēng)為嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。第6頁(yè)/共86頁(yè)也有把嵌入式系統(tǒng)稱(chēng)為：一種用于控制、監(jiān)視或協(xié)助特定機(jī)器和設(shè)備正常運(yùn)行的計(jì)算機(jī)。嵌入式系統(tǒng)目前被國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)界普遍認(rèn)同的定義是：

以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟、硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。第7頁(yè)/共86頁(yè)由嵌入式系統(tǒng)的定義可以看出，嵌入式系統(tǒng)明顯的特點(diǎn)有：

·

嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，有微處理器，可編程；

·

嵌入式系統(tǒng)有明確的應(yīng)用目的；

·

嵌入式系統(tǒng)作為機(jī)器或設(shè)備的組成部分被使用。第8頁(yè)/共86頁(yè)

1.1.2嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程與微處理器發(fā)展歷程密切相關(guān)。雖然在1971年Intel公司生產(chǎn)出世界上第一片4位集成電路微處理器Intel4004之前，也有許多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是作為某種專(zhuān)門(mén)的用途與具體產(chǎn)品結(jié)合在一起被使用，也被稱(chēng)為嵌入式系統(tǒng)，但是由于體積較大，使用不方便等原因并沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。第9頁(yè)/共86頁(yè)Intel4004微處理器當(dāng)時(shí)是為嵌入到計(jì)算器設(shè)計(jì)的。20世紀(jì)70年代之后，處理器的位數(shù)從8位、16位、32位發(fā)展到64位?？梢詫⑽⑻幚砥鞣譃橥ㄓ梦⑻幚砥骱蛯?zhuān)門(mén)用于嵌入式系統(tǒng)的專(zhuān)用微處理器。嵌入式系統(tǒng)專(zhuān)用微處理器可以分為單片機(jī)、嵌入式微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器和片上系統(tǒng)。第10頁(yè)/共86頁(yè)嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程中，出現(xiàn)過(guò)無(wú)操作系統(tǒng)控制的嵌入式系統(tǒng)，如8位單片機(jī)直接使用匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言編程；小型操作系統(tǒng)控制的嵌入式系統(tǒng)，如使用μC/OS-II的系統(tǒng)；大型操作系統(tǒng)控制的嵌入式系統(tǒng)，如使用WindowsCE的系統(tǒng)。第11頁(yè)/共86頁(yè)1.1.3嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用舉例嵌入式技術(shù)無(wú)處不在

各種使用嵌入式技術(shù)的電子產(chǎn)品，如：MP3、PDA、手機(jī)、智能玩具，網(wǎng)絡(luò)家電、智能家電、車(chē)載電子設(shè)備等。在工業(yè)和服務(wù)領(lǐng)域中，大量嵌入式技術(shù)也已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)控制、數(shù)控機(jī)床、智能工具、工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人等各個(gè)行業(yè)，正在逐漸改變著傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)和服務(wù)方式。第12頁(yè)/共86頁(yè)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域通信設(shè)備汽車(chē)電子數(shù)字消費(fèi)類(lèi)工業(yè)控制儀器儀表數(shù)字醫(yī)療設(shè)備信息家電“嵌入”無(wú)處不在第13頁(yè)/共86頁(yè)嵌入式視頻服務(wù)器第14頁(yè)/共86頁(yè)現(xiàn)代化家庭第15頁(yè)/共86頁(yè)智能玩具與機(jī)器人第16頁(yè)/共86頁(yè)嵌入式技術(shù)應(yīng)用——工業(yè)控制工業(yè)方面：機(jī)床、冶金、電子、交通、航空航天等行業(yè)技術(shù)升級(jí)的重要基礎(chǔ)；第17頁(yè)/共86頁(yè)阿富汗參加反恐作戰(zhàn)的“赫耳墨斯”價(jià)值4萬(wàn)美元，可攜帶2架攝像機(jī)，發(fā)揮了很好作用。軍事偵察第18頁(yè)/共86頁(yè)2002年11月28日，以色列一選舉投票點(diǎn)，發(fā)生槍擊事件，造成至少7人死亡，數(shù)十人受傷。以警方用機(jī)器人在檢查一具巴勒斯坦槍手的尸體.反恐防暴第19頁(yè)/共86頁(yè)微型飛行器---“黑寡婦”空中飛行器第20頁(yè)/共86頁(yè)嵌入式系統(tǒng)與機(jī)器人技術(shù)圖：卡耐基梅隆大學(xué)和瑞士EPFL研制的機(jī)器人控制器（采用卡西歐PDA和WindowsCE）

