[计算机硬件及网络]计算机控制-嵌入式arm微处理器及其开发

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1、嵌入式ARM处理器及其开发主讲教师：叶春生csye@mail.hust.edu.cnTel:027-87558370华中科技大学材料学院嵌入式ARM处理器及其开发ARM处理器概述ARM硬件体系结构ARM处理器内部结构开发工具与开发流程介绍12343ARMLtd成立于1990年11月前身为Acorn计算机公司AdvanceRISCMachine(ARM)主要设计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

2、,调试工具,应用软件,总线架构,外围设备单元，等等RISC（reducedinstructionsetcomputer，精简指令集计算机）ARM的业务模型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：ARMv6TD片上调试M支持长乘法32位乘32位

3、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语言设计文件嵌入式ARM处理器及其开发ARM处理器概述ARM硬件体系结构ARM处理器内部结构开发工具与开发流程介绍1234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出

4、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CPU主存储器中央处理部件输入设备输出设备键盘鼠标器……显示器打印机……辅助（外部）存储设备磁盘机、磁带机、光盘机等输入输出输入输出控制器运算器冯·诺依曼计算机的硬件结构微处理器、存储器加上I/O接口电路组成微型计算机。各部分通过地址总线（AB）、数据总线（DB）和控制总线（CB）相连。现代微型计算机的组成1.直观描述①图灵机的计算装置：一条两端可无限延长的带子，一个读写头，一组控制指令。┄bb10100010bb┄状态q1读写头控制指令读写头可以沿带子方向左右移动，

5、并可以在每个方格上进行读写。图灵机②带子上的符号为一个有穷字母表：{S0,S1,S2,¨¨,Sp}通常仅有S0、S1两个字符，其中：S0→0，S1→1这可加深对布尔值、二进制机器的理解。③机器的控制状态：{q1,q2,¨,qn}图灵机的初始状态设为q1,结束状态设为qn图灵机④五元组指令集合：(qiSjSkR(LN)qn)qi表示机器目前所处的状态；Sj表示机器从方格中读入的符号；Sk表示机器用来代替Sj写入方格的符号；R,L,N表示右移一格,左移一格,不移动；qn表示下一步机器的状态。一个给定机器的程序是机器内的五元组形式的指令集，它定义了机器在

6、特定状态下读入一个特定字符时所采取的动作。图灵机2.工作原理机器从给定带子上的某起点出发，其动作完全由其初始状态值及机内五元组指令集来决定。计算结果是从机器停止时带子上的信息得到。指令死循环：q1S2S2Rq3q3S3S3Lq1指令二义性：q3S2S2Rq4q3S2S4Lq6图灵机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（ReducedInstructionSetCo

7、mputer)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ARM处理器的指令三级流水线ARM处理器的指令五级流水线嵌入式ARM处理器及其开发ARM处理器概述ARM硬件体系结构ARM处理器内部结构开发工具与开发流程介绍1234ARM710结构框图2021/7/23北京大学出版社出版20ARM7功能图2021/7/23北京大学出版社出版21ARM920功能结构图S3C2410内部结构图IntelPXA270应用系统框图示例嵌入式STM32微处理器STM32系列32位闪存微控制器使用来自于ARM公司具有突破性的

8、Cortex-M3内核，该内核是专门设计于满足集高性能、低功耗、实时应用、具有竞争性价格于一体的嵌入式领域的要求。Cort