ARM系統(tǒng)最基礎(chǔ)

1、大家好！大家好！ 我是外聘老師于忠得，來(lái)自大連工業(yè)大我是外聘老師于忠得，來(lái)自大連工業(yè)大學(xué)，很高興和大家一起學(xué)習(xí)學(xué)，很高興和大家一起學(xué)習(xí)“嵌入式系統(tǒng)開(kāi)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)發(fā)”課程。課件放在公共郵箱中，歡迎大家課程。課件放在公共郵箱中，歡迎大家通過(guò)郵箱將授課的意見(jiàn)、建議發(fā)告訴我。通過(guò)郵箱將授課的意見(jiàn)、建議發(fā)告訴我。課件郵箱地址：課件郵箱地址： dutci_ dutci_ 郵箱密碼：郵箱密碼： dutci_yzd12dutci_yzd121. 1. 先修課程先修課程: :（1 1）支持硬件的課程：）支持硬件的課程： 1)1)單片機(jī)原理與應(yīng)用單片機(jī)原理與應(yīng)用 2) 2) 微機(jī)原理與應(yīng)用微機(jī)原理與應(yīng)用 3)

2、3) 接口技術(shù)接口技術(shù)（2 2）支持軟件的課程）支持軟件的課程 1) C1) C語(yǔ)言語(yǔ)言 2) 2) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法 3) 3) 編譯原理編譯原理 4)4)操作系統(tǒng)原理操作系統(tǒng)原理關(guān)于本課關(guān)于本課嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)2. 2. 教材與參考書(shū)教材與參考書(shū)教材：教材： 黃智偉等編黃智偉等編.ARM9.ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程. .北京航空航天大學(xué)北京航空航天大學(xué)出版社出版社參考書(shū)：參考書(shū)：11于忠得等，嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程于忠得等，嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程. .北京北京: :國(guó)防工業(yè)出版社國(guó)防工業(yè)出版社. . 200920092 Samsung 2 Sam

3、sung 公公司司S3C2410A_datasheet.pdf.http:/S3C2410A_datasheet.pdf.http:/ 講授與要求內(nèi)容：以課件為主。講授與要求內(nèi)容：以課件為主。3. 3. 講授內(nèi)容講授內(nèi)容第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí) 第第2 2章章 ARMARM微處理器的硬件架構(gòu)微處理器的硬件架構(gòu)第第3 3章章 ARMARM微處理器的指令系統(tǒng)微處理器的指令系統(tǒng)第第4 4章章 ARMARM微處理器的微處理器的I/OI/O接口接口第第5 5章章 ARMARM微處理器的串行接口微處理器的串行接口第第6 6章章 ARMARM微處理器的微處理器的PWMPWM定時(shí)器

4、定時(shí)器第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ) 1 11 1 嵌入式系統(tǒng)的定義和組成嵌入式系統(tǒng)的定義和組成 1.1.1 1.1.1 嵌入式系統(tǒng)定義嵌入式系統(tǒng)定義嵌入系統(tǒng)：嵌入系統(tǒng)： 以應(yīng)用為核心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件可裁減、硬件按需以應(yīng)用為核心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件可裁減、硬件按需設(shè)計(jì)，以及適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、功耗、體積、實(shí)設(shè)計(jì)，以及適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、功耗、體積、實(shí)時(shí)性要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。時(shí)性要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。IEEEIEEE（國(guó)際電子和電氣工程師協(xié)會(huì)）的定義：（國(guó)際電子和電氣工程師協(xié)會(huì)）的定義： device used to control ,

5、 monitor,or assist the device used to control , monitor,or assist the operation of equipment,machinery or plantoperation of equipment,machinery or plant 用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器設(shè)備的裝置。用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器設(shè)備的裝置。 所謂嵌入式系統(tǒng)（所謂嵌入式系統(tǒng)（Embedded SystemEmbedded System），實(shí)際上是），實(shí)際上是“嵌入式計(jì)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)算機(jī)系統(tǒng)”的簡(jiǎn)稱，它是相對(duì)于通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而言的。在有些系的簡(jiǎn)稱，

6、它是相對(duì)于通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而言的。在有些系統(tǒng)里也有計(jì)算機(jī)，但是計(jì)算機(jī)是作為某個(gè)專用系統(tǒng)中的一個(gè)部件而統(tǒng)里也有計(jì)算機(jī)，但是計(jì)算機(jī)是作為某個(gè)專用系統(tǒng)中的一個(gè)部件而存在的。像這樣存在的。像這樣“嵌入嵌入”到更大、專用的系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，稱到更大、專用的系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，稱之為之為“嵌入式計(jì)算機(jī)嵌入式計(jì)算機(jī)”、“嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”或或“嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)”。1.1.2 1.1.2 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 在日常生活中，早已存在許多嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，如天天必用在日常生活中，早已存在許多嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，如天天必用的移動(dòng)電話、電飯鍋、烹調(diào)用的微波爐、辦公室里的打印機(jī)、汽車的移動(dòng)電話、電飯鍋、

7、烹調(diào)用的微波爐、辦公室里的打印機(jī)、汽車?yán)锏墓┯蛧娚淇刂葡到y(tǒng)、防鎖死剎車系統(tǒng)（里的供油噴射控制系統(tǒng)、防鎖死剎車系統(tǒng)（ABSABS），以及現(xiàn)在流行），以及現(xiàn)在流行的個(gè)人數(shù)字助理（的個(gè)人數(shù)字助理（PDAPDA）、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等等，它們內(nèi)部）、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等等，它們內(nèi)部都有一個(gè)中央處理器都有一個(gè)中央處理器CPUCPU。 美國(guó)汽車大王福特公司的高級(jí)經(jīng)理曾宣稱：美國(guó)汽車大王福特公司的高級(jí)經(jīng)理曾宣稱：“福特出售的福特出售的計(jì)計(jì)算能力算能力已超過(guò)了已超過(guò)了IBMIBM?！庇纱丝梢韵胂袂度胧接?jì)算機(jī)工業(yè)的規(guī)模由此可以想像嵌入式計(jì)算機(jī)工業(yè)的規(guī)模和廣度。美國(guó)著名未來(lái)學(xué)家尼葛洛龐帝在和廣度。美國(guó)著名未來(lái)