第21頁(yè)/共86頁(yè)基于WinCE的移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)第22頁(yè)/共86頁(yè)基于RTLinux的仿人機(jī)器人高48cm

重:6kg

靈活性：20DOF操作系統(tǒng):RT-Linux

接口形式:USB1.0(12Mbps)響應(yīng)周期:1ms

能源：DC24Vx6.2A(150W)制造：富士通第23頁(yè)/共86頁(yè)基于VXworks的火星探路者第24頁(yè)/共86頁(yè)2004年“勇氣號(hào)”再次登陸火星第25頁(yè)/共86頁(yè)汽車(chē)電子產(chǎn)品（18個(gè)嵌入式控制模塊）——CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)VOLVOS80汽車(chē)的CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

嵌入式應(yīng)用——汽車(chē)電子第26頁(yè)/共86頁(yè)馬達(dá)控制器車(chē)燈嵌入式系統(tǒng)示例——汽車(chē)控制系統(tǒng)尾燈控制系統(tǒng)后車(chē)門(mén)控制系統(tǒng)前車(chē)門(mén)控制系統(tǒng)座椅控制系統(tǒng)發(fā)動(dòng)器控制系統(tǒng)所有的控制系統(tǒng)都是一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)第27頁(yè)/共86頁(yè)1.1.4嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)⑴與應(yīng)用密切相關(guān)⑵實(shí)時(shí)性⑶復(fù)雜的算法⑷制造成本⑸功耗⑹開(kāi)發(fā)和調(diào)試⑺可靠性⑻體積第28頁(yè)/共86頁(yè)1.2嵌入式系統(tǒng)組成1.2.1嵌入式系統(tǒng)硬件組成舉例圖1.1是某實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板的組成，使用了S3C2410A微處理器，微處理器內(nèi)部集成了許多控制器、接口和設(shè)備，微處理器芯片外部連接了一些設(shè)備、控制器和接口。

第29頁(yè)/共86頁(yè)第30頁(yè)/共86頁(yè)1.2.2嵌入式系統(tǒng)軟件組成簡(jiǎn)介

圖1.2嵌入式系統(tǒng)軟件組成第31頁(yè)/共86頁(yè)圖1.2中板級(jí)支持包（BoardSupportPackage，BSP）和硬件抽象層（HardwareAbstractLayer，HAL），與PC機(jī)的基本輸入/輸出系統(tǒng)（BasicInputOutputSystem，BIOS）相似。不同的嵌入式微處理器、不同的硬件平臺(tái)或不同的操作系統(tǒng)，BSP/HAL也不同。如果設(shè)計(jì)的產(chǎn)品不要求實(shí)時(shí)性，可以選擇非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。第32頁(yè)/共86頁(yè)1.3嵌入式微處理器

1.3.1嵌入式微處理器分類(lèi)按處理器的應(yīng)用領(lǐng)域，廣義上將其分為4類(lèi)，如圖1.3所示。第33頁(yè)/共86頁(yè)⒈嵌入式微控制器嵌入式微控制器（EmbeddedMicrocontrollerUnit，EMU），通常也稱(chēng)微控制器（MicroControllerUnit，MCU）或單片機(jī)。第34頁(yè)/共86頁(yè)⒉嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器（EmbeddedDigitalSignalProcessor，EDSP），有時(shí)也簡(jiǎn)稱(chēng)DSP，是專(zhuān)門(mén)用于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理器。嵌入式DSP是對(duì)普通DSP的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其更適合DSP算法、編譯效率更高、執(zhí)行速度更快。嵌入式DSP有兩個(gè)發(fā)展來(lái)源，一是DSP的處理器經(jīng)過(guò)單片化、EMC（電磁兼容）改造、增加片內(nèi)外設(shè)而成；二是在通用單片機(jī)或SOC（片上系統(tǒng)）中，增加DSP協(xié)處理器。第35頁(yè)/共86頁(yè)嵌入式DSP在數(shù)字濾波、FFT（FastFourierTransform，快速傅里葉變換）、頻譜分析等儀器上，使用較為廣泛。第36頁(yè)/共86頁(yè)⒊嵌入式微處理器嵌入式微處理器（EmbeddedMicroProcessorUnit，EMPU），也稱(chēng)嵌入式微處理器單元。嵌入式微處理器通?？梢苑譃橐韵?類(lèi)。⑴通用微處理器

