ARM嵌入式系统第1章嵌入式系统概述 学好ARM就有机会 ARM微处理器概述 ARM AdvancedRISCMachinesARM微处理器的应用领域ARM微处理器的特点ARM微处理器系列ARM微处理器的体系结构ARM微处理器的应用选型 ARM AdvancedRISCMachines IP IntellectualProperty 知识产权 硅知识产权核是用于ASIC ASSP PLD等当中 并且是预先设计好的电路功能模块 IP核分为软核 硬核和固核Fabless 无生产线 RISCReducedInstructionSetComputer精简指令集计算机ARM RISC处理器IP核 Fabless ARM微处理器的应用领域 无线通信领域 手机 PDA消费类电子产品 数字媒体播放器 游戏机网络应用 语音及视频处理 数字机顶盒 VoIP成像和安全产品 数码相机 打印机 SIM智能卡工业控制与仪器仪表 其他领域 ARMPoweredProducts LexmarkZ52ColorJetprinter SamsungML5100A JVC Pixstar GC X1 HPJornado820 PsionRevoPlus HPCapShare SonyMZ R90MiniDisc Nokia8810 NokiaMediamaster NintendoGameboyAdvance EricssonR380 AlbaBushInternetTV 3Com10 100PCINIC IomegaHipZip DiamondMultimediaRio600 ARM微处理器的特点 体积小 低功耗 低成本 高性能支持Thumb 16位 ARM 32位 双指令集大量使用寄存器 指令执行速度更快大多数数据操作都在寄存器中完成寻址方式灵活简单 执行效率高指令长度固定 ARM微处理器系列 ARM7ARM9ARM9EARM10EARM11SecurCoreIntel的StrongARM Xscale目前仍在不断发展 ARM7系列微处理器 1 特点 低功耗嵌入式ICE RT逻辑0 9MIPS MHz的3级流水线结构32位ARM指令集和16位的Thumb指令集主频最高可达130MHz ICE InCircuitEmulation 在电路仿真MIPS MillionInstructionPerSecond每秒百万条指令 ARM7系列微处理器 2 类型 ARM7TDMIARM7TDMI SARM720TARM7EJTDMI的基本含义为 T 支持16位压缩指令集ThumbD 支持片上DebugM 内嵌硬件乘法器 Multiplier I 嵌入式ICE 支持片上断点和调试点 ARM7系列微处理器 3 典型芯片 ATMEL AT91M40800 55800ASamsung S3C44B0 4510BST STR710 x ARM9系列微处理器 1 特点 1 1MIPS MHz的哈佛结构 5级流水线32位ARM指令集和16位Thumb指令集支持32位的高速AMBA总线接口全性能的MMU 支持WindowsCE Linux PalmOS等多种主流嵌入式操作系统支持数据Cache和指令Cache 具有更高的指令和数据处理能力MMU MemoryManagementUnit ARM9系列微处理器 2 类型 ARM920TARM922TARM940T ARM9系列微处理器 3 典型芯片 ATMEL AT91RM9200 ARM920T Samsung S3C2410 ARM920T TI OMAP5910 ARM925 C55x DaVinci ARM926EJ S C64x ARM9E系列微处理器 ARM9E系列微处理器为可综合处理器 使用单一的处理器内核提供了微控制器 DSP Java应用系统的解决方案 极大的减少了芯片的面积和系统的复杂程度 ARM9E系列微处理器提供了增强的DSP处理能力 很适合于那些需要同时使用DSP和微控制器的应用场合 ARM9E系列微处理器的主要特点如下 支持DSP指令集 适合于需要高速数字信号处理的场合 5级流水线 指令执行效率更高 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集 支持32位的高速AMBA总线接口 支持VFP9浮点处理协处理器 全性能的MMU 支持WindowsCE Linux PalmOS等多种主流嵌入式操作系统 MPU支持实时操作系统 支持数据Cache和指令Cache 具有更高的指令和数据处理能力 主频最高可达300MIPS ARM9系列微处理器主要应用于下一代无线设备 数字消费品 成像设备 工业控制 存储设备和网络设备等领域 ARM9E系列微处理器包含ARM926EJ S ARM946E S和ARM966E S三种类型 以适用于不同的应用场合 ARM10E系列微处理器 ARM10E系列微处理器具有高性能 低功耗的特点 由于采用了新的体系结构 与同等的ARM9器件相比较 在同样的时钟频率下 性能提高了近50 同时 ARM10E系列微处理器采用了两种先进的节能方式 使其功耗极低 ARM10E系列微处理器的主要特点如下 支持DSP指令集 适合于需要高速数字信号处理的场合 6级整数流水线 指令执行效率更高 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集 