8、學(xué)家尼葛洛龐帝在19991999年年1 1月訪華時(shí)曾預(yù)言月訪華時(shí)曾預(yù)言“四五年以后，嵌入式智能電腦將是繼四五年以后，嵌入式智能電腦將是繼PCPC和因特網(wǎng)之后最偉大的發(fā)和因特網(wǎng)之后最偉大的發(fā)明明”。1.1.3 1.1.3 嵌入式系統(tǒng)組成嵌入式系統(tǒng)組成 嵌入式系統(tǒng)是一種專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，同樣由硬件與軟件兩部分嵌入式系統(tǒng)是一種專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，同樣由硬件與軟件兩部分組成。組成。 硬件部分由嵌入式處理器、外圍設(shè)備、以及不同應(yīng)用場(chǎng)合下的硬件部分由嵌入式處理器、外圍設(shè)備、以及不同應(yīng)用場(chǎng)合下的信號(hào)接口電路構(gòu)成。信號(hào)接口電路構(gòu)成。 軟件部分由嵌入式操作系統(tǒng)、底層驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件構(gòu)成軟件部分由嵌入式操作系統(tǒng)、底層

9、驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件構(gòu)成。如圖如圖1-11-1、1-21-2所示。所示。1. 1. 嵌入式微處理器嵌入式微處理器 嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心部件。嵌入式微處理器與嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心部件。嵌入式微處理器與通用微處理器的最大不同點(diǎn)在于：通用微處理器的最大不同點(diǎn)在于：1 1）低功耗、小體積、低成本、高可靠性。）低功耗、小體積、低成本、高可靠性。2 2）多功能。）多功能。3 3）專用性。）專用性。 大的硬件廠商會(huì)推出自己的嵌入式處理器，因而現(xiàn)今市面上有大的硬件廠商會(huì)推出自己的嵌入式處理器，因而現(xiàn)今市面上有10001000多種嵌入式處理器芯片，其中使用最為廣泛的有多種嵌入式處理器芯片，

10、其中使用最為廣泛的有ARMARM、MIPSMIPS、PowerPCPowerPC、MC68000MC68000等。等。2 2外圍設(shè)備外圍設(shè)備( (包括內(nèi)嵌和片外）包括內(nèi)嵌和片外） 外圍設(shè)備是指在一個(gè)嵌入式系統(tǒng)中，除了嵌入式處理器以外外圍設(shè)備是指在一個(gè)嵌入式系統(tǒng)中，除了嵌入式處理器以外用于完成存儲(chǔ)、通信、調(diào)試、顯示等輔助功能的其他部件。根據(jù)外用于完成存儲(chǔ)、通信、調(diào)試、顯示等輔助功能的其他部件。根據(jù)外圍設(shè)備的功能可分為以下幾類：圍設(shè)備的功能可分為以下幾類： 存儲(chǔ)器：從功能上分存儲(chǔ)器：從功能上分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和和程序存儲(chǔ)器。程序存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：（RAMRAMSRAMSRAM）

11、、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（）、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（DRAMDRAM、SDRAMSDRAM）；）；程序存儲(chǔ)器：程序存儲(chǔ)器：EPROMEPROM、NOR FlashNOR Flash。 通信接口：應(yīng)用最為廣泛的包括并行接口、通信接口：應(yīng)用最為廣泛的包括并行接口、RS-232RS-232串口、串口、IrDAIrDA紅外接口、紅外接口、SPISPI串行外圍設(shè)備接口、串行外圍設(shè)備接口、USBUSB通用串行總線接口、通用串行總線接口、Ethernet Ethernet 網(wǎng)口等。網(wǎng)口等。 人機(jī)交互：人機(jī)交互：LCDLCD、鍵盤(pán)和觸摸屏等人機(jī)交互設(shè)備。、鍵盤(pán)和觸摸屏等人機(jī)交互設(shè)備。 重要功能部件：定時(shí)器重要功能部件：定時(shí)器/ /

12、計(jì)數(shù)器、中斷控制、計(jì)數(shù)器、中斷控制、A/DA/D轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換、 D/AD/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換等。換等。 3. 3. 信號(hào)接口電路信號(hào)接口電路 在工業(yè)控制場(chǎng)合，當(dāng)嵌入式系統(tǒng)需要檢測(cè)各種工業(yè)過(guò)程參數(shù)時(shí)，在工業(yè)控制場(chǎng)合，當(dāng)嵌入式系統(tǒng)需要檢測(cè)各種工業(yè)過(guò)程參數(shù)時(shí)，需要接收各種傳感器、變送器發(fā)出的信號(hào)，這些信號(hào)通常需要經(jīng)過(guò)需要接收各種傳感器、變送器發(fā)出的信號(hào)，這些信號(hào)通常需要經(jīng)過(guò)各種接口電路進(jìn)行濾波、放大、整形、隔離等處理后才能傳送到嵌各種接口電路進(jìn)行濾波、放大、整形、隔離等處理后才能傳送到嵌入式系統(tǒng)的微處理器中。入式系統(tǒng)的微處理器中。 同樣，當(dāng)嵌入式系統(tǒng)對(duì)某些伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制時(shí)，也需要將微同樣，當(dāng)嵌入式系統(tǒng)對(duì)某些

13、伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制時(shí)，也需要將微處理器發(fā)出的數(shù)字信號(hào)通過(guò)信號(hào)接口電路進(jìn)行信號(hào)形式轉(zhuǎn)變或功率處理器發(fā)出的數(shù)字信號(hào)通過(guò)信號(hào)接口電路進(jìn)行信號(hào)形式轉(zhuǎn)變或功率放大。放大。 隨著隨著ICIC制造技術(shù)的提高，有能力將某些外圍電路與微制造技術(shù)的提高，有能力將某些外圍電路與微處理器封裝在一個(gè)芯片中，稱片內(nèi)外圍電路。充分利用片處理器封裝在一個(gè)芯片中，稱片內(nèi)外圍電路。充分利用片內(nèi)外圍電路?；蛘哌x擇片內(nèi)封裝較多外圍電路的的微處理內(nèi)外圍電路?；蛘哌x擇片內(nèi)封裝較多外圍電路的的微處理器產(chǎn)品，可以降低嵌入式系統(tǒng)的硬件成本、降低硬件系統(tǒng)器產(chǎn)品，可以降低嵌入式系統(tǒng)的硬件成本、降低硬件系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜程度。沒(méi)有封裝在片內(nèi)的外圍電路，

14、是根據(jù)的規(guī)模和復(fù)雜程度。沒(méi)有封裝在片內(nèi)的外圍電路，是根據(jù)應(yīng)用需要選擇配置的。應(yīng)用需要選擇配置的。4 4嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng) 嵌入操作系統(tǒng)的目的在于減少軟件開(kāi)發(fā)的工作量。嵌入操作系統(tǒng)的目的在于減少軟件開(kāi)發(fā)的工作量。 1) 1) 用于對(duì)用于對(duì)CPUCPU、存儲(chǔ)器等硬件設(shè)備資源管理；、存儲(chǔ)器等硬件設(shè)備資源管理； 2 2）任務(wù)調(diào)度管理；）任務(wù)調(diào)度管理； 3 3）文件系統(tǒng)管理；）文件系統(tǒng)管理； 4 4）網(wǎng)絡(luò)接口；）網(wǎng)絡(luò)接口； 5 5）進(jìn)程間的通訊；）進(jìn)程間的通訊； 在大型嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，為了使嵌入式開(kāi)發(fā)更方便、快捷，在大型嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，為了使嵌入式開(kāi)發(fā)更方便、快捷，需要具備一種穩(wěn)定、安全的