第37頁(yè)/共86頁(yè)⑵嵌入式微處理器這類(lèi)微處理器是專(zhuān)門(mén)為嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，通常狹義上所講的嵌入式微處理器就是專(zhuān)門(mén)指這種類(lèi)型的微處理器。第38頁(yè)/共86頁(yè)⒋嵌入式片上系統(tǒng)嵌入式片上系統(tǒng)（EmbeddedSystemOnChip，ESOC），簡(jiǎn)稱(chēng)SOC，有時(shí)也寫(xiě)作SoC。第39頁(yè)/共86頁(yè)1.3.2主流嵌入式微處理器介紹⒈ARM/StrongARMARM是英文AcornRISCMachine的縮寫(xiě)，Acorn是英國(guó)劍橋的一個(gè)計(jì)算機(jī)公司，1985年開(kāi)發(fā)出第一代ARMRISC處理器原型。1990年，Acorn將公司名稱(chēng)改為AdvancedRISCMachineLimited（先進(jìn)RISC機(jī)器公司），縮寫(xiě)仍為ARM。ARM公司的32位嵌入式RISC處理器，在低功耗、低成本和高性能的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位。第40頁(yè)/共86頁(yè)ARM公司是全球領(lǐng)先的16/32位RISC微處理器知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IntellectualProperty，IP）設(shè)計(jì)供應(yīng)商，ARM公司通過(guò)轉(zhuǎn)讓高性能、低成本、低功耗的RISC處理器、外圍和系統(tǒng)芯片技術(shù)給合作伙伴，使他們能夠用這些技術(shù)生產(chǎn)各具特色的芯片。ARM公司并不生產(chǎn)芯片，而是通過(guò)轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可證，由合作伙伴生產(chǎn)各種型號(hào)的微處理器芯片。目前ARM的合作伙伴在全世界已經(jīng)超過(guò)100個(gè)，許多著名半導(dǎo)體公司與ARM公司有著合作關(guān)系。第41頁(yè)/共86頁(yè)⒉MIPSMIPS是MicroprocessorwithoutInterlockedPipelineStages的縮寫(xiě)，意思為內(nèi)部無(wú)互鎖流水線(xiàn)微處理器。MIPS也是一種處理器的內(nèi)核標(biāo)準(zhǔn)。MIPS體系結(jié)構(gòu)具有良好的可擴(kuò)展性，并且能夠滿(mǎn)足超低功耗微處理器的需求。第42頁(yè)/共86頁(yè)MIPS處理器源于20世紀(jì)80年代初，由美國(guó)斯坦福大學(xué)電機(jī)系Hennessy教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組研制出來(lái)。MIPS計(jì)算機(jī)公司1984年成立于硅谷。1992年，SGI收購(gòu)了MIPS計(jì)算機(jī)公司。1998年MIPS脫離SGI，成為MIPS技術(shù)公司。MIPS技術(shù)公司是一家設(shè)計(jì)和制造高性能、高檔次的嵌入式32/64位微處理器的公司，在RISC處理器方面占有重要地位。第43頁(yè)/共86頁(yè)近年來(lái)，MIPS公司開(kāi)發(fā)了高性能、低功耗的32位處理器內(nèi)核MIPS3224KE系列，產(chǎn)品廣泛用于機(jī)頂盒、DVD刻錄機(jī)、MODEM、IP電話(huà)、數(shù)碼相機(jī)、蜂窩電話(huà)、視頻游戲機(jī)、路由器、激光打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、掃描儀等產(chǎn)品。2007年，MIPS公司推出了MIPS3274K內(nèi)核產(chǎn)品，是當(dāng)時(shí)嵌入式市場(chǎng)運(yùn)行速度最快的處理器內(nèi)核，主頻速度為1GHz。第44頁(yè)/共86頁(yè)⒊PowerPCPowerPC微處理器早期由IBM、Motorola和Apple公司共同投資開(kāi)發(fā)，生產(chǎn)了PowerPC601（1994年）、602（1995年）、604（1995年）和620（1997年）。此后PowerPC微處理器由IBM公司和Motorola公司分別生產(chǎn)。第45頁(yè)/共86頁(yè)迄今為止，Motorola公司共生產(chǎn)了6代產(chǎn)品，它們是G1、G2、G3、G4、G5和G6，Motorola公司生產(chǎn)的PowerPC微處理器芯片產(chǎn)品編號(hào)前有“MPC”前綴，如G5中的MPC855T，G6中的MPC860DE~MPC860P等。2004年，Motorola公司分拆半導(dǎo)體部門(mén)，組建了新公司Freescale（飛思卡爾），由該公司繼續(xù)MPC微處理器的技術(shù)支持和新產(chǎn)品研發(fā)。第46頁(yè)/共86頁(yè)目前，IBM公司的PowerPC微處理器芯片產(chǎn)品有4個(gè)系列，分別是4XX綜合處理器、4XX處理器核、7XX高性能32位微處理器和9XX超高性能64位微處理器。PowerPC系列微處理器的品種較多，既有通用處理器，又有嵌入式控制器和內(nèi)核，應(yīng)用范圍也非常廣泛，從高端工作站、服務(wù)器到桌面計(jì)算系統(tǒng)，從消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品到大型通信設(shè)備，都有著廣泛的應(yīng)用。第47頁(yè)/共86頁(yè)⒋其他嵌入式微處理器Intel公司基于x86處理器核的嵌入式微處理器GeodeSP1SC10、Motorola公司的68xxx、Compaq公司的Alpha、HP公司的PARISC、Sun公司的Sparc等嵌入式微處理器也有著廣泛的應(yīng)用。第48頁(yè)/共86頁(yè)ARM處理器的使用量第49頁(yè)/共86頁(yè)1.4嵌入式操作系統(tǒng)介紹1.4.1嵌入式操作系統(tǒng)主要特點(diǎn)⒈實(shí)時(shí)性⒉可移植⒊內(nèi)核小型化⒋可裁剪1.4.2主流嵌入式操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介第50頁(yè)/共86頁(yè)嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式LinuxμcLinuxWindowsCEVxWorksSymbianOSPalmOSQNXOSEC/OS-IIOSENucleusPLUS第51頁(yè)/共86頁(yè)

