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1、-ARM处理器是当今应用最为广泛的处理器芯片，它功耗小、成本低、性能优越，在消费电子类产品中占据主导地位。Linux操作系统近年来Linux移植/ARM在嵌入式领域中发展很快，由于其强大的性能和开源免费的特点，越来越受到嵌入式系统开发商的青睐，信息家电、网络设备、手持终端等都是嵌入式Linux应用的广大市场。由於節能的特點，ARM處理器非常適用於行動通訊領域，符合其主要設計目標為低耗電的特性。在今日，ARM家族佔了所有32位元嵌入式處理器75%的比例http:/ 支援智慧型手機、PDA和其他手持裝置最常見的架構是ARMv4。XScale 和 ARM926 處理器是ARMv5TE，而且比起建構在
2、 ARMv4 的 StrongARM、ARM925T 和 ARM7TDMI 等處理器還更常見於許多高階裝置上Template:Fact。ARM9 ARM9系列处理器是英国ARM公司设计的主流嵌入式处理器，主要包括ARM9TDMI和ARM9E-S等系列。以手机应用为例，2G手机只需提供语音及简单的文字短信功能，而目前的25G和未来的3G手机除了提供这两项功能外，还必须提供各种其他的应用功能。主要包括：(1)无线网络设备：手机上网、电子邮件及其他定位服务等功能；(2)PDA功能：含有用户操作系统(Windows CE、Symbian OS、Linux等)及其他功能；(3)高性能功能：音频播放器、视
3、频电话、手机游戏等。在25G和3G的应用中ARM9已经全面替代了ARM7。因为ARM9的新特性能够满足各种新需求的同时减少产品研发时间并降低研发费用。新一代的ARM9处理器，通过全新的设计，采用了更多的晶体管，能够达到两倍以上于ARM7处理器的处理能力。这种处理能力的提高是通过增加时钟频率和减少指令执行周期实现的。 1 时钟频率的提高 ARM7处理器采用3级流水线，而ARM9采用5级流水线，如图1、2、3所示。增加的流水线设计提高了时钟频率和并行处理能力。5级流水线能够将每一个指令处理分配到5个时钟周期内，在每一个时钟周期内同时有5个指令在执行。在同样的加工工艺下，ARM9TDMI处理器的时钟
4、频率是ARM7TDMI的1822倍。 2 指令周期的改进指令周期的改进对于处理器性能的提高有很大的帮助。性能提高的幅度依赖于代码执行时指令的重叠，这实际上是程序本身的问题。对于采用最高级的语言，一般来说，性能的提高在30左右。 21 loads 指令矛n stores指令指令周期数的改进最明显的是loads指令和stores指令。从ARM7到ARM9这两条指令的执行时间减少了30。指令周期的减少是由于ARM7和ARM9两种处理器内的两个基本的微处理结构不同所造成的。 (1)ARM9有独立的指令和数据存储器接口，允许处理器同时进行取指和读写数据。这叫作改进型哈佛结构。而ARM7只有数据存储器接口
5、，它同时用来取指令和数据访问。 (2)5级流水线引入了独立的存储器和写回流水线，分别用来访问存储器和将结果写回寄存器。以上两点实现了一个周期完成loads指令和stores指令。 22 互锁(interlocks)技术当指令需要的数据因为以前的指令没有执行完而没有准备好就会产生管道互锁。当管道互锁发生时，硬件会停止这个指令的执行，直到数据准备好为止。虽然这种技术会增加代码执行时间，但是为初期的设计者提供了巨大的方便。编译器以及汇编程序员可以通过重新设计代码的顺序或者其他方法来减少管道互锁的数量。 23 分枝指令 ARM9和ARM7的分枝指令周期是相同的。而且ARM9TDMI和ARM9E-S并没
6、有对分枝指令进行预测处理。 3 ARM9结构及特点以ARM9E-S为例介绍ARM9处理器的主要结构及其特点。ARM9E-S的结构如图4所示。其主要特点如下： (1)32bit定点RISC处理器，改进型ARMThumb代码交织，增强性乘法器设计。支持实时(real-time)调试； (2)片内指令和数据SRAM，而且指令和数据的存储器容量可调； (3)片内指令和数据高速缓冲器(cache)容量从4K字节到1M字节； (4)设置保护单元(protcction unit)，非常适合嵌入式应用中对存储器进行分段和保护； (5)采用AMBA AHB总线接口，为外设提供统一的地址和数据总线； (6)支持外
7、部协处理器，指令和数据总线有简单的握手信令支持； (7)支持标准基本逻辑单元扫描测试方法学，而且支持BIST(built-in-self-test)； (8)支持嵌入式跟踪宏单元，支持实时跟踪指令和数据。 4 ARM9的典型应用 TI公司的OMAP730是最新的无线通信基带信号处理器。该处理器是TI的GPRS Class 12通信模块与专用于应用处理的ARM926通用处理器(GPP)的集成。由于GPP的速度可达200MHz，因此OMAP730具有两倍于上一代OMAP710处理器的应用处理性能。如同所有的OMAP处理器一样，OMAP730可支持领先的移动操作系统，其中包括Microsoft的智能
8、电话与Pocket PC PhoneEdition、Svmbian OS与Series 60、Palm OS以及Linux。 TI OMAP730结构如图5所示。其中ARM926TEJ处理器的主要特性包括：(1)最高频率200MHz；(2)16KB指令高速缓存，8KB数据高速缓存；(3)硬件JAVA加速；(4)扩展多媒体指令集结构。 ARM微处理器是一种高性能、低功耗的32位微处器，它被广泛应用于嵌入式系统中。ARM9代表了ARM公司主流的处理器，已经在手持电话、机顶盒、数码像机、GPS、个人数字助理以及因特网设备等方面有了广泛的应用。 嵌入式系统，是一种完全植入受控器件内部的为特定应用设计的
