嵌入式系统 课件 ARM微控制器基础与实战3.ppt

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1、第2章ARM体系结构参考书：《ARM嵌入式处理器结构与应用基础》马忠梅，马广云，徐英慧，等12．1ARM体系结构概述2．1．1ARM体系结构的特点0、概述：ARM公司ARM即AdvancedRISCMachines的缩写。ARM公司是知识产权(IP)供应商，成立于1990。ARM公司本身不生产芯片，靠转让设计许可，由合作伙伴公司来生产各具特色的芯片。ARM作为32位嵌入式RISC微处理器业界的领先供应商，商业模式的强大之处在于它在世界范围有超过100个合作伙伴——包括半导体工业的著名公司，从而保证了大量的开

2、发工具和丰富的第三方资源，它们共同保证了基于ARM处理器核的设计可以很快投入市场。2ARM处理器的3大特点是：耗电少，成本低，功能强；16／32位双指令集；全球众多合作伙伴保证供应。ARM体系结构基于精简指令集计算机(RISC)原理。传统的CISC指令集计算机随着计算机的发展引入了各种各样的复杂指令,使得指令集和为实现这些指令的计算机体系结构越来越复杂,已经不堪重负。经过大量的研究和分析,发现在CISC的指令集中,各种指令的使用频度相差悬殊。大概有20%的指令被反复使用,使用量约占整个程序的80%;而有80

3、%左右的指令则很少使用,其使用量约占整个程序的20%。这就是所谓的20%—80%规律。3RISC指令集和相关的译码机制比复杂指令集计算机(CISC)的设计更简单。这种简单性得到了：高指令吞吐率；出色的实时中断响应；体积小、性价比高的处理器宏单元。16位Thumb指令集，允许软件16位编码使占用的存储器空间节省高达35％，然而保留了32位系统所有的优势。4ARM还提供了两个前沿特性——嵌入式ICE—RT逻辑和嵌入式跟踪宏核系列，用于辅助嵌入式处理器核的、高集成的SoC器件的调试。允许在代码的任何部分——甚至在

4、ROM中设置断点。ARM当前有5个产品系列：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10和SecurCore。进一步的产品来自于合作伙伴，例如IntelXScale微体系结构和StrongARM产品。51．ARM的RISC型处理器结构中央控制器没有采用微程序的方式。采用了硬接线PLA的方式。减少复杂功能的指令，选用使用频度最高的指令；简化处理器的结构，减少处理器的集成度；采用32位定长指令。除了单机器周期执行1条指令外，每条指令具有多种操作功能，提高了指令使用效率。采用流水线结构，使每一条指令平均在一个机器周

5、期内完成，以提高处理器的速度。采用多寄存器的结构，使指令的操作尽可能在寄存器之间进行。采用Load／Store结构，即只有Load／Store(加载／存储)指令可与存储器打交道，减少访问存储器的频度，节约指令执行时间。为了进一步提高指令和数据的存／取速度，有的还增加指令快存I—Cache和数据快存D—Cache；62．Thumb指令集新型ARM体系结构在32位指令集的基础上又定义了16位的Thumb指令集，可以使程序存储器更小。Thumb指令集比通常的8位和16位CISC／RISC处理器具有更好的代码密度，

6、而芯片面积只增加6％。73．多处理器状态模式ARM可以支持7种处理器模式：用户模式快中断模式中断模式管理模式中止模式系统模式未定义模式除了用户模式外，其余的均为特权模式。这是ARM的特色之一。多处理器模式可以大大提高ARM处理器的效率，并方便操作系统的设计。84．嵌入式在线仿真调试ARM体系结构的处理器芯片都嵌入了在线仿真ICE—RT逻辑由于ICE—RT逻辑的支持，便于通过JTAG来仿真调试ARM体系结构芯片，从而可以省去价格昂贵的在线仿真器。在处理器核中还集成了嵌入式跟踪宏单元（ETM），ETM可以用于监

7、控内部总线，实时跟踪指令和数据的执行。95．灵活和方便的接口ARM体系结构具有协处理器接口，这样，既可以使基本的ARM处理器内核尽可能小，又可以方便地扩充各种功能。ARM允许接16个协处理器。ARM处理器核具有片上总线AMBA(AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture)。AMBA定义了3组总线：先进高性能总线AHB(AdvancedHighperformanceBus)；先进系统总线ASB(AdvancedSystemBus)；先进外围总线APB(AdvancedPeri

8、pheralBus)。通过AMBA可以方便地扩充各种处理器及I／O，这样，可以把DSP、其他处理器和I／O接口(如UART、定时器和接口等)都集成在一块芯片中。106、低电压低功耗的设计由于ARM体系结构的处理器主要用于手持式嵌入式系统之中，ARM体系结构在设计中十分注意低功耗问题。CMOS电路的功耗关系：Pc=(1/2)·f·VDD2·∑Ag·CLg式中，f为时钟频率；VDD为工作电源电压；Ag是逻辑门在1个时