第三讲ARM处理器构架

联系方式：天学嵌入式开发第三讲：ARM处理器构架1-2北京源智天下科技有限公司联系方式：课程安排•ARM体系结构概述•ARM处理器系列•ARM处理器结构•ARM编程模型•ARM开发调试工具综述1-3北京源智天下科技有限公司联系方式：体系结构概述•ARM，英文全称为AdvancedRISCMachines。•ARM首先是一个公司的名称。•其次，ARM是对一类微处理器的通称。•宽泛地说，ARM是一种技术的名字，即采用ARM处理器的控制技术。1-4北京源智天下科技有限公司联系方式：的体系结构•CISC，英文全称为ComplexInstructionSetComputer，即复杂指令集计算机。•在CISC指令集中，各种指令使用频率相差悬殊。•显然，CISC结构虽然指令全面功能强大，但是结构不合理，造成程序代码体积庞大，不适合于嵌入式系统。1-5北京源智天下科技有限公司联系方式：的体系结构•RISC的英文全称为ReducedInstructionSetComputer，即精简指令集计算机。•RISC体系结构应具有如下特点：–采用固定长度的指令格式；–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。–采用一些特别的技术降低功耗。–所有的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行；–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。1-6北京源智天下科技有限公司联系方式：微处理器的应用领域•工业控制领域•无线通讯领域•网络应用•智能手机•消费类电子产品•成像和安全产品1-7北京源智天下科技有限公司联系方式：体系结构的特点•体积小、低功耗、低成本、高性能。•支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集，能很好的兼容8/16位器件。•大量使用寄存器，指令执行速度更快。•ARM处理器共有37个寄存器，分为若干个组（BANK）。•大多数数据操作都在寄存器中完成。•ARM处理器有7种不同的处理器模式•寻址方式灵活简单，执行效率高。•指令长度固定。1-8北京源智天下科技有限公司联系方式：处理器系列•ARM微处理器目前种类非常丰富。•不同的ARM系列具有不同的用途，每一个系列的ARM微处理器都有各自的特点和应用领域。•下面分别进行介绍。1-9北京源智天下科技有限公司联系方式：微处理器•ARM7内核为低功耗的32位RISC处理器，其采用冯诺依曼体系结构。•ARM7微处理器系列具有如下特点：–具有嵌入式ICE－RT逻辑，无论调试还是开发都很方便。–极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。–能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构。–代码密度高并兼容16位的Thumb指令集。–支持WindowsCE、Linux、PalmOS等嵌入式操作系统。–指令系统与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用户程序的升级和产品的更新换代。–主频最高可达130MIPS。1-10北京源智天下科技有限公司联系方式：微处理器•ARM7系列内核包括多个分支：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。•ARM7TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器内核，属低端ARM处理器核。•其中，TDMI的基本含义为：–T：支持16为压缩指令集Thumb。–D：支持片上Debug。–M：内嵌硬件乘法器（Multiplier）。–I：嵌入式ICE，支持片上断点和调试点。1-11北京源智天下科技有限公司联系方式：微处理器•ARM9内核为32位RISC处理器，采用哈佛结构。•ARM9内核微处理器具有以下特点：–5级整数流水线，指令执行效率更高。–采用哈佛结构。–提供1.1MIPS/MHz的运行速率。–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。–内含全性能的MMU。–内含MPU，支持实时操作系统。–支持数据Cache和指令Cache。1-12北京源智天下科技有限公司联系方式：微处理器•ARM9E系列微处理器为可综合处理器。•ARM9E系列微处理器的主要特点如下：–支持DSP指令集，适合需要高速数字信号处理的场合。–5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32位的高速AMBA总线接口。