1、嵌入式LinuxLinux主要特點(diǎn)有：開(kāi)放源碼；內(nèi)核小、功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定、效率高；易于定制裁剪；可移植到數(shù)十種微處理器上；支持大量的外圍硬件設(shè)備，驅(qū)動(dòng)程序豐富；有大量的開(kāi)發(fā)工具，良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境；沿用了UNIX的發(fā)展方式，遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，眾多第三方軟硬件廠(chǎng)商支持；對(duì)以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、令牌網(wǎng)、光纖網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)等多種聯(lián)網(wǎng)方式提供了全面的支持；在圖像處理、文件管理及多任務(wù)支持等方面，Linux也提供了較強(qiáng)的支持。第52頁(yè)/共86頁(yè)⒉μC／OS-ⅡμC／OS是源碼公開(kāi)的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)。μC／OS-Ⅱ提供了嵌入式系統(tǒng)的基本功能，其核心代碼短小精干。μC／OS-Ⅱ?qū)τ诖笮蜕逃们度胧较到y(tǒng)而言，相比還是有些簡(jiǎn)單。μC／OS-Ⅱ主要特點(diǎn)包括：源碼公開(kāi)、可移植性強(qiáng)（采用ANSIC編寫(xiě)）、可固化、可裁剪、占先式、多任務(wù)，穩(wěn)定性和可靠性都很強(qiáng)。μC／OS-Ⅱ已經(jīng)被移植到許多微處理器上運(yùn)行，如ARM系列、Intel的8051、80x86系列、Motorola的PowerPC和68xxx、68HC11等系列第53頁(yè)/共86頁(yè)⒊WindowsCEWindowsCE是一個(gè)簡(jiǎn)潔、高效率的多平臺(tái)操作系統(tǒng)，它不是桌面windows系統(tǒng)的削減版本，而是從整體上為有限資源的平臺(tái)設(shè)計(jì)的多線(xiàn)程、完全優(yōu)先級(jí)、多任務(wù)的操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)內(nèi)核占據(jù)最少200KBROM空間。第54頁(yè)/共86頁(yè)⒋VxWorksVxWorks是目前使用最廣泛、市場(chǎng)占有率最高的商用嵌入式操作系統(tǒng)，可以移植到多種處理器，如x86、Motorola68xxx、MIPSRXxxx、PowerPC、StrongARM、ARM等。VxWorks具有多達(dá)1800個(gè)功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序接口（API），系統(tǒng)的可靠性非常高。第55頁(yè)/共86頁(yè)