15、軟件模塊集合，用以管理存儲(chǔ)器分配、需要具備一種穩(wěn)定、安全的軟件模塊集合，用以管理存儲(chǔ)器分配、中斷處理、任務(wù)間通信和定時(shí)器響應(yīng)，以及提供多任務(wù)處理等，即中斷處理、任務(wù)間通信和定時(shí)器響應(yīng)，以及提供多任務(wù)處理等，即嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)的引入大大提高了嵌入式系統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)的引入大大提高了嵌入式系統(tǒng)的功能，方便了應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)，但同時(shí)也占用了寶貴的嵌入式系統(tǒng)功能，方便了應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)，但同時(shí)也占用了寶貴的嵌入式系統(tǒng)資源。一般在比較大型或需要多任務(wù)的應(yīng)用場(chǎng)合才考慮使用嵌入式資源。一般在比較大型或需要多任務(wù)的應(yīng)用場(chǎng)合才考慮使用嵌入式操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)。 操作系統(tǒng)能夠減少軟件開(kāi)

16、發(fā)工作量，但同時(shí)占用存儲(chǔ)器資源和操作系統(tǒng)能夠減少軟件開(kāi)發(fā)工作量，但同時(shí)占用存儲(chǔ)器資源和CPUCPU資源資源 嵌入式操作系統(tǒng)常常有實(shí)時(shí)要求，所以嵌入式操作系統(tǒng)往往又嵌入式操作系統(tǒng)常常有實(shí)時(shí)要求，所以嵌入式操作系統(tǒng)往往又是是“實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)”。早期的嵌入式系統(tǒng)幾乎都用于控制目的，從。早期的嵌入式系統(tǒng)幾乎都用于控制目的，從而或多或少都有些實(shí)時(shí)要求，所以從前而或多或少都有些實(shí)時(shí)要求，所以從前“嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)”實(shí)際上實(shí)際上是是“實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)”的代名詞。近年來(lái)，由于手持式計(jì)算機(jī)和掌上的代名詞。近年來(lái)，由于手持式計(jì)算機(jī)和掌上電腦等設(shè)備的出現(xiàn)，也有了許多不帶實(shí)時(shí)要求的嵌入式

17、系統(tǒng)。另一電腦等設(shè)備的出現(xiàn)，也有了許多不帶實(shí)時(shí)要求的嵌入式系統(tǒng)。另一方面，由于方面，由于CPUCPU速度的提高，一些原先認(rèn)為是速度的提高，一些原先認(rèn)為是“實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)”的反應(yīng)速度的反應(yīng)速度現(xiàn)在已經(jīng)很普遍了。這樣，一些原先需要在現(xiàn)在已經(jīng)很普遍了。這樣，一些原先需要在“實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)”操作系統(tǒng)上才操作系統(tǒng)上才能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用，現(xiàn)在已不難在常規(guī)的操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。在這樣的背能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用，現(xiàn)在已不難在常規(guī)的操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。在這樣的背景下，景下，“嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)”和和“實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)”就成了不同的概念就成了不同的概念和名詞。和名詞。 嵌入式系統(tǒng)常常是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)常常是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RT

18、OS)(RTOS) 保證任務(wù)執(zhí)行時(shí)間要求的操作系統(tǒng)保證任務(wù)執(zhí)行時(shí)間要求的操作系統(tǒng)5 5應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是針對(duì)特定的實(shí)際專業(yè)領(lǐng)域，基于相應(yīng)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是針對(duì)特定的實(shí)際專業(yè)領(lǐng)域，基于相應(yīng)的嵌入式硬件平臺(tái)，并能完成用戶預(yù)期任務(wù)的計(jì)算機(jī)軟件。用戶的的嵌入式硬件平臺(tái)，并能完成用戶預(yù)期任務(wù)的計(jì)算機(jī)軟件。用戶的任務(wù)可能有時(shí)間和精度的要求。有些應(yīng)用軟件需要嵌入式操作系統(tǒng)任務(wù)可能有時(shí)間和精度的要求。有些應(yīng)用軟件需要嵌入式操作系統(tǒng)的支持，但在簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合下不需要專門(mén)的操作系統(tǒng)的支持，但在簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合下不需要專門(mén)的操作系統(tǒng)。 由于嵌入式應(yīng)用對(duì)成本十分敏感，因此，為減少系統(tǒng)成本，除由

19、于嵌入式應(yīng)用對(duì)成本十分敏感，因此，為減少系統(tǒng)成本，除了精簡(jiǎn)每個(gè)硬件單元的成本外，應(yīng)盡可能地減少應(yīng)用軟件的資源消了精簡(jiǎn)每個(gè)硬件單元的成本外，應(yīng)盡可能地減少應(yīng)用軟件的資源消耗，盡可能地優(yōu)化。耗，盡可能地優(yōu)化。 應(yīng)用軟件是實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，對(duì)嵌入式系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件是實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，對(duì)嵌入式系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的要求也與通用計(jì)算機(jī)有所不同。嵌入式軟件的特點(diǎn)如下應(yīng)用軟件的要求也與通用計(jì)算機(jī)有所不同。嵌入式軟件的特點(diǎn)如下： 軟件要求固態(tài)化存儲(chǔ)軟件要求固態(tài)化存儲(chǔ)。為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌。為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲(chǔ)器中。入式系統(tǒng)中的軟件一般都固

20、化在存儲(chǔ)器中。 軟件代碼要求高質(zhì)量、高可靠性軟件代碼要求高質(zhì)量、高可靠性。半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展使處理。半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展使處理器速度不斷提高，也使存儲(chǔ)器容量不斷增加；但在大多數(shù)應(yīng)用中，器速度不斷提高，也使存儲(chǔ)器容量不斷增加；但在大多數(shù)應(yīng)用中，存儲(chǔ)空間仍然是寶貴的，還存在實(shí)時(shí)性的要求。為此，程序編寫(xiě)和存儲(chǔ)空間仍然是寶貴的，還存在實(shí)時(shí)性的要求。為此，程序編寫(xiě)和編譯工具的質(zhì)量要高，以減少程序二進(jìn)制代碼的長(zhǎng)度，提高執(zhí)行速編譯工具的質(zhì)量要高，以減少程序二進(jìn)制代碼的長(zhǎng)度，提高執(zhí)行速度。度。 系統(tǒng)軟件的高實(shí)時(shí)性是基本要求系統(tǒng)軟件的高實(shí)時(shí)性是基本要求。在多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)中，。在多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)中，對(duì)重要性各不相同的

