ARM嵌入式系统原理及应用.ppt

ARM嵌入式系统原理及应用 主讲：盛晨辉 2010.5.1 嵌入式系统概述 概述 即使不可见，嵌入式系统也是无处不在。嵌入式系统不仅存在于生活的方方面面，而且在很多领域和行业得到广泛应用，包括工业自动化、国防、运输以及航空航天等。 嵌入式系统具有无数的种类，每种种类都有自己独特的个性。 计算机分为两大类 通用计算机：PC机、服务器、工作站…… 专用计算机：硬件软件可剪裁，通常是以嵌入式操作系统 + 用户应用程序，明显的可嵌入性，对体积、成本、价格、功耗非常敏感，功能具有很强的针对性，通常要求可靠性和实时性…… 嵌入式系统的定义 从技术角度定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，硬件软件可剪裁，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。 从系统角度定义：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。术语“嵌入式”反映了它通常是更大系统中的完整系统。嵌入的系统中可以有多个嵌入式系统。 嵌入式微处理器的分类 嵌入式微处理器MPU 嵌入式微控制器MCU 嵌入式数字信号处理器DSP ARM技术的发展 ARM (Advanced RISC Machines) 是一家坐落在英国剑桥的电子公司，1990年11月由苹果电脑、Acorn和VLSI Technology共同组建。 ARM公司既不设计芯片，也不生产芯片，他们以高效的IP (Intellectual Property) 内核为产品。 ARM技术的发展 目前，几十家大的半导体公司都是使用ARM公司的授权，在ARM内核及其技术的基础上添加自己的设计并推出各种芯片产品，即ARM微处理器或ARM微控制器。 ARM芯片已遍及工业控制、消费电子、通信系统、网络系统、无线电系统以及生活的各个方面。已经改变了人们生活、工作和娱乐方式。 世界上大多数嵌入式系统32位微控制器芯片都是基于ARM内核的。 ARM已经成为嵌入式微处理器的代名词，ARM公司成为全球性RISC标准的缔造者。 ARM体系结构 ARM处理器为RISC芯片，其简单的结构使得ARM内核非常小，功耗也很低。RISC体系结构应具有如下特点： 采用固定长度的指令格式，便于译码； 使用单周期指令，便于流水线操作； 使用大量寄存器，数据处理指令只对寄存器操作，不直接操作存储器； 简单的寻址模式； 在一条数据处理指令中，同时完成逻辑处理和位移处理两个功能，实现ALU和移位寄存器的最大利用； 所有的指令都可以根据前面的执行结构决定是否被执行，提高指令的执行效率； 在循环处理中使用地址的自动增减，提高运行效率。 各ARM体系结构版本 为清楚表达各ARM体系结构使用的指令集，ARM公司定义了5种主要的ARM指令集体系版本，即V1~V5 。 各版本号有着巨大的改进和完善，并仍在改进中。 ARM处理器核简介 ARM公司开发的很多系列的处理器内核，基于各种内核的处理器都有各自的特点和应用领域。目前使用比较广泛的系列是： ARM7 ARM9 ARM9E ARM10 SecurCore Intel的Xscale ARM处理器核简介——ARM7 ARM7系列微处理器包括四种类型内核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ-S。ARM7TDMI(-S)是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器。 T：支持16位压缩指令集Thumb D：支持片上Debug M：内嵌硬件乘法器Multiplier I：嵌入式ICE，支持片上断点调试 S：可综合版本 ARM7TDMI(-S) ARM7TDMI(-S) 基于ARM 体系结构V4 版本，是目前低端的ARM 内核，具有优异的性能，功耗很低，使用的门的数量少，因而应用广泛。 ARM7TDMI(-S) 支持32 位寻址范围，弥补了ARM6 不能在低于5V 电压下工作的不足。 ARM7TDMI(-S)内核框图 ARM7TDMI(-S) ARM7TDMI(-S) 使用流水线来提高指令流的速度。ARM7TDMI(-S)的流水线分为三级：取址 译码 执行。 ARM处理器状态 为了更好地控制代码量，设计了2套指令系统，分别为ARM指令集和Thumb指令集，ARM指令集为32位，Thumb指令集为16位。 ARM指令集具完整功能，Thumb功能上可看做ARM指令集的子集，具有很高的代码密度 ARM状态(默认)：执行字方式的ARM指令。 Thumb状态：执行半字方式的Thumb指令。 ARM处理器状态 ARM指令集和Thumb指令集不能同时有效 ARM状态下要使用Thumb指令必须进行状态切换，反之亦然。当前程序状态寄存器CPSR中的控制位T反映处理器的当前状态 T=0表示ARM状态； T=1