5、QNXQNX是一個(gè)實(shí)時(shí)的、可擴(kuò)展的操作系統(tǒng)。它部分遵循了POSIX協(xié)議。POSIX（PortableOperatingSystemInterface）表示可移植操作系統(tǒng)接口。QNX提供了一個(gè)很小的微內(nèi)核以及一些可選的配合進(jìn)程。其內(nèi)核僅提供4種服務(wù)：進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、底層網(wǎng)絡(luò)通信和中斷處理。QNX內(nèi)核小巧，大約為12KB，運(yùn)行速度極快。第56頁(yè)/共86頁(yè)

⒍PalmOSPalmOS是3COM公司PalmComputing掌上電腦公司的產(chǎn)品，在PDA市場(chǎng)占有很大的份額。PalmOS具有開(kāi)放的操作系統(tǒng)應(yīng)用程序接口（API），開(kāi)發(fā)商可以根據(jù)需要自己開(kāi)發(fā)所需的應(yīng)用程序。目前大約有3500個(gè)應(yīng)用程序可以在PalmOS上運(yùn)行，這使得Palm的功能不斷增多，這些軟件廣泛地應(yīng)用在計(jì)算機(jī)、游戲機(jī)、電子寵物等電子消費(fèi)產(chǎn)品上。第57頁(yè)/共86頁(yè)⒎SymbianOS主要特點(diǎn)有：支持TCP、IPv4、IPv6、藍(lán)牙等協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；支持多任務(wù)、面向?qū)ο蠡诮M件方式的2G、2.5G和3G系統(tǒng)及應(yīng)用開(kāi)發(fā)；支持互聯(lián)網(wǎng)連接和瀏覽及內(nèi)容下載；支持Unicode等。第58頁(yè)/共86頁(yè)⒏其他操作系統(tǒng)另外，國(guó)外的TinyOS（美國(guó)伯克利大學(xué)）、OS-9（Microwave公司）以及國(guó)內(nèi)的DeltaOS（科銀京成公司）、HopenOS（凱思集團(tuán)）和EEOS（中科院計(jì)算所）的嵌入式操作系統(tǒng)，也較為知名。第59頁(yè)/共86頁(yè)1.5ARM系列嵌入式微處理器簡(jiǎn)介目前采用ARM知識(shí)產(chǎn)權(quán)核的微處理器，即基于ARM核的微處理器，以功耗低、體積小、高性?xún)r(jià)比以及根據(jù)嵌入對(duì)象的不同，可以進(jìn)行功能上擴(kuò)展的優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛的應(yīng)用。ARM處理器核當(dāng)前的7個(gè)系列產(chǎn)品為：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、SecurCore、ARM11及Cortex，是目前應(yīng)用最為廣泛的。1.5.1

ARM系列處理器核的命名規(guī)則與性能⒈ARM系列處理器核體系結(jié)構(gòu)的命名規(guī)則第60頁(yè)/共86頁(yè)基于ARM的微處理器芯片，一般是由不同的處理器核、多個(gè)功能模塊和可擴(kuò)展模塊組成。功能模塊分別由字母T、D、M、I、E、J、F、S等表示。可擴(kuò)展模塊一般有：DMAC、中斷控制器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、脈寬調(diào)制定時(shí)器、LCD控制器、存儲(chǔ)器控制器、UART、看門(mén)狗定時(shí)器、GPIO、功耗管理模塊等，這些可擴(kuò)展模塊可以由芯片商選擇。ARM處理器核通常指由不同的CPU內(nèi)核和功能模塊所組成的核。第61頁(yè)/共86頁(yè)命名規(guī)則通常表示如下：ARM{x}{y}{z}{T}{D}{M}{I}{E}{J}{F}{-S}第62頁(yè)/共86頁(yè)ARM微處理器系列ARM系列產(chǎn)品表示ARM926EJ-SFamilynumber7:ARM79:ARM910:ARM1011:ARM11Memorysystem2:Cache,MMU,ProcessID4:Cache,MPU6:Writebuffer,nocacheMemorysize0:Cachesize(4-128KB)2:Reducedcachesize6:TCMSynthesizableExtensionsE:DSPextensionJ:JazelleextensionT:Thumbsupport…第63頁(yè)/共86頁(yè)標(biāo)志含義說(shuō)明T支持Thumb指令集Thumb指令集版本1：ARMv4TThumb指令集版本2：ARMv5TThumb-2：ARMv6TD片上調(diào)試使處理器能夠停止，以響應(yīng)調(diào)試請(qǐng)求M支持長(zhǎng)乘法32位乘32位得到64位，32位的乘加得到64位IEmbeddedICE提供片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)EDSP指令增加了DSP算法處理器指令：16位乘加指令，飽和的帶符號(hào)數(shù)的加減法，雙字?jǐn)?shù)據(jù)操作，cache預(yù)取指令JJava加速器Jazelle提高java代碼的運(yùn)行速度S可綜合提供VHDL或Verilog語(yǔ)言設(shè)計(jì)文件第64頁(yè)/共86頁(yè)命名規(guī)則還有一些附加的信息：