21、任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)籌兼顧的合理調(diào)度是保證每個(gè)任務(wù)對(duì)重要性各不相同的任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)籌兼顧的合理調(diào)度是保證每個(gè)任務(wù)及時(shí)執(zhí)行的關(guān)鍵，單純通過(guò)提高處理器速度是低效和無(wú)法完成的。及時(shí)執(zhí)行的關(guān)鍵，單純通過(guò)提高處理器速度是低效和無(wú)法完成的。這種任務(wù)調(diào)度只能由優(yōu)化編寫(xiě)的系統(tǒng)軟件來(lái)完成，因此，系統(tǒng)軟件這種任務(wù)調(diào)度只能由優(yōu)化編寫(xiě)的系統(tǒng)軟件來(lái)完成，因此，系統(tǒng)軟件的高實(shí)時(shí)性是基本要求。的高實(shí)時(shí)性是基本要求。6. 6. 驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)程序 有兩個(gè)作用：有兩個(gè)作用：（1 1）控制硬件，按要求完成硬件動(dòng)作）控制硬件，按要求完成硬件動(dòng)作； 如：?jiǎn)?dòng)如：?jiǎn)?dòng)A/DA/D轉(zhuǎn)換，讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果；在轉(zhuǎn)換，讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果；在LCDLCD顯示屏上顯顯示屏

22、上顯示指定的圖形或字符；開(kāi)啟關(guān)閉某個(gè)設(shè)備等。示指定的圖形或字符；開(kāi)啟關(guān)閉某個(gè)設(shè)備等。（2 2）屏蔽硬件特性，使上層程序編制人員不必了解硬件）屏蔽硬件特性，使上層程序編制人員不必了解硬件原理和控制方法，借助驅(qū)動(dòng)程序就可以對(duì)硬件進(jìn)行控制。原理和控制方法，借助驅(qū)動(dòng)程序就可以對(duì)硬件進(jìn)行控制。1.1.4 1.1.4 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn) 由于嵌入式系統(tǒng)是應(yīng)用于特定環(huán)境下，面對(duì)專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用系由于嵌入式系統(tǒng)是應(yīng)用于特定環(huán)境下，面對(duì)專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)，所以與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多樣化和適用性不同。它與通用計(jì)算統(tǒng)，所以與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多樣化和適用性不同。它與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比具有以下特點(diǎn)：機(jī)系統(tǒng)相比

23、具有以下特點(diǎn)： 實(shí)時(shí)性要求：實(shí)時(shí)性要求：嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的，一般都有嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的，一般都有實(shí)時(shí)要求。實(shí)時(shí)要求。 具有較長(zhǎng)的生命周期：具有較長(zhǎng)的生命周期：嵌入式系統(tǒng)與具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在嵌入式系統(tǒng)與具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它的升級(jí)換代也與具體產(chǎn)品同步進(jìn)行。因此，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)一起，它的升級(jí)換代也與具體產(chǎn)品同步進(jìn)行。因此，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng)，一般具有較長(zhǎng)的生命周期。品一旦進(jìn)入市場(chǎng)，一般具有較長(zhǎng)的生命周期。 高效率：高效率：嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，在保證穩(wěn)定、安全、可靠的基礎(chǔ)上量體裁衣，去除冗余，力爭(zhēng)在

24、同在保證穩(wěn)定、安全、可靠的基礎(chǔ)上量體裁衣，去除冗余，力爭(zhēng)在同樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能。這樣，才能最大限度地降低應(yīng)用樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能。這樣，才能最大限度地降低應(yīng)用成本。在具體應(yīng)用中，對(duì)處理器的選擇決定了其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力成本。在具體應(yīng)用中，對(duì)處理器的選擇決定了其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 微功耗：微功耗：嵌入式系統(tǒng)常常還有減小功耗的要求。這一方面嵌入式系統(tǒng)常常還有減小功耗的要求。這一方面是為了省電，因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)往往以電池供電；另一方面是要減少是為了省電，因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)往往以電池供電；另一方面是要減少發(fā)熱量，因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)中通常沒(méi)有風(fēng)扇等排熱手段。發(fā)熱量，因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)中通常沒(méi)有風(fēng)扇等排熱手段。 高

25、可靠性：高可靠性：可靠性與穩(wěn)定性對(duì)于嵌入式系統(tǒng)有著特別重要可靠性與穩(wěn)定性對(duì)于嵌入式系統(tǒng)有著特別重要的意義，所以即使邏輯上的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，在物理組成上也會(huì)有所的意義，所以即使邏輯上的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，在物理組成上也會(huì)有所不同。同時(shí)，對(duì)使用的元器件（包括接插件、電源等等）的質(zhì)量和不同。同時(shí)，對(duì)使用的元器件（包括接插件、電源等等）的質(zhì)量和可靠性要求都比較高，所以元器件的平均無(wú)故障時(shí)間可靠性要求都比較高，所以元器件的平均無(wú)故障時(shí)間 MTBFMTBF（Mean Mean Time Between FailureTime Between Failure）成為關(guān)鍵性的參數(shù)。此外，環(huán)境溫度也是）成為關(guān)鍵性的參數(shù)。

26、此外，環(huán)境溫度也是需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。 功能確定：功能確定：嵌入式系統(tǒng)提供的功能以及面對(duì)的應(yīng)用和過(guò)程都嵌入式系統(tǒng)提供的功能以及面對(duì)的應(yīng)用和過(guò)程都是預(yù)知的是預(yù)知的、相對(duì)固定的，而不像通用計(jì)算機(jī)那樣有很大的隨意性。、相對(duì)固定的，而不像通用計(jì)算機(jī)那樣有很大的隨意性。既然是專用系統(tǒng)，在可編程方面就不需要那么靈活。一般也不會(huì)用既然是專用系統(tǒng)，在可編程方面就不需要那么靈活。一般也不會(huì)用嵌入式系統(tǒng)作為開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件的環(huán)境，在嵌入式系統(tǒng)上通常也不會(huì)嵌入式系統(tǒng)作為開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件的環(huán)境，在嵌入式系統(tǒng)上通常也不會(huì)運(yùn)行一些大型的軟件。一般而言，嵌入式系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行一些大型的軟件。一般而言，嵌入式系統(tǒng)對(duì)CP