–支持VFP9浮点处理协处理器。–内含全性能MMU。–内含MPU，支持实时操作系统。–支持数据Cache和指令Cache。–主频最高可达300MIPS。1-13北京源智天下科技有限公司联系方式：微处理器•ARM10E内核为32位RISC处理器，采用了新的体系结构。•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32位的高速AMBA总线接口。–支持VFP10浮点处理协处理器。–采用了两种先进的节能方式，使其功耗极低。–全性能的MMU。–支持数据Cache和指令Cache。–主频最高可达400MIPS。–内嵌并行读/写操作部件。1-14北京源智天下科技有限公司联系方式：微处理器•ARM1136J-S是第一个执行ARMv6架构指令的处理器。•ARM1136J-S的主要特点如下：–集成了一条具有独立的load-sotore和算术流水线的8级流水线。–ARMv6指令包含了针对媒体处理的单指令流多数据流（SIMD）扩展。–采用特殊的设计，以改善视频处理性能。–为了进行快速浮点运算，增加了向量浮点单元。1-15北京源智天下科技有限公司联系方式：微处理器•SecurCore系列微处理器专为安全需要而设计。•SecurCore系列微处理器在系统安全方面具有如下的特点：–带有灵活的保护单元，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。1-16北京源智天下科技有限公司联系方式：微处理器•IntelStrongARMSA-1100以及IntelStrongARMSA-1110处理器是采用ARM体系结构。•融合了Intel公司的设计和处理技术以及ARM体系结构的电源效率，采用在软件上兼容ARMv4体系结构、同时采用具有Intel技术优点的体系结构。•IntelStrongARM处理器是便携式通讯产品和消费类电子产品的理想选择。1-17北京源智天下科技有限公司联系方式：微处理器•Xscale是基于ARMv5TE体系结构的解决方案。•一款全性能、高性价比、低功耗的32位处理器。•它支持16位的Thumb指令和DSP指令集。•Xscale处理器是Intel目前主要推广的一款ARM微处理器。1-18北京源智天下科技有限公司联系方式：微处理器•Cortex-M3微处理器采用ARMv7-M架构。•Cortex-M3系列微处理器的主要特点如下：–Thumb-2指令集架构（ISA）的子集。–哈佛处理器架构，在加载/存储数据的同时能够执行指令取指。–三级流水线。–32位单周期乘法。–具备硬件除法。–Thumb状态和调试状态。–处理模式和线程模式。–ISR的低延迟进入和退出。–可中断-可继续的LDM/STM，PUSH/POP。–ARMv6类型BE8/LE支持。–ARMv6非对齐访问。1-19北京源智天下科技有限公司联系方式：核的芯片选择•内核的选择•根据嵌入式系统选择•工作频率的选择•片内存储器的选择•片内资源的选择1-20北京源智天下科技有限公司联系方式：处理器结构•ARMCortex-M3内核主系统由四个驱动单元：–内核ICode总线(I-bus)–DCode总线(D-bus)–系统总线(S-bus)–GP-DMA(通用DMA)•Cortex-M3还包括了如下三个被动单元：–内部SRAM。–内部闪存存储器。–AHB到APB的桥(AHB2APBx)1-21北京源智天下科技有限公司联系方式：流水线结构•ARMCortex-M3采用适合于微控制器应用的三级流水线。•理解指令预取和流水线技术。•增加了分支预测功能。1-22北京源智天下科技有限公司联系方式：北京源智天下科技有限公司联系方式：编程模型•工作模式和工作状态•特权访问和用户访问•数据类型•存储器格式1-24北京源智天下科技有限公司联系方式：工作模式和工作状态•Cortex-M3处理器支持两种工作模式:–线程模式–处理模式•Cortex-M3处理器有两种工作状态：–Thumb状态–调试状态1-25北京源智天下科技有限公司联系方式：特权访问和用户访问•Cortex-M3处理器代码可以是特权执行或非特权执行。•线程模式在复位之后为特权访问。•这里需要注意的是，处理模式始终是特权访问的。1-26北京源智天下科技有限公司联系方式：数据类型•Cortex-M3处理器支持以下数据类型：–32位字–16位半字–8位字节1-27北京源智天下科技有限公司联系方式：存储器格式•Cortex-M3处理器将存储器看作从0开始向上编号的字节的线性集合。•小端格式•大端格式1-28北京源智天下科技有限公司联系方式：开发调试工具综述•ARM的开发调试工具主要包括两方面：–硬件–软件联系方式：北京源智天下科技有限公司性格决定命运,专注成就人生源智天下