·ARM7TDMI之后設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的內(nèi)核，即使不標(biāo)出“TDMI”，也默認(rèn)包含了支持TDMI的功能模塊；

·JTAG是由IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)，即測(cè)試訪(fǎng)問(wèn)端口和邊界掃描結(jié)構(gòu)來(lái)描述的，它是ARM與測(cè)試設(shè)備之間，接收和發(fā)送處理器內(nèi)核調(diào)試信息的一系列協(xié)議；

·

內(nèi)嵌的在線(xiàn)調(diào)試宏單元是建立在處理器內(nèi)部，用來(lái)設(shè)置斷點(diǎn)和觀(guān)察點(diǎn)的硬件調(diào)試點(diǎn)。第65頁(yè)/共86頁(yè)另外，對(duì)于2005年以后ARM公司投入市場(chǎng)的ARMv7體系結(jié)構(gòu)的處理器核，命名規(guī)則有所改變，名稱(chēng)以“ARMCortex”開(kāi)頭，之后附加字母“-A”、“-R”或“-M”，表示該處理器核的適用領(lǐng)域，隨后還有一個(gè)數(shù)字，表示產(chǎn)品順序號(hào)，如ARMCortex-A8、ARMCortex-M3、ARMCortex-R4。第66頁(yè)/共86頁(yè)第67頁(yè)/共86頁(yè)⒉ARM系列處理器核的性能目前在用的ARM系列處理器核的品種共有20多種，共同點(diǎn)是：字長(zhǎng)32位、RISC結(jié)構(gòu)、附加16位的Thumb指令集。這些核得到了眾多嵌入式操作系統(tǒng)的支持。表1-3中列出了ARM系列中一些典型的核以及它們的主要性能。第68頁(yè)/共86頁(yè)表1-3中系列一欄的ARMSecurCore系列是一個(gè)專(zhuān)門(mén)的系列，命名規(guī)則有所不同。這個(gè)系列是專(zhuān)為安全需要而設(shè)計(jì)的，提供了完善的32位RISC技術(shù)安全解決方案的支持。該系列采用軟內(nèi)核技術(shù)以提供最大限度的靈活性，可以防止外部對(duì)其掃描探測(cè)；提供了可以防止攻擊的安全特性；帶有靈活的保護(hù)單元，以確保操作系統(tǒng)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的安全。第69頁(yè)/共86頁(yè)表1-3中MMU表示存儲(chǔ)器管理單元，MPU表示存儲(chǔ)器保護(hù)單元。表1-3中DSP與命名規(guī)則中后綴字母“E”對(duì)應(yīng)，表示支持增強(qiáng)型DSP指令。表1-3中ARM11系列的ARM1176JZ(F)-S處理器使用了TrustZone技術(shù)，該技術(shù)為ARM處理器提供了一個(gè)安全的虛擬處理器，為運(yùn)行公開(kāi)的操作系統(tǒng)，如Linux、PalmOS、SymbianOS和WindowsCE等的系統(tǒng)提供了保障安全的基礎(chǔ)。對(duì)于電子支付和數(shù)字版權(quán)管理之類(lèi)的應(yīng)用服務(wù)，提供了可靠的安全措施。第70頁(yè)/共86頁(yè)表1-3中Jazelle表示含有Java加速器，提供了直接執(zhí)行Java指令的功能。在相同的功耗下，使用Jazelle比使用傳統(tǒng)Java虛擬機(jī)的性能高出8倍，并能將現(xiàn)行Java代碼應(yīng)用的功耗降低80%以上。從ARM11系列開(kāi)始，處理器體系結(jié)構(gòu)中增添了Jazelle-RCT（RuntimeCompilerTarget，運(yùn)行時(shí)編譯器目標(biāo)）技術(shù)。