嵌入式接口与应用技术

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1、嵌入式系统原理与接口技术NEUSOFTInstituteofinformationTechnology.ChengDu成都东软信息技术学院计算机系杨宗德028-82878167yangzongde@ccniit.comYangzd@neusoft.com嵌入式系统的软/硬件框架冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构CISC与RISCIP核流水线存储器系统嵌入式系统硬件基础冯·诺依曼体系结构模型指令寄存器控制器数据通道输入输出中央处理器存储器程序指令0指令1指令2指令3指令4数据数据0数据1数据2哈佛体系结构指令寄存器控制器数据通道输入输

2、出中央处理器程序存储器指令0指令1指令2数据存储器数据0数据1数据2地址指令地址数据ARM简介ARM（AdvancedRISCMachines）系列微处理器，采用的ARM技术知识产权（IP）核都是由ARM公司提供的。ARM公司本身不生产芯片，转让设计许可，由合作公司生产各具特色的芯片。ARM32位体系结构目前被公认为是嵌入式应用领域领先的32位嵌入式RISC微处理器结构。从版本1到版本6，ARM体系的指令集功能不断扩大。ARMLtd成立于1990年11月前身为Acorn计算机公司AdvanceRISCMachine(ARM)主要设

3、计ARM系列RISC处理器内核授权ARM内核给生产和销售半导体的合作伙伴ARM公司不生产芯片IP(IntelligenceProperty)另外也提供基于ARM架构的开发设计技术软件工具,评估板,调试工具,应用软件,总线架构,外围设备单元，等等ARM处理器系列ARM7系列ARM9系列ARM9E系列ARM10E系列SecurCore系列Inter的XscaleInter的StrongARM1.4命名的含义标志含义说明T支持Thumb指令集Thumb指令集版本1：ARMv4TThumb指令集版本2：ARMv5TThumb-2：ARMv

4、6TD片上调试M支持长乘法32位乘32位得到64位，32位的乘加得到64位IEmbeddedICEEDSP指令增加了DSP算法处理器指令：16位乘加指令，饱和的带符号数的加减法，双字数据操作，cache预取指令JJava加速器Jazelle提高java代码的运行速度S可综合提供VHDL或Verilog语言设计文件ARM授权费IPARM创造和设计IPPartner产品，例如：芯片Partner把ARMIP和其他IP集成进产品OEMCustomer版权费单价OEM用来自ARMPartner的芯片设计制造最终用户产品业务拓展/市场格局A

5、RM的业务模型ARM处理器结构从一下四个方面介绍：ARM和Thumb状态RISC技术流水线技术超标量执行ARM和Thumb状态V4版以后有：32位ARM指令集16位Thumb指令集，功能是ARM指令集的功能子集。ARM7TDMI核以后，T变种的ARM微处理器有两种工作状态：ARM状态Thumb状态。ARM与Thumb状态转换在程序的执行过程中，微处理器可以随时在两种工作状态之间切换，并且该转变不影响处理器的工作模式和相应寄存器中的内容。进入Thumb状态：当操作数寄存器的状态位（位[0]）为1时，执行BX指令。进入ARM状态：当操

6、作数寄存器的状态位（位[0]）为0时，执行BX指令。CISC和RISCCISC：复杂指令集（ComplexInstructionSetComputer）具有大量的指令和寻址方式8/2原则：80%的程序只使用20%的指令大多数程序只使用少量的指令就能够运行。RISC：精简指令集（ReducedInstructionSetComputer)在通道中只包含最有用的指令确保数据通道快速执行每一条指令使CPU硬件结构设计变得更为简单知识产权核(IP核,intellectualproperty)识产权知识产权(IP)电路或核是设计好并经过验证

7、的集成电路功能单元IP复用意味着设计代价降低（时间，价格）IP核的类别:微处理器微处理器:ARM,PowerPC;存储器存储器:RAM,memorycontroller;外设:PCI,DMAcontroller;多媒体处理:MPEG/JPEG;encoder/decoder;数字信号处理器(DSP)通信:Ethernetcontroller,router,IP核的种类SoftCores(“code”)（软核）HDL语言描述灵活度高，可修改与工艺独立，可根据具体的加工工艺重新综合；IP很难保护Firmcores(“code+stru

8、cture”)(固核）逻辑综合后的描述与工艺相关Hardcores(“physical”)(硬核）物理综合后的描述准备流片包含工艺相关的布局和时序信息IP很容易保护多数的处理器和存储器IP核的商业模型三种模式一、计者提供设计和工具的许可证DSPGr