嵌入式微处理器概述课件

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1、1,基于ARM的嵌入式硬件设计广嵌教育,2,第一章 嵌入式微处理器概述,概述：嵌入式系统概念 1.1 嵌入式微处理器的种类 1.2 嵌入式微处理器的特点 1.3 ARM处理器的特点 1.4 ARM的应用领域 1.5 ARM处理器系列,3,嵌入式系统概念,嵌入式系统： 以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，以适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等有严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统组成： 硬件：微处理器、存储器、I/O接口和输入输出设备。 软件： Embedded RTOS（RealTime Operating System）、应用软件。,4,嵌入式系统的硬件组成,电源模块

2、,时钟模块,复位电路,外围电路,微处理器 MPU,Flash,SDRAM,JTAG,外设,USB,LCD,键盘,其他,通信模块,5,嵌入式系统的软件结构,6,嵌入式系统的特性,硬件特性 体积小、集成效率高。 面向特定的应用。 功耗低、电磁兼容性好。 软件特性 嵌入式软件的开发与硬件紧密相关。 软件代码要求高效率和高可靠性。 软件一般固化在Flash或Rom中。 软件系统具有高实时性。 一般采用C语言开发。,7,嵌入式系统的软/硬件框架,8,嵌入式系统设计流程,嵌入式系统设计流程： 1.需求分析 2.体系结构设计 3.硬件的设计、制作及测试 4.软件的设计、实现及测试 5.系统集成 6.系统性能

3、测试及可靠性测试,9,1.1嵌入式微处理器的种类 概述,嵌入式系统上的处理器单元称为嵌入式微处理器。嵌入式微处理器是嵌入式系统硬件的核心、运行嵌入式系统的系统软件和应用软件。 嵌入式微处理器含有： 处理器内核 地址总线 数据总线 控制类总线 处理器本身的辅助支持电路，如时钟、复位电路等 片上I/O接口电路,10,1.1嵌入式微处理器的种类,嵌入式微处理器内核： MIPS Core:只设计内核的一家美国公司 ARM Core:只设计内核的一家英国公司 PowerPC Core:IBM&Motorola&apple 68K/ColdFire: Motorola X86 Core : Intel公司

4、,11,68K/Coldfire,MC683XX:如：MC68360，内部集成了微处理器和一些控制领域的常用外围组件。主要应用于集线器，调制解调器，网桥和网关 等通信领域。 MCF5XXX：如：MCF5272主要应用于互联网设备、LAN电话技术、低端网络控制、工业控制、图像和存储等领域 。,12,PowerPC,PowerPC内核被Motorola用于嵌入式领域，至今，已经形成在通信领域用得最广泛得处理器内核。该内核被Motorola设计到SOC芯片之中，形成了一个巨大的嵌入式处理器家族。 中兴、华为等在其通信产品中大量采用PowerPC系列处理器。MPC860和MPC8260是最经典的两款P

5、owerPC内核的嵌入式处理器。,13,MIPS,MIPS技术公司是一家设计制造高性能、高档次及嵌入式32位和64位处理器的厂商。 MIPS-Microprocessor without Interlocked Piped Stages(无内部互锁流水级的微处理器）。 应用领域：游戏机、路由器、激光打印机、掌上电脑等。,14,嵌入式系统开发的要素,计算机体系结构基础知识 数字逻辑电路设计知识 C/C+编程知识 TCP/IP网络知识,15,1.2嵌入式微处理器的特点,嵌入式微处理器和通用处理器比较 价格便宜 特定的功能 体积小 能耗低 使用方便,16,1.3 ARM处理器的特点,ARM的含义：英

6、文缩写为Advanced RISC Machine 。 ARM是一种通用的32位RISC处理器。 32位是指处理器的数据总线是32位的，相比16位的同频处理器性能更加强大。 RISC是一种指令集，也指采用该指令集的处理器，英文缩写：Reduced Instruction Set Computer, 代码效率高。 ARM是一种功耗很低的高性能处理器。 例如：ARM7TDMI具有每瓦产生690MIPS的能力，已被证明在工业界处于领先水平。,17,1.3 ARM处理器的特点,ARM公司并不生产芯片，而是将ARM的技术授权给其它公司生产芯片。 ARM本质上并不是一种芯片，而是一种芯片结构技术，不涉及到

7、芯片生产工艺。 授权生产ARM芯片的公司采用不同的半导体技术，面对不同的应用进行扩展和集成，标有不同系列号。 ARM是一种可扩展、可移植、可集成的处理器。,18,1.3 ARM处理器的特点,体积小、低功耗、低成本、高性能； 支持 Thumb （ 16 位） 和ARM （ 32 位）双指令集； 大量使用寄存器，指令执行速度更快； 大多数数据操作都在寄存器中完成； 寻址方式灵活简单，执行效率高； 指令长度固定； 对操作系统的支持广泛。,19,1.4 ARM处理器的应用领域,嵌入式控制 汽车、电子设备、保安设备、大容量存储器、调制解调器、打印机。 数字消费产品 数码相机、数字式电视机、游戏机、GPS