對(duì)Java程序的即時(shí)編譯和預(yù)編譯，可以節(jié)省30%以上的代碼存儲(chǔ)空間。第71頁(yè)/共86頁(yè)表1-3中Thumb表示含有Thumb指令解碼器。ARM體系結(jié)構(gòu)除了支持執(zhí)行效率很高的32位ARM指令集外，含有Thumb指令解碼器的處理器還支持16位的Thumb指令集。Thumb指令集是ARM指令集的一個(gè)功能上的子集，具有32位指令代碼的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可節(jié)省30%~40%的代碼存儲(chǔ)空間。第72頁(yè)/共86頁(yè)ARM1156T2(F)-S是首批含有ARMThumb-2內(nèi)核的產(chǎn)品，支持Thumb-2指令集。Thumb-2（第二代Thumb結(jié)構(gòu)）技術(shù)具有功耗更低、性能更高、占用代碼存儲(chǔ)空間更少的優(yōu)點(diǎn)。另外，ARM公司還生產(chǎn)了向量浮點(diǎn)（VectorFloatingPoint）運(yùn)算系列VFP9-S、VFP10處理器。ARM公司與其他合作伙伴還生產(chǎn)了StrongARM、XScale等系列產(chǎn)品。第73頁(yè)/共86頁(yè)1.5.2ARM指令集結(jié)構(gòu)版本和變異⒈ARM指令集結(jié)構(gòu)版本和變異ARM指令集（有些資料也稱(chēng)指令系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)從它最初被開(kāi)發(fā)出來(lái)到現(xiàn)在，已經(jīng)有了非常重要的發(fā)展，并且在以后將繼續(xù)發(fā)展。到2006年年底，在所有的ARM實(shí)現(xiàn)中存在的指令，已經(jīng)被定義為多個(gè)指令集版本，版本號(hào)從1到7。許多版本帶有表示變異的字母，用于表示在該版本中收集了指定的附加的指令。例如表示變異的字母M，表示只增加了4條長(zhǎng)乘、長(zhǎng)乘累加指令；而表示變異的字母T，表示增加了全部Thumb指令集。第74頁(yè)/共86頁(yè)由于ARM指令集結(jié)構(gòu)版本1~3目前已經(jīng)不使用，正在使用的版本4~7的描述，見(jiàn)表1-4。第75頁(yè)/共86頁(yè)ARM體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展版本版本變種系列號(hào)處理器核V1V1ARM1ARM1V2V2ARM2ARM2V2aARM2aSARM3ARM3V3V3ARM6ARM6、ARM600、ARM610ARM7ARM7、ARM700、ARM710V4V4TARM7TDMI、ARM710T、ARM720T、ARM740TV4ARM8StrongARM、ARM8、ARM810V4TARM9ARM9TDMI、ARM920T、ARM940TV5V5TEARM9E-SARM10ARM10TDMI、ARM1020EV6V6ARM11ARM11、ARM11562-S、ARM1156T2F-S、ARM11JZF-SV7V7ARMCortexARMCortex-A8、ARMCortex-R4、ARMCortex-M3第76頁(yè)/共86頁(yè)⒉變異簡(jiǎn)介⑴Thumb指令集（T變異）ARM指令集結(jié)構(gòu)用字母T表示版本變異，出現(xiàn)字母T表示該版本中擴(kuò)展了Thumb指令集。Thumb指令集是對(duì)ARM指令集中部分指令重新編碼的一個(gè)指令集。ARM指令集指令長(zhǎng)度為32位，Thumb指令集指令長(zhǎng)度為16位。使用Thumb指令集的代碼密度，比使用ARM指令集的代碼密度更高。第77頁(yè)/共86頁(yè)有兩個(gè)Thumb指令集版本：

·

在