支持64位的高速AMBA总线接口 支持VFP10浮点处理协处理器 全性能的MMU 支持WindowsCE Linux PalmOS等多种主流嵌入式操作系统 支持数据Cache和指令Cache 具有更高的指令和数据处理能力主频最高可达400MIPS 内嵌并行读 写操作部件 ARM10E系列微处理器主要应用于下一代无线设备 数字消费品 成像设备 工业控制 通信和信息系统等领域 ARM10E系列微处理器包含ARM1020E ARM1022E和ARM1026EJ S三种类型 以适用于不同的应用场合 ARM11E系列微处理器 ARM公司在2003年4月29日宣布了其下一代ARM架构的CPU ARM11 又名Jaguar 基于ARM11的微处理器具有更强的性能 尤其是多媒体处理能力 ARM11微处理器采用0 13微米工艺 低端产品运行在350MHz 500MHz 高端产品运行在533 750MHz 如果将加工工艺减小到0 10微米 那么芯片速度将达1GHz 目前的ARM7和ARM9内核的芯片最大速度只能到400MHz 目前最快的嵌入式处理器为Intel的Xscale 最高主频为500MHz SecurCore系列微处理器 SecurCore系列微处理器专为安全需要而设计 提供了完善的32位RISC技术的安全解决方案 因此 SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构的低功耗 高性能的特点外 还具有其独特的优势 即提供了对安全解决方案的支持 SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构各种主要特点外 还在系统安全方面具有如下的特点 带有灵活的保护单元 以确保操作系统和应用数据的安全 采用软内核技术 防止外部对其进行扫描探测 可集成用户自己的安全特性和其他协处理器 SecurCore系列微处理器主要应用于一些对安全性要求较高的应用产品及应用系统 如电子商务 电子政务 电子银行业务 网络和认证系统等领域 SecurCore系列微处理器包含SecurCoreSC100 SecurCoreSC110 SecurCoreSC200和SecurCoreSC210四种类型 以适用于不同的应用场合 Intel的StrongARM Xscale系列微处理器 Intel公司推出的面向无线移动终端开发的体系结构 PersonalInternetClientArchitecture PCA 是一个开放的嵌入式系统开发应用平台 它以XSCALE系列嵌入式处理器为核心 支持Linux WinCE NET和VxWorks等操作系统 是一个理想的面向无线互连的应用平台 Xscale处理器是基于ARMv5TE体系结构的解决方案 是一款全性能 高性价比 低功耗的处理器 它支持DSP指令集 已使用在数字移动电话 个人数字助理和网络产品等场合 Xscale处理器是Intel目前主要推广的一款ARM微处理器 典型芯片 PXA250 255 270 272 ARM微处理器的体系结构 1 RISC体系结构特点 在进行指令系统设计时 只选择使用频率很高的指令 在此基础上增加少量能有效支持操作系统和高级语言实现以及其他功能的指令 使指令条数大大减少采用固定长度的指令格式 指令归整 简单 基本寻址方式有2 3种使用单周期指令 便于流水线操作执行大量使用寄存器 数据处理指令只对寄存器进行操作 只有加载 存储指令可以访问存储器 以提高指令的执行效率为提高指令执行速度 大部分指令直接采用硬件电路实现 少量采用微码实现 ARM微处理器的体系结构 2 ARM体系结构还采用了一些特别的技术 在保证高性能的前提下尽量缩小芯片的面积 并降低功耗 大多数的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行 从而提高指令的执行效率可用加载 存储指令批量传输数据 以提高数据的传输效率可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率 ARM微处理器的应用选型 ARM微处理器内核的选择运行WindowsCE LinuxARM720T以上带有MMUARM720T ARM920T ARM922T ARM946T Xscale运行uCLinux RTLinux uC OS IIARM7TDMI ARM微处理器的应用选型 系统的工作频率片内存储器的容量片内外围电路USART UART SCI IIC SPI USB HOST DEVICE IrDA Ethernet MAC IIS AC97 LCD Keypad RTC ADC DAC DSP协处理器等生产商的选择 ARM应用系统开发工具 CodeWarriorforARMDeveloperSuite ADS Editor Compiler Linker DebuggerARMMulti ICE InCircuitEmulator Multi ICEServer 建立工程 编辑源文件 配置汇编器 编译器 链接器 调试器 AXD调试器 ARM应用系统软件开发过程 指令集模拟器 Armulator 驻留监控软件 Angel 在线调试器 AXD ARM应用系统软件调试方法 ARM7TDMI体系结构图 ARM7TDMI引脚图