第三講：ARM處理器構(gòu)架

1、聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科技有限公司21天學(xué)嵌入式開發(fā)天學(xué)嵌入式開發(fā)第三講：第三講：ARM處理器構(gòu)架處理器構(gòu)架 1-2北京源智天下科技有限公司聯(lián)系方式：http:/課程安排課程安排ARM體系結(jié)構(gòu)概述體系結(jié)構(gòu)概述 ARM處理器系列處理器系列 ARM處理器結(jié)構(gòu)處理器結(jié)構(gòu) ARM編程模型編程模型 ARM開發(fā)調(diào)試工具綜述開發(fā)調(diào)試工具綜述 聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科技有限公司ARM體系結(jié)構(gòu)概述體系結(jié)構(gòu)概述ARM，英文全稱為，英文全稱為Advanced RISC Machines。 ARM首先是一個公司的名稱首先是一個公司的名稱 。其次，其次，ARM是對一類微處理器的通稱。是對一類微處

2、理器的通稱。 寬泛地說，寬泛地說，ARM是一種技術(shù)的名字，即采用是一種技術(shù)的名字，即采用ARM處理器的控制技術(shù)。處理器的控制技術(shù)。 聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科技有限公司CISC的體系結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu) CISC，英文全稱為，英文全稱為Complex Instruction Set Computer，即復(fù)雜指令集計算機(jī)。，即復(fù)雜指令集計算機(jī)。 在在CISC指令集中，各種指令使用頻率相差懸殊指令集中，各種指令使用頻率相差懸殊 。顯然，顯然，CISC結(jié)構(gòu)雖然指令全面功能強(qiáng)大，但是結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)雖然指令全面功能強(qiáng)大，但是結(jié)構(gòu)不合理，造成程序代碼體積龐大，不適合于嵌入式不合理，造成程序代碼體積龐大，不適

3、合于嵌入式系統(tǒng)。系統(tǒng)。 聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科技有限公司RISC的體系結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu) RISC的英文全稱為的英文全稱為Reduced Instruction Set Computer，即精，即精簡指令集計算機(jī)。簡指令集計算機(jī)。 RISC體系結(jié)構(gòu)應(yīng)具有如下特點(diǎn)：體系結(jié)構(gòu)應(yīng)具有如下特點(diǎn)： 采用固定長度的指令格式；采用固定長度的指令格式； 使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行；使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行； 大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對寄存器進(jìn)行操作，只有加載大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對寄存器進(jìn)行操作，只有加載/ 存儲指令可以訪問存儲器，以提高指令的執(zhí)行效率。存儲指令可以訪

4、問存儲器，以提高指令的執(zhí)行效率。 采用一些特別的技術(shù)降低功耗。采用一些特別的技術(shù)降低功耗。 所有的指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結(jié)果決定是否被執(zhí)行；所有的指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結(jié)果決定是否被執(zhí)行； 可用加載可用加載/存儲指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率；存儲指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率； 可在一條數(shù)據(jù)處理指令中同時完成邏輯處理和移位處理；可在一條數(shù)據(jù)處理指令中同時完成邏輯處理和移位處理； 在循環(huán)處理中使用地址的自動增減來提高運(yùn)行效率。在循環(huán)處理中使用地址的自動增減來提高運(yùn)行效率。 聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科技有限公司ARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域 工業(yè)控制領(lǐng)域工業(yè)

5、控制領(lǐng)域無線通訊領(lǐng)域無線通訊領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用智能手機(jī)智能手機(jī)消費(fèi)類電子產(chǎn)品消費(fèi)類電子產(chǎn)品成像和安全產(chǎn)品成像和安全產(chǎn)品聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科技有限公司ARM體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 體積小、低功耗、低成本、高性能。體積小、低功耗、低成本、高性能。支持支持 Thumb(16 位位)/ARM(32 位位)雙指令集，能很好的兼容雙指令集，能很好的兼容8/16 位器件。位器件。大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快。大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快。ARM處理器共有處理器共有37個寄存器，分為若干個組（個寄存器，分為若干個組（BANK）。）。大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成。大多數(shù)數(shù)據(jù)操作