27、UCPU計(jì)算能力的要計(jì)算能力的要求并不像通用計(jì)算機(jī)那么高。求并不像通用計(jì)算機(jī)那么高。 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支持：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支持：許多嵌入式系統(tǒng)都有實(shí)時(shí)要求，需要有許多嵌入式系統(tǒng)都有實(shí)時(shí)要求，需要有對(duì)外部事件迅速作出反應(yīng)的能力。特別是在操作系統(tǒng)中有所反映，對(duì)外部事件迅速作出反應(yīng)的能力。特別是在操作系統(tǒng)中有所反映，從而使嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)與常規(guī)軟件的開(kāi)發(fā)出現(xiàn)顯著的區(qū)別。典型從而使嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)與常規(guī)軟件的開(kāi)發(fā)出現(xiàn)顯著的區(qū)別。典型的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與常規(guī)的操作系統(tǒng)也有著顯著的區(qū)別，并因的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與常規(guī)的操作系統(tǒng)也有著顯著的區(qū)別，并因而成為操作系統(tǒng)的一個(gè)重要分支和一個(gè)獨(dú)特的研究方向。而成為操作系

28、統(tǒng)的一個(gè)重要分支和一個(gè)獨(dú)特的研究方向。 同時(shí)還應(yīng)該看到，嵌入式系統(tǒng)本身還是一個(gè)外延極廣的名詞。同時(shí)還應(yīng)該看到，嵌入式系統(tǒng)本身還是一個(gè)外延極廣的名詞。凡是與產(chǎn)品結(jié)合在一起并具有微處理器的系統(tǒng)都可以叫做嵌入式系凡是與產(chǎn)品結(jié)合在一起并具有微處理器的系統(tǒng)都可以叫做嵌入式系統(tǒng)，統(tǒng)，而且有時(shí)很難以給它一個(gè)準(zhǔn)確的定義?，F(xiàn)在人們談及嵌入式系而且有時(shí)很難以給它一個(gè)準(zhǔn)確的定義?，F(xiàn)在人們談及嵌入式系統(tǒng)時(shí)，某種程度上指近些年比較熱門(mén)、統(tǒng)時(shí)，某種程度上指近些年比較熱門(mén)、具有操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)具有操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)。1.2 1.2 嵌入式微處理器的體系機(jī)構(gòu)嵌入式微處理器的體系機(jī)構(gòu)1 1馮馮諾依曼（諾依曼（Von Ne

29、umannVon Neumann）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu) 程序和數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲(chǔ)空間。程序和數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲(chǔ)空間。 例如例如IntelIntel公司的公司的80868086系列處理器，有系列處理器，有2020根地址總線根地址總線，尋址空間，尋址空間1M1M。程序與數(shù)據(jù)共用。程序與數(shù)據(jù)共用。 從處理器的存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)劃分，有從處理器的存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)劃分，有馮馮諾依曼結(jié)構(gòu)諾依曼結(jié)構(gòu)與與哈佛結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu) 本節(jié)介紹若干與微處理器體系結(jié)構(gòu)有關(guān)的概念本節(jié)介紹若干與微處理器體系結(jié)構(gòu)有關(guān)的概念2 2哈佛（哈佛（HarvardHarvard）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu) 程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在并列的存儲(chǔ)空間中。程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在并列的存儲(chǔ)空間中。

30、如如IntelIntel公司的公司的MCS-51MCS-51系列單片機(jī)，程序與數(shù)據(jù)各有系列單片機(jī)，程序與數(shù)據(jù)各有64KB64KB存儲(chǔ)空間，地址與數(shù)據(jù)總線共用，通過(guò)不同控制總線存儲(chǔ)空間，地址與數(shù)據(jù)總線共用，通過(guò)不同控制總線實(shí)現(xiàn)對(duì)程序與數(shù)據(jù)的區(qū)別訪問(wèn)。實(shí)現(xiàn)對(duì)程序與數(shù)據(jù)的區(qū)別訪問(wèn)。 從處理器所擁有的指令集的特點(diǎn)劃分，有從處理器所擁有的指令集的特點(diǎn)劃分，有CISCCISC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和和RISCRISC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。3. CISC3. CISC結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的CISCCISC（Complex Instruction Set ComputerComplex Instruction Set Comput

31、er，復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)）結(jié)構(gòu)有其固有的缺點(diǎn)，即隨著計(jì)算機(jī)復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)）結(jié)構(gòu)有其固有的缺點(diǎn)，即隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而不斷引入新的復(fù)雜的指令集，為支持這些新技術(shù)的發(fā)展而不斷引入新的復(fù)雜的指令集，為支持這些新增的指令，計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)會(huì)越來(lái)越復(fù)雜，然而，在增的指令，計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)會(huì)越來(lái)越復(fù)雜，然而，在CISCCISC指令集的各種指令中，其使用頻率卻相差懸殊，大約指令集的各種指令中，其使用頻率卻相差懸殊，大約有有2020的指令會(huì)被反復(fù)使用，占整個(gè)程序代碼的的指令會(huì)被反復(fù)使用，占整個(gè)程序代碼的8080。而。而余下的余下的8080的指令卻不經(jīng)常使用，在程序設(shè)計(jì)中只占的指令卻不經(jīng)常使用，在程序設(shè)計(jì)中只

32、占2020，顯然，這種結(jié)構(gòu)是不太合理的。顯然，這種結(jié)構(gòu)是不太合理的。 4. RISC4. RISC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 基于以上的不合理性，基于以上的不合理性，19791979年美國(guó)加州大學(xué)伯克利分年美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校提出了校提出了RISCRISC（Reduced Instruction Set ComputerReduced Instruction Set Computer，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）的概念，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）的概念，RISCRISC并非只是簡(jiǎn)單地去減少并非只是簡(jiǎn)單地去減少指令，而是把著眼點(diǎn)放在了如何使計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單指令，而是把著眼點(diǎn)放在了如何使計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單合理地提高運(yùn)算速度上

33、。合理地提高運(yùn)算速度上。RISCRISC結(jié)構(gòu)優(yōu)先選取使用頻率最高結(jié)構(gòu)優(yōu)先選取使用頻率最高的簡(jiǎn)單指令，避免復(fù)雜指令；將指令長(zhǎng)度固定，指令格式的簡(jiǎn)單指令，避免復(fù)雜指令；將指令長(zhǎng)度固定，指令格式和尋地方式種類減少；以控制邏輯為主，不用或少用微碼和尋地方式種類減少；以控制邏輯為主，不用或少用微碼控制等措施來(lái)達(dá)到上述目的?？刂频却胧﹣?lái)達(dá)到上述目的。 RISCRISC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(zhǎng)度的指令格式，指令歸整、簡(jiǎn)單、基本尋采用固定長(zhǎng)度的指令格式，指令歸整、簡(jiǎn)單、基本尋址方式有址方式有2 23 3種。種。 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

