A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.comSlide 1ARM9嵌入式系统设计基础教程江苏大学计算机科学与通信工程学院通 信 工 程 系陈祖爵E-mail: chenzujue126.com TEL: 13775360008Date1A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.comSlide 2课程理论教学内容安排第1章 嵌入式系统基础知识 第2章 ARM体系结构 第3章 32 Bit RISC微处理器S3C2410A 第4章 嵌入式系统的存储器系统 第5章 嵌入式系统输入/输出设备接口 第6章 嵌入式系统总线接口 第7章 嵌入式系统网络接口 第8章 嵌入式系统软件及操作系统基础 第9章 ARM汇编语言程序设计基础 第10章 Bootloader设计基础 第11章 Linux操作系统基础 第12章 嵌入式Linux软件设计 第13章 图形用户接口（GUI） Date2A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.comSlide 3第2章 ARM体系结构 2.1 ARM体系结构简介2.2 ARM微处理器结构2.3 ARM微处理器的寄存器结构 2.4 ARM微处理器的异常处理2.5 ARM的存储器结构2.6 ARM微处理器指令系统2.7 ARM微处理器的接口Date3A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.comSlide 42.1 ARM体系结构简介ARM（Advanced RISC Machines）公司1991年成立于英国剑 桥，专门从事基于RISC技术芯片设计开发，主要出售芯片设计 技术的授权，作为知识产权供应商，不直接芯片生产，转让设 计许可由合作公司生产各具特色的芯片，半导体生产商从ARM购 买设计的ARM微处理器核，根据不同的应用领域，加入外围电路 ，形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。目前，全世界有几十 家大的半导体公司使用ARM公司的授权，使ARM技术获得更多的 第三方工具、制造、软件的支持，又使系统成本降低，使产品 更容易进入市场，更具有竞争力。目前，ARM已深入到工业控制 、无线通讯、网络应用、消费类电子产品、成像和安全产品各 个领域。Date4A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.comSlide 5 ARM的业务模型ARMPartnerOEM Customer 授权费IPARM 创造和设计IP产品，例如：芯片Partner把ARM IP和 其他IP集成进产品版权费单价OEM 用来自ARM Partner的芯片设计 制造最终用户产品业务拓展 / 市场格局Date5A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.comSlide 6 业界需要何种服务？无晶圆IC设计厂商晶圆 代工厂培训大学科研参考设计应用软件软件开发工具Date6A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.comSlide 7 ARM在中国:与国内电子行业紧密合作的知识产权公司中国无晶圆厂半导体公司中兴集成 购买 ARM922T CPU 授权，用于网络系统芯片上海华虹集成电路 购买 ARM SC100 CPU 授权，用于Java智能卡大唐购买 ARM946E CPU 授权，用于SCDMA基带芯片上海复旦微电子购买ARM7TDMI CPU 授权，用于多媒体芯片上海杰得微电子购买ARM926 CPU Prime Starter Kit授权，用于多媒 体芯片华为技术购买 ARM7TDMI CPU，ARM926 CPU Prime Starter Kit授权 ，用于WCDMA等芯片 晶原代工厂中芯国际 (0.18um, ARM7TDMI, ARM922T) 大学及政府机构东南大学: ARM7TDMI上海集成电路设计研究中心(ICC): ARM7TDMI上海交通大学: ARM922T北京工业大学: ARM7TDMI香港科技园：ARM7TDMIDate7A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.comSlide 8ARM在中国:与国内电子行业紧密合作的知识产权公司ARM RealView 开发工具中国分销商香港科汇宏盛分部、北京旋极 ARM Authorized Training Centre（ARM授权培训中心）北京旋极、北京微芯力、深圳英蓓特培训中心ARM Approved Design Centre （ARM样品设计中心）众华RTOS 公司（实时操作系统开发）普天慧信,科银京成、北京凯思昊鹏、中科红旗,世纪科泰等2004年9月7日，ARM北京分处成立:科银京成和凯思昊鹏与ARM合作，开发支持JTEK和SWERVE技术中芯国际拓展ARM代工计划,获ARM926EJ处理器0.13微米工艺授权 北京振戎融通与ARM合作,将JTEK集成在中国联通新一代Java环境中Date8A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.comSlide 9ARM推出新一轮中国发展战略日前，ARM公司中国区总经理兼销售副总裁吴雄昂新官上任。从2002年进入中国开始，今天的ARM已经在中国的IP授权市场打 下了坚实根基。据ARM公司总裁TudorBrown介绍，2008年全球售 出基于ARMIP核的芯片达40亿颗。随着互联网应用和嵌入式应用 的不断增长，ARM公司需要在这两个市场上有新的表现。他说， 吴雄昂将在这些方面带给中国市场更多期待。