6、都在寄存器中完成。ARM處理器有處理器有7種不同的處理器模式種不同的處理器模式尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高。尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高。指令長度固定。指令長度固定。 聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科技有限公司ARM處理器系列處理器系列 ARM 微處理器目前種類非常豐富。微處理器目前種類非常豐富。 不同的不同的ARM系列具有不同的用途，每一個系列的系列具有不同的用途，每一個系列的ARM 微處理器都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。微處理器都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。下面分別進(jìn)行介紹。下面分別進(jìn)行介紹。 聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科技有限公司ARM7微處理器微處理器 ARM7內(nèi)核為低功耗的內(nèi)核為

7、低功耗的32位位RISC處理器，其采用馮處理器，其采用馮 諾依曼體諾依曼體系結(jié)構(gòu)。系結(jié)構(gòu)。 ARM7微處理器系列具有如下特點(diǎn)：微處理器系列具有如下特點(diǎn)： 具有嵌入式具有嵌入式ICERT邏輯，無論調(diào)試還是開發(fā)都很方便。邏輯，無論調(diào)試還是開發(fā)都很方便。 極低的功耗，適合對功耗要求較高的應(yīng)用，如便攜式產(chǎn)品。極低的功耗，適合對功耗要求較高的應(yīng)用，如便攜式產(chǎn)品。 能夠提供能夠提供0.9MIPS/MHz的三級流水線結(jié)構(gòu)。的三級流水線結(jié)構(gòu)。 代碼密度高并兼容代碼密度高并兼容16位的位的Thumb指令集。指令集。 支持支持Windows CE、Linux、Palm OS等嵌入式操作系統(tǒng)。等嵌入式操作系統(tǒng)。 指

8、令系統(tǒng)與指令系統(tǒng)與ARM9系列、系列、ARM9E系列和系列和ARM10E系列兼容，便系列兼容，便于用戶程序的升級和產(chǎn)品的更新?lián)Q代。于用戶程序的升級和產(chǎn)品的更新?lián)Q代。 主頻最高可達(dá)主頻最高可達(dá)130MIPS。 聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科技有限公司ARM7微處理器微處理器 ARM7系列內(nèi)核包括多個分支：系列內(nèi)核包括多個分支：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ 。 ARM7TMDI是目前使用最廣泛的是目前使用最廣泛的32位嵌入式位嵌入式RISC處處理器內(nèi)核，屬低端理器內(nèi)核，屬低端ARM處理器核。處理器核。 其中，其中，TDMI的基本含義為：的基本含義為：

9、T：支持：支持16為壓縮指令集為壓縮指令集Thumb。 D：支持片上：支持片上Debug。 M：內(nèi)嵌硬件乘法器（：內(nèi)嵌硬件乘法器（Multiplier）。）。 I：嵌入式：嵌入式ICE，支持片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)。，支持片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)。 聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科技有限公司ARM9微處理器微處理器 ARM9內(nèi)核為內(nèi)核為32位位RISC處理器，采用哈佛結(jié)構(gòu)處理器，采用哈佛結(jié)構(gòu) 。 ARM9內(nèi)核微處理器具有以下特點(diǎn)：內(nèi)核微處理器具有以下特點(diǎn)： 5級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。 采用哈佛結(jié)構(gòu)。采用哈佛結(jié)構(gòu)。 提供提供1.1MIPS/MHz的運(yùn)行速率。的運(yùn)行速率

10、。 支持支持32位位ARM指令集和指令集和16位位Thumb指令集。指令集。 支持支持32位的高速位的高速AMBA總線接口。總線接口。 內(nèi)含全性能的內(nèi)含全性能的MMU。 內(nèi)含內(nèi)含MPU，支持實(shí)時操作系統(tǒng)。，支持實(shí)時操作系統(tǒng)。 支持?jǐn)?shù)據(jù)支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令和指令Cache。 聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科技有限公司ARM9E微處理器微處理器 ARM9E 系列微處理器為可綜合處理器系列微處理器為可綜合處理器 。ARM9E 系列微處理器的主要特點(diǎn)如下：系列微處理器的主要特點(diǎn)如下： 支持支持 DSP 指令集，適合需要高速數(shù)字信號處理的場合。指令集，適合需要高速數(shù)字信號處理的場合。 5 級整數(shù)