34、操作執(zhí)行。 大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對(duì)寄存器進(jìn)行操作，大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對(duì)寄存器進(jìn)行操作，只有加載只有加載/ / 存儲(chǔ)指令可以訪問(wèn)存儲(chǔ)器，以提高指令的執(zhí)行存儲(chǔ)指令可以訪問(wèn)存儲(chǔ)器，以提高指令的執(zhí)行效率。效率。其他技術(shù)特征：其他技術(shù)特征： 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，從而提高指令的執(zhí)行效率。從而提高指令的執(zhí)行效率。 可用加載可用加載/ /存儲(chǔ)指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸存儲(chǔ)指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。效率。 可在一條數(shù)據(jù)處理指令中同時(shí)完成邏輯處理和移位處可在一條數(shù)據(jù)處理指令中同時(shí)完成邏輯處理和移

35、位處理。理。 在循環(huán)處理中使用地址的自動(dòng)增減來(lái)提高運(yùn)行效率。在循環(huán)處理中使用地址的自動(dòng)增減來(lái)提高運(yùn)行效率。 ARM9 ARM9微處理器存儲(chǔ)器體系屬于哈佛結(jié)構(gòu)、指令集屬于微處理器存儲(chǔ)器體系屬于哈佛結(jié)構(gòu)、指令集屬于RISCRISC體系結(jié)構(gòu)。體系結(jié)構(gòu)。5. 5. 流水線技術(shù)流水線技術(shù)（1 1）流水線的基本概念）流水線的基本概念 有同于屠宰流水線、汽車生產(chǎn)流水線，將一個(gè)完整有同于屠宰流水線、汽車生產(chǎn)流水線，將一個(gè)完整的生產(chǎn)過(guò)程分解為的生產(chǎn)過(guò)程分解為N N個(gè)子過(guò)程，個(gè)子過(guò)程，N N個(gè)子過(guò)程由個(gè)子過(guò)程由N N個(gè)生產(chǎn)者（個(gè)生產(chǎn)者（或或N N個(gè)加工設(shè)備）同步進(jìn)行，達(dá)到降低生產(chǎn)時(shí)間，提高效個(gè)加工設(shè)備）同步進(jìn)行，

36、達(dá)到降低生產(chǎn)時(shí)間，提高效率的目的，整個(gè)過(guò)程的時(shí)間降低為率的目的，整個(gè)過(guò)程的時(shí)間降低為1/N1/N。 比如將執(zhí)行一條指令分解為為比如將執(zhí)行一條指令分解為為取指、譯碼、取操作數(shù)取指、譯碼、取操作數(shù)和執(zhí)行和執(zhí)行4 4個(gè)子過(guò)程。在個(gè)子過(guò)程。在CPUCPU中把一條指令的串行執(zhí)行子過(guò)程中把一條指令的串行執(zhí)行子過(guò)程變?yōu)槿舾蓷l指令的子過(guò)程在變?yōu)槿舾蓷l指令的子過(guò)程在CPUCPU中重疊執(zhí)行，則利用此條中重疊執(zhí)行，則利用此條流水線可將一條指令的執(zhí)行時(shí)間流水線可將一條指令的執(zhí)行時(shí)間T T由原來(lái)的由原來(lái)的T T縮短為縮短為T(mén) T/ /4 4。指令流水線處理的時(shí)空?qǐng)D如圖指令流水線處理的時(shí)空?qǐng)D如圖1-31-3所示，其中的所

37、示，其中的1 1、2 2、3 3、4 4、5 5表示要處理的表示要處理的5 5條指令。條指令。（2 2）計(jì)算機(jī)指令執(zhí)行中的流水線技術(shù)）計(jì)算機(jī)指令執(zhí)行中的流水線技術(shù)圖圖1-3 1-3 指令流水線處理的時(shí)空?qǐng)D指令流水線處理的時(shí)空?qǐng)D1.3 1.3 嵌入式微處理器的結(jié)構(gòu)和類型嵌入式微處理器的結(jié)構(gòu)和類型1.3.1 1.3.1 嵌入式微處理器的結(jié)構(gòu)嵌入式微處理器的結(jié)構(gòu) 一般為一般為RISCRISC體系結(jié)構(gòu)。體系結(jié)構(gòu)。 1.3.2 ARM1.3.2 ARM微處理器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)微處理器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1 1什么使什么使ARMARM？ARMAdvanced RISC Machines ARMAdvanced RISC

38、 Machines ARMARM有有2 2個(gè)層面的含義：個(gè)層面的含義：（1 1）是一個(gè)公司的名字）是一個(gè)公司的名字 19911991年年ARMARM公司成立于英國(guó)劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)公司成立于英國(guó)劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。目前，采用技術(shù)的授權(quán)。目前，采用ARMARM技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)（技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IPIP）核的微）核的微處理器，即我們通常所說(shuō)的處理器，即我們通常所說(shuō)的ARMARM微處理器，已遍及工業(yè)控微處理器，已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無(wú)線系統(tǒng)等制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無(wú)線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng)，基于各類產(chǎn)品市場(chǎng)，基于ARMARM技術(shù)的微處理器應(yīng)用約

39、占據(jù)了技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了3232位位RISCRISC微處理器微處理器7575以上的市場(chǎng)份額，以上的市場(chǎng)份額，ARMARM技術(shù)正在逐步技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面。滲入到我們生活的各個(gè)方面。 ARM ARM公司是專門(mén)從事基于公司是專門(mén)從事基于RISCRISC技術(shù)芯片設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的公技術(shù)芯片設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的公司，作為知識(shí)產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，本身不直接從事芯片生產(chǎn)，靠司，作為知識(shí)產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，本身不直接從事芯片生產(chǎn)，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片，世界各大轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片，世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從半導(dǎo)體生產(chǎn)商從ARMARM公司購(gòu)買(mǎi)其設(shè)計(jì)的公司購(gòu)買(mǎi)其設(shè)計(jì)的ARMARM微處

40、理器核，根微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，從而形成?jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐罚瑥亩纬勺约旱淖约旱腁RMARM微處理器芯片進(jìn)入市場(chǎng)。目前，全世界有幾十微處理器芯片進(jìn)入市場(chǎng)。目前，全世界有幾十家大的半導(dǎo)體公司都使用家大的半導(dǎo)體公司都使用ARMARM公司的授權(quán)，因此既使得公司的授權(quán)，因此既使得ARMARM技術(shù)獲得更多的第三方工具、制造、軟件的支持，又使整技術(shù)獲得更多的第三方工具、制造、軟件的支持，又使整（2 2）是對(duì)一類）是對(duì)一類3232位、具有位、具有RISCRISC指令集的微處理器的通稱。指令集的微處理器的通稱。 購(gòu)買(mǎi)了購(gòu)買(mǎi)了ARMARM公司設(shè)計(jì)的微處理器