吴雄昂认为,中国市场目前正处在由代工生产为主向设计转型的阶段,移动应用和数字家庭娱乐成为未来产品规划的重点。基 于ARM技术的中国标准已经走向市场,比如TD-SCDMA、CMMB、AVS 以及TD-LTE等,ARM在上海成立了第一个亚太区服务中心。Date9A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.comSlide 10采用RISC架构的ARM微处理器特点 支持Thumb(6位)/ARM(32位)双指令集，兼容8位/16位器件。 Thumb指令比8位和16位CISC/RISC CPU有更好的代码密度； 指令执行采用3级流水线/5级流水线技术； 具有指令Cache和数据Cache，大量使用寄存器，指令执行速 度更快。大多数数据操作在寄存器中完成。寻址方式灵活简单 ，执行效率高。指令长度固定(ARM 32位，Thumb 16位)； 支持大端格式和小端格式两种方法存储字数据； 支持Byte(8位)、Halfword(16位)和Word(32位)数据类型; 支持用户、快中断、中断、管理、中止、系统和未定义等7 种处理器模式，除用户模式外，其余均为特权模式；Date10A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.comSlide 11采用RISC架构的ARM微处理器特点 处理器芯片上都嵌入了在线仿真ICE-RT逻辑，便于通过JTAG 来仿真调试ARM体系结构芯片，可以避免使用昂贵的在线仿真器 。另外，在处理器核中还可以嵌入跟踪宏单元ETM，用于监控内 部总线，实时跟踪指令和数据的执行； 具有片上总线AMBA(Advanced Micro-controller Bus Architecture)。AMBA定义了3组总线：先进高性能总线 AHB(Advanced High performance Bus)；先进系统总线 ASB(Advanced System Bus)；先进外围总线APB(Advanced Peripheral Bus)。通过AMBA可以方便地扩充各种处理器及I/O ，可以把DSP、其他处理器和I/O(如UART、定时器和接口等)都 集成在一块芯片中； 采用存储器映像I/O方式，I/O端口作为特殊的存储器地址；Date11A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.comSlide 12采用RISC架构的ARM微处理器特点 具有协处理器接口。ARM允许接16个协处理器，如CP15用于 系统控制，CP14用于调试控制器； 采用了降低电源电压，可工作在3.0V以下；减少门的翻转次 数，当某个功能电路不需要时禁止门翻转；减少门的数目，即 降低芯片的集成度；降低时钟频率等一些措施降低功耗； 体积小、低成本、高性能ARM微处理器包括ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、SecurCore 、以及Intel的StrongARM、XScale和其它厂商基于ARM体系结构 的处理器，除了具有ARM体系结构的共同特点以外，每一个系列 的ARM微处理器都有各自的特点和应用领域。Date12A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.comSlide 13典型的ARM体系结构方框图Date13A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.comSlide 14典型ARM体系结构的主要部件1.ALUARM体系结构的ALU与常用的ALU逻辑结构基本相同，由两个操 作数锁存器、加法器、逻辑功能、结果及零检测逻辑构成。 2.桶形移位寄存器ARM采用了3232位桶形移位寄存器，左移/右移n位、环移n 位和算术右移n位等都可一次完成，可有效减少移位的延迟时间 。 3.高速乘法器ARM为了提高运算速度，采用2位乘法的方法，2位乘法可根据 乘数的2位来实现“加移位”运算。ARM的高速乘法器采用 328位的结构，完成322位乘法也只需5个时钟周期。Date14A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.comSlide 15典型ARM体系结构的主要部件4.浮点部件在ARM体系结构中，浮点部件作为选件可根据需要选用， FPA10浮点加速器以协处理器方式与ARM相连，并通过协处理器 指令的解释来执行。浮点的Load/Store指令使用频度要达到67 ，故FPA10内部也采用Load/Store结构，有8个80位浮点寄存 器组，指令执行也采用流水线结构。 5.控制器ARM的控制器采用硬接线的可编程逻辑阵列PLA，其输入端有 14根、输出端有40根，分别控制乘法器、协处理器及地址寄存 器、ALU和移位器等。 6.寄存器ARM有37个寄存器，31个通用32位寄存器和6个状态寄存器。Date15A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.comSlide 162.2 ARM微处理器结构 2.2.1 ARM7微处理器 2.2.2 ARM9微处理器 2.2.3 ARM9E微处理器 2.2.4 ARM10E微处理器 2.2.5 SecurCore微处理器 2.2.6 StrongARM微处理器 2.2.7 XScale微处理器Date16A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.comSlide 172.2.1 ARM7微处理器ARM7系列微处理器包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ几种类型。其中，ARM7TMDI