8、、机顶盒、MP4。 便携式产品 手提式计算机、移动电话、PDA、灵巧电话 网络设备 VOIP、Wireless、xDSL 注：2002年度，ARM占微处理器市场的78.5，200多家半导体厂商买了ARM内核，80以上的GSM手机采用ARM微处理器，99的CDMA手机采用ARM微处理器。,20,1.5 ARM处理器系列,ARM7 系列 ARM9 系列 ARM9E 系列 ARM10E 系列 SecurCore 系列 Intel 的 Xscale Intel 的 StrongARM,21,ARM7 系列微处理器,ARM7 系列微处理器的主要应用领域为：工业控制、Internet 设备、 网络和调制解

9、调器设备、移动电话等多种嵌入式应用。 ARM7 系列微处理器包括如下几种类型的核： ARM7TDMI 、 ARM7TDMI-S 、ARM720T 、 ARM7EJ 。 T ：支持 16 位压缩指令集 Thumb ； D ：支持片上 Debug ； M ：支持长乘法指令； I ：嵌入式 ICE ，支持片上断点和调试点； S：可综合（synthesizable）； E：支持增强的DSP指令 ； J：支持java加速器Jazelle. 特点： 能够提供 0.9MIPS/MHz 的三级流水线结构。 主频最高可达 130MIPS,22,ARM9 系列微处理器,主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶

10、盒、高端打印 机、数字照相机和数字摄像机等。 ARM9 系列微处理器包含 ARM920T 、 ARM922T 和 ARM940T 三种类型，以适用于不同的应用场合。 特点： 5 级整数流水线，指令执行效率更高。 提供 1.1MIPS/MHz 的哈佛结构。 全性能的 MMU。 支持数据 Cache 和指令 Cache ，具有更高的指令和数据处理能力。 支持Windows CE、Linux、uC/OS-II、VxWorks等多种主流嵌入式操作系统。,23,ARM9E 系列微处理器,ARM9E 系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费 品、成像设备、工业控制、存储设备和网络设备等领域。 ARM

11、9E 系列微处理器包含 ARM926EJ-S 、 ARM946E- S和 ARM966E-S 三种类型，以适用于不同的应用场合。 特点： 支持 DSP 指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。 5 级整数流水线，指令执行效率高。 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集 支持 VFP9 浮点处理协处理器。 全性能的 MMU ，支持多种主流嵌入式操作系统。 主频最高可达 300MIPS。,24,ARM10E 系列微处理器,ARM10E系列微处理器具有高性能、低功耗的特点，由于采用了新 的体系结构，与同等的ARM9器件相比较，在同样的时钟频率下，性能提 高了近50，并且有更低的功耗。 AR

12、M10E 系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费 品、成像设备、工业控制、通信和信息系统等领域。 ARM10E 系列微处理器包含 ARM1020E 、 ARM1022E和 ARM1026EJ-S 三种类型，以适用于不同的应用场合。 特点： 6 级整数流水线，指令执行效率更高 支持 DSP 指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合 支持 VFP10 浮点处理协处理器 全性能的 MMU ，支持多种主流嵌入式操作系统。 主频最高可达 400MIPS 具有极低的功耗,25,SecurCore 系列微处理器,SecurCore 系列微处理器主要应用于一些对安全性要求较高 的应用产品及应用系统，如

13、电子商务、电子政务、电子银行业务、 网络和认证系统等领域。 SecurCore 系列微处理器包含 SecurCore SC100 、 SecurCore SC110 、 SecurCore SC200 和 SecurCore SC210 四种类型，以适用于不同的应用场合。 特点： 提供了对安全解决方案的支持 带有灵活的保护单元，以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,26,StrongARM 处理器与Xscale 处理器,StrongARM 处理器系列 Intel StrongARM SA-1100 处理器是采用 ARM

14、 体系结构高度集成的 32 位 RISC 微处理器。采用5级流水线，它融合了 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。 Intel StrongARM 处理器是便携式通讯产品和消费类电子产品的理想选择，已成功应用于多家公司的掌上电脑系列产品。 Xscale 处理器 Xscale 处理器是基于 ARMv5TE 体系结构的解决方案，是一款全性能、高性价比、低功耗的处理器。功耗0.1mW1.6W，工作频率可达1GHz。它支持 16 位的 Thumb 指令和 DSP 指令集，已使用在数字移动电话、个人数字助理和网络产品等场合。 Xscale 处理器是 Intel 目前主要推广的一款 ARM 微处理器。,27,The end Thank you,