9、专用计算机系统。有别于通用计算机系统，嵌入式系统的外形尺寸、功耗、外部接口等各种特征必须满足应用的要求和限制。通常嵌入式系统的软件包括操作系统燒錄在一塊電路板上。也有另一種嵌入式系統，利用低用電的CPU及最基本的電腦週邊配備而製成。這種電腦通常採用Linux操作系統。嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。 嵌入式系统一般指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处
10、理器微处理器、存储器及外设器件和IO端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件（OS）（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。有时设计人员把这两种软件组合在一起。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。 嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般就具备以下4个特点： 1）对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。 2）具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有
11、利于软件诊断。 3）可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应的最高性能的嵌入式微处理器。 4）嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW甚至W级。 嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下特点： 1.嵌入式系统通常是面向特定应用的嵌入式CPU与通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，跟网络的耦合也越来越紧密。 2.嵌入式系统是
12、将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。 3.嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力 4.嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。 5.为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。 6.嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即
13、使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。 嵌入式系统简介 何为嵌入式系统 嵌入式系统本身是一个相对模糊的定义。目前嵌入式系统已经渗透到我们生活中的每个角落，工业、服务业、消费电子，而恰恰由于这种范围的扩大，使得“嵌入式系统”更加难于明确定义。 举个简单例子：一个手持的mp3是否可以叫做是嵌入式系统呢？答案肯定是“是”。另外一个PC104的微型工业控制计算机你会认为它是嵌入式系统吗？当然，也是，工业控制是嵌入式系统技术的一个典型应用领域。然而比较两者，你也许会发现二者几乎完全不同，除了其中都嵌入有微处理器。那是否可以说嵌入着微处理器的设备就
14、是嵌入式系统？那鼠标中也有单片机，能叫嵌入式系统嘛？ 那到底什么是嵌入式系统？莫非嵌入式系统只是一个难以定义的抽象概念？ 嵌入式系统的历史 虽然嵌入式系统是近几年才风靡起来的，但是这个概念并非新近才出现。从20世纪七十年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器，微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有了近30年的发展历史。 作为一个系统，往往是在硬件和软件交替发展的双螺旋的支撑下逐渐趋于稳定和成熟，嵌入式系统也不例外。 嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。70年代单片机的出现，使得汽车、家电、工业机器、通信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便
15、宜。这些装置已经初步具备了嵌入式的应用特点，但是这时的应用只是使用位的芯片，执行一些单线程的程序，还谈不上“系统”的概念。 提示：最早的单片机是Intel公司的 8048，它出现在1976年。Motorola同时推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列，这些早期的单片机均含有256字节的RAM、4K的ROM、4 个8位并口、1个全双工串行口、两个16位定 时 器。之后在80年代初，Intel又进一步完善了8048，在它的基础上研制成功了8051，这在单片机的历史上是值得纪念的一页，迄今为止，51系列的单片机仍然是最为成功的单片机芯片，在各种产品中有着非常广泛的应用。 从80年代早期开始，嵌入式系统的程序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用软件，这使得可以获取更短的开发周期，更低的开发资金和更高的开发效率，“嵌入式系统”真正出现了。确切点说，这个时候的操作系统是一个实时核，这个实时核包含了许多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务间通讯、同步与相互排斥、中断支持、内存管理等功能。其中比较著名的有Ready System 公司的VRTX、Integrated System Incorporation (ISI)的PSOS和