41、內(nèi)核的各種微處理器公司設(shè)計(jì)的微處理器內(nèi)核的各種微處理器產(chǎn)品，一般稱為產(chǎn)品，一般稱為ARMARM微處理器。顯著特點(diǎn)是體積小、功耗微處理器。顯著特點(diǎn)是體積小、功耗低、運(yùn)行速度快，方便嵌入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。低、運(yùn)行速度快，方便嵌入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。個(gè)系統(tǒng)成本降低，使產(chǎn)品更容易進(jìn)入市場(chǎng)被消費(fèi)者所接受，個(gè)系統(tǒng)成本降低，使產(chǎn)品更容易進(jìn)入市場(chǎng)被消費(fèi)者所接受，更具有競(jìng)爭(zhēng)力。更具有競(jìng)爭(zhēng)力。2 2寄存器結(jié)構(gòu)寄存器結(jié)構(gòu) ARMARM處理器共有處理器共有3737個(gè)寄存器，被分為若干個(gè)組個(gè)寄存器，被分為若干個(gè)組（BANKBANK），這些寄存器包括：），這些寄存器包括： 3131個(gè)通用寄存器，包括程序計(jì)數(shù)器（個(gè)通用寄存器，包括程

42、序計(jì)數(shù)器（PCPC指針），均為指針），均為3232位的寄器。位的寄器。 6 6個(gè)狀態(tài)寄存器，用以標(biāo)識(shí)個(gè)狀態(tài)寄存器，用以標(biāo)識(shí)CPUCPU的工作狀態(tài)及程序的運(yùn)的工作狀態(tài)及程序的運(yùn)行狀態(tài)，均為行狀態(tài)，均為3232位。位。 3 3處理器模式處理器模式 ARMARM處理器又有處理器又有7 7種不同的處理器模式，在每一種處理種不同的處理器模式，在每一種處理器模式下均有一組相應(yīng)的寄存器與之對(duì)應(yīng)。器模式下均有一組相應(yīng)的寄存器與之對(duì)應(yīng)。4. ARM4. ARM微處理器的指令結(jié)構(gòu)微處理器的指令結(jié)構(gòu)ARMARM微處理器支持兩種指令集：微處理器支持兩種指令集：1 1）ARMARM指令集指令集為為3232位長(zhǎng)度位長(zhǎng)度2

43、 2）ThumbThumb指令集。指令集。1616位長(zhǎng)度。位長(zhǎng)度。 ThumbThumb指令集為指令集為ARMARM指令集的功能子集，但與等價(jià)的指令集的功能子集，但與等價(jià)的ARMARM代碼相比較，可節(jié)省代碼相比較，可節(jié)省30304040以上的存儲(chǔ)空間，同以上的存儲(chǔ)空間，同時(shí)具備時(shí)具備3232位代碼的所有優(yōu)點(diǎn)。位代碼的所有優(yōu)點(diǎn)。 1.3.3 ARMARM微處理器類型微處理器類型 ARM ARM微處理器目前包括下面幾個(gè)系列，以及其它廠商基于微處理器目前包括下面幾個(gè)系列，以及其它廠商基于ARMARM體體系結(jié)構(gòu)的處理器，除了具有系結(jié)構(gòu)的處理器，除了具有ARMARM體系結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)以外，每一個(gè)體系結(jié)構(gòu)

44、的共同特點(diǎn)以外，每一個(gè)系列的系列的ARMARM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。ARM7ARM7系列系列ARM9ARM9系列系列ARM9EARM9E系列系列ARM10EARM10E系列系列SecurCoreSecurCore系列系列IntelIntel的的XscaleXscaleIntel Intel 的的StrongARM StrongARM ARM11 ARM11 其中，其中，ARM7ARM7、ARM9ARM9、ARM9EARM9E和和ARM10ARM10為為4 4個(gè)通用處理器系列，每個(gè)通用處理器系列，每一個(gè)系列提供一套相對(duì)獨(dú)特的性能來(lái)滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需

45、求。一個(gè)系列提供一套相對(duì)獨(dú)特的性能來(lái)滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。SecurCoreSecurCore系列專門(mén)為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。系列專門(mén)為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。 以下我們來(lái)詳細(xì)了解一下各種處理器的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域。以下我們來(lái)詳細(xì)了解一下各種處理器的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域。 1. ARM71. ARM7微處理器系列微處理器系列 ARM7 ARM7系列微處理器為低功耗的系列微處理器為低功耗的3232位位RISCRISC處理器，最適處理器，最適合用于對(duì)價(jià)位和功耗要求較高的消費(fèi)類應(yīng)用。合用于對(duì)價(jià)位和功耗要求較高的消費(fèi)類應(yīng)用。ARM7ARM7微處理微處理器系列具有如下特點(diǎn)：器系列具有如下特點(diǎn)： 具有嵌入式

46、具有嵌入式ICEICERTRT邏輯，調(diào)試開(kāi)發(fā)方便。邏輯，調(diào)試開(kāi)發(fā)方便。極低的功耗，適合對(duì)功耗要求較高的應(yīng)用，如便攜極低的功耗，適合對(duì)功耗要求較高的應(yīng)用，如便攜 式產(chǎn)品。式產(chǎn)品。能夠提供能夠提供0.9MIPS/MHz0.9MIPS/MHz的三級(jí)流水線結(jié)構(gòu)。的三級(jí)流水線結(jié)構(gòu)。代碼密度高并兼容代碼密度高并兼容1616位的位的ThumbThumb指令集。指令集。對(duì)操作系統(tǒng)的支持廣泛，包對(duì)操作系統(tǒng)的支持廣泛，包 WxvoksWxvoks、ucosucos括括 Windows CE Windows CE、LinuxLinux、Palm OS Palm OS 等。等。 指令系統(tǒng)與指令系統(tǒng)與ARM9ARM9系

47、列、系列、ARM9EARM9E系列和系列和ARM10EARM10E系列兼容，系列兼容， 便于用戶的產(chǎn)品升級(jí)換代。便于用戶的產(chǎn)品升級(jí)換代。 主頻最高可達(dá)主頻最高可達(dá)130MIPS130MIPS，高速的運(yùn)算處理能力能勝任，高速的運(yùn)算處理能力能勝任 絕大多數(shù)的復(fù)雜應(yīng)用。絕大多數(shù)的復(fù)雜應(yīng)用。 ARM7ARM7系列微處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋合盗形⑻幚砥鞯闹饕獞?yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋?工業(yè)控制、工業(yè)控制、InternetInternet設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備、移動(dòng)電話設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備、移動(dòng)電話等多種多媒體和嵌入式應(yīng)用。等多種多媒體和嵌入式應(yīng)用。 ARM7ARM7系列微處理器包括如下幾種類型的核：系列微處