11、流水線，指令執(zhí)行效率更高。級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。 支持支持32 位位ARM 指令集和指令集和16 位位Thumb 指令集。指令集。 支持支持32 位的高速位的高速AMBA 總線接口。總線接口。 支持支持VFP9 浮點(diǎn)處理協(xié)處理器。浮點(diǎn)處理協(xié)處理器。 內(nèi)含全性能內(nèi)含全性能 MMU。 內(nèi)含內(nèi)含MPU，支持實(shí)時操作系統(tǒng)。，支持實(shí)時操作系統(tǒng)。 支持?jǐn)?shù)據(jù)支持?jǐn)?shù)據(jù) Cache 和指令和指令Cache。 主頻最高可達(dá)主頻最高可達(dá)300MIPS。 聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科技有限公司ARM10E微處理器微處理器 ARM10E內(nèi)核為內(nèi)核為32位位RISC處理器，采用了新的體系結(jié)構(gòu)。處理器，采

12、用了新的體系結(jié)構(gòu)。ARM10E系列微處理器的主要特點(diǎn)如下：系列微處理器的主要特點(diǎn)如下： 支持支持DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號處理的場合。指令集，適合于需要高速數(shù)字信號處理的場合。 6級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。 支持支持32位位ARM指令集和指令集和16位位Thumb指令集。指令集。 支持支持32位的高速位的高速AMBA總線接口?？偩€接口。 支持支持VFP10浮點(diǎn)處理協(xié)處理器。浮點(diǎn)處理協(xié)處理器。 采用了兩種先進(jìn)的節(jié)能方式，使其功耗極低。采用了兩種先進(jìn)的節(jié)能方式，使其功耗極低。 全性能的全性能的MMU。 支持?jǐn)?shù)據(jù)支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令和指令Cache

13、。 主頻最高可達(dá)主頻最高可達(dá)400MIPS。 內(nèi)嵌并行讀內(nèi)嵌并行讀/寫操作部件。寫操作部件。 聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科技有限公司ARM11微處理器微處理器 ARM1136J-S是第一個執(zhí)行是第一個執(zhí)行ARMv6架構(gòu)指令的處理架構(gòu)指令的處理器器 。 ARM1136J-S的主要特點(diǎn)如下：的主要特點(diǎn)如下： 集成了一條具有獨(dú)立的集成了一條具有獨(dú)立的load-sotore和算術(shù)流水線的和算術(shù)流水線的8級流級流水線。水線。 ARMv6指令包含了針對媒體處理的單指令流多數(shù)據(jù)流指令包含了針對媒體處理的單指令流多數(shù)據(jù)流（SIMD）擴(kuò)展。）擴(kuò)展。 采用特殊的設(shè)計，以改善視頻處理性能。采用特殊的設(shè)計，以

14、改善視頻處理性能。 為了進(jìn)行快速浮點(diǎn)運(yùn)算，增加了向量浮點(diǎn)單元。為了進(jìn)行快速浮點(diǎn)運(yùn)算，增加了向量浮點(diǎn)單元。 聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科技有限公司SecurCore微處理器微處理器 SecurCore 系列微處理器專為安全需要而設(shè)計系列微處理器專為安全需要而設(shè)計 。 SecurCore 系列微處理器在系統(tǒng)安全方面具有如下系列微處理器在系統(tǒng)安全方面具有如下的特點(diǎn)：的特點(diǎn)： 帶有靈活的保護(hù)單元，確保操作系統(tǒng)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的安全。帶有靈活的保護(hù)單元，確保操作系統(tǒng)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的安全。 采用軟內(nèi)核技術(shù)，防止外部對其進(jìn)行掃描探測。采用軟內(nèi)核技術(shù)，防止外部對其進(jìn)行掃描探測。 可集成用戶自己的安全特性和其他協(xié)

15、處理器?？杉捎脩糇约旱陌踩匦院推渌麉f(xié)處理器。 聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科技有限公司StrongARM微處理器微處理器 Intel StrongARM SA-1100 以及以及Intel StrongARM SA-1110 處理器是采用處理器是采用ARM 體系結(jié)構(gòu)。體系結(jié)構(gòu)。融合了融合了Intel 公司的設(shè)計和處理技術(shù)以及公司的設(shè)計和處理技術(shù)以及ARM 體系結(jié)體系結(jié)構(gòu)的電源效率，采用在軟件上兼容構(gòu)的電源效率，采用在軟件上兼容ARMv4體系結(jié)構(gòu)、體系結(jié)構(gòu)、同時采用具有同時采用具有Intel 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)。技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)。Intel StrongARM處理器是便攜式通訊產(chǎn)品和