48、理器包括如下幾種類型的核： ARM7TDMIARM7TDMI ARM7TDMI-S ARM7TDMI-S ARM720T ARM720T ARM7EJ ARM7EJ。 ARM7TMDIARM7TMDI是目前使用最廣泛的是目前使用最廣泛的3232位嵌入式位嵌入式RISCRISC處理器，處理器， 屬低端屬低端ARMARM處理器核。處理器核。TDMITDMI的基本含義為：的基本含義為：T T：支持：支持1616位壓縮指令集位壓縮指令集ThumbThumb；D D：支持片上：支持片上DebugDebug；M M：內(nèi)嵌硬件乘法器（：內(nèi)嵌硬件乘法器（MultiplierMultiplier）I I：嵌入式

49、：嵌入式ICEICE，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)；SamsungSamsung公司的公司的S3C4510BS3C4510B、S3C44B0XS3C44B0X即屬于該系列的處理器。即屬于該系列的處理器。 2. ARM92. ARM9微處理器系列微處理器系列 ARM9ARM9系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特點(diǎn)：具有以下特點(diǎn)： 5 5級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。提供提供1.1MIPS/MHz1.1MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)。的哈佛結(jié)構(gòu)。支持支持3232位位ARMAR

50、M指令集和指令集和1616位位ThumbThumb指令集。指令集。支持支持3232位的高速位的高速AMBAAMBA總線接口?？偩€接口。全性能的全性能的MMUMMU，支持，支持Windows CEWindows CE、LinuxLinux、Palm OSPalm OS等多等多 種主流嵌入式操作系統(tǒng)。種主流嵌入式操作系統(tǒng)。MPUMPU支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。支持?jǐn)?shù)據(jù)支持?jǐn)?shù)據(jù)CacheCache和指令和指令CacheCache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理 能力。能力。 ARM9ARM9系列微處理器主要應(yīng)用：系列微處理器主要應(yīng)用： 無(wú)線設(shè)備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機(jī)頂

51、盒、高端打印機(jī)、數(shù)字無(wú)線設(shè)備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機(jī)頂盒、高端打印機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等。照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等。 ARM9ARM9系列微處理器種類：系列微處理器種類： ARM920TARM920T ARM922T ARM922T ARM940T ARM940T3. ARM9E3. ARM9E微處理器系列微處理器系列 ARM9EARM9E系列微處理器為可綜合處理器，使用單一的處理器內(nèi)核系列微處理器為可綜合處理器，使用單一的處理器內(nèi)核提供了微控制器、提供了微控制器、DSPDSP、JavaJava應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案，極大的減少了應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案，極大的減少了芯片的面積和系統(tǒng)的復(fù)雜程度。芯片的

52、面積和系統(tǒng)的復(fù)雜程度。ARM9EARM9E系列微處理器提供了增強(qiáng)的系列微處理器提供了增強(qiáng)的DSPDSP處理能力，很適合于那些需要同時(shí)使用處理能力，很適合于那些需要同時(shí)使用DSPDSP和微控制器的應(yīng)用場(chǎng)和微控制器的應(yīng)用場(chǎng)合。合。 ARM9EARM9E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DSPDSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場(chǎng)合。指令集，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場(chǎng)合。5 5級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。支持支持3232位位ARMARM指令集和指令集和1616位位ThumbThumb指令集。指令集。支持支持3232位的高速位

53、的高速AMBAAMBA總線接口?？偩€接口。支持支持VFP9VFP9浮點(diǎn)處理協(xié)處理器。浮點(diǎn)處理協(xié)處理器。全性能的全性能的MMUMMU，支持，支持Windows CEWindows CE、LinuxLinux、Palm OSPalm OS等多等多 種主流嵌入式操作系統(tǒng)。種主流嵌入式操作系統(tǒng)。MPUMPU支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。支持?jǐn)?shù)據(jù)支持?jǐn)?shù)據(jù)CacheCache和指令和指令CacheCache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理 能力。能力。主頻最高可達(dá)主頻最高可達(dá)300MIPS300MIPS。 ARM9ARM9系列微處理器主要應(yīng)用：系列微處理器主要應(yīng)用： 下一代無(wú)線設(shè)

54、備、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、存儲(chǔ)設(shè)下一代無(wú)線設(shè)備、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等領(lǐng)域。備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等領(lǐng)域。 ARM9EARM9E系列微處理器種類：系列微處理器種類： ARM926EJ-SARM926EJ-S ARM946E-S ARM946E-S ARM966E-S ARM966E-S4. ARM10E4. ARM10E微處理器系列微處理器系列 ARM10EARM10E系列微處理器具有高性能、低功耗的特點(diǎn)，由于采用了系列微處理器具有高性能、低功耗的特點(diǎn)，由于采用了新的體系結(jié)構(gòu)，與同等的新的體系結(jié)構(gòu)，與同等的ARM9ARM9器件相比較，在同樣的時(shí)鐘頻率下，器件相比較

55、，在同樣的時(shí)鐘頻率下，性能提高了近性能提高了近5050，同時(shí)，同時(shí)，ARM10EARM10E系列微處理器采用了兩種先進(jìn)的系列微處理器采用了兩種先進(jìn)的節(jié)能方式，使其功耗極低。節(jié)能方式，使其功耗極低。 ARM10EARM10E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DSPDSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場(chǎng)合。指令集，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場(chǎng)合。6 6級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。支持支持3232位位ARMARM指令集和指令集和1616位位ThumbThumb指令集。指令集。支持支持3232位的高速位的高速AMBAAMBA總線

56、接口?？偩€接口。支持支持VFP10VFP10浮點(diǎn)處理協(xié)處理器。浮點(diǎn)處理協(xié)處理器。全性能的全性能的MMUMMU，支持，支持Windows CEWindows CE、LinuxLinux、Palm OSPalm OS等多等多 種主流嵌入式操作系統(tǒng)。種主流嵌入式操作系統(tǒng)。支持?jǐn)?shù)據(jù)支持?jǐn)?shù)據(jù)CacheCache和指令和指令CacheCache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理 能力。能力。主頻最高可達(dá)主頻最高可達(dá)400MIPS400MIPS。 內(nèi)嵌并行讀內(nèi)嵌并行讀/ /寫(xiě)操作部件。寫(xiě)操作部件。 ARM10EARM10E系列微處理器主要應(yīng)用：系列微處理器主要應(yīng)用： 下一代無(wú)線設(shè)備、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、通信和下一代無(wú)線設(shè)備、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、通信和信息系統(tǒng)等領(lǐng)域。信息系統(tǒng)等領(lǐng)域。 ARM10EARM10E系列微處理器種類：系列微處