16、消費(fèi)類處理器是便攜式通訊產(chǎn)品和消費(fèi)類電子產(chǎn)品的理想選擇。電子產(chǎn)品的理想選擇。 聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科技有限公司Xscale微處理器微處理器 Xscale是基于是基于ARMv5TE 體系結(jié)構(gòu)的解決方案體系結(jié)構(gòu)的解決方案 。一款全性能、高性價比、低功耗的一款全性能、高性價比、低功耗的32 位處理器。位處理器。它支持它支持16 位的位的Thumb指令和指令和DSP 指令集。指令集。 Xscale處理器是處理器是Intel 目前主要推廣的一款目前主要推廣的一款A(yù)RM微處微處理器。理器。 聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科技有限公司Cortex-M3微處理器微處理器 Cortex-M3微

17、處理器采用微處理器采用ARMv7-M 架構(gòu)架構(gòu) 。Cortex-M3系列微處理器的主要特點(diǎn)如下：系列微處理器的主要特點(diǎn)如下： Thumb-2 指令集架構(gòu)（指令集架構(gòu)（ISA）的子集。）的子集。 哈佛處理器架構(gòu)，在加載哈佛處理器架構(gòu)，在加載/存儲數(shù)據(jù)的同時能夠執(zhí)行指令取指。存儲數(shù)據(jù)的同時能夠執(zhí)行指令取指。 三級流水線。三級流水線。 32 位單周期乘法。位單周期乘法。 具備硬件除法。具備硬件除法。 Thumb 狀態(tài)和調(diào)試狀態(tài)。狀態(tài)和調(diào)試狀態(tài)。 處理模式和線程模式。處理模式和線程模式。 ISR 的低延遲進(jìn)入和退出。的低延遲進(jìn)入和退出。 可中斷可中斷-可繼續(xù)的可繼續(xù)的LDM/STM，PUSH/POP。

18、 ARMv6類型類型BE8/LE支持。支持。 ARMv6 非對齊訪問。非對齊訪問。 聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科技有限公司基于基于ARM核的芯片選擇核的芯片選擇 內(nèi)核的選擇內(nèi)核的選擇 根據(jù)嵌入式系統(tǒng)選擇根據(jù)嵌入式系統(tǒng)選擇 工作頻率的選擇工作頻率的選擇 片內(nèi)存儲器的選擇片內(nèi)存儲器的選擇 片內(nèi)資源的選擇片內(nèi)資源的選擇 聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科技有限公司ARM處理器結(jié)構(gòu)處理器結(jié)構(gòu) ARM Cortex-M3內(nèi)核主系統(tǒng)由四個驅(qū)動單元：內(nèi)核主系統(tǒng)由四個驅(qū)動單元： 內(nèi)核內(nèi)核ICode總線總線(I-bus) DCode總線總線(D-bus) 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線(S-bus) GP-DMA(

19、通用通用DMA) Cortex-M3還包括了如下三個被動單元：還包括了如下三個被動單元： 內(nèi)部內(nèi)部SRAM。 內(nèi)部閃存存儲器。內(nèi)部閃存存儲器。 AHB到到APB的橋的橋(AHB2APBx) 聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科技有限公司ARM流水線結(jié)構(gòu)流水線結(jié)構(gòu) ARM Cortex-M3采用適合于微控制器應(yīng)用的三級流采用適合于微控制器應(yīng)用的三級流水線。水線。理解指令預(yù)取和流水線技術(shù)。理解指令預(yù)取和流水線技術(shù)。增加了分支預(yù)測功能。增加了分支預(yù)測功能。 聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科技有限公司ARM存儲器結(jié)構(gòu)存儲器結(jié)構(gòu) 聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科技有限公司ARM編程模型編程模型 工作模式和工作狀態(tài)工作模式和工作狀態(tài) 特權(quán)訪問和用戶訪問特權(quán)訪問和用戶訪問 數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型 存儲器格式存儲器格式 聯(lián)系方式：http:/北京源智天下科