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1、第四章 嵌入式处理器介绍,授课教师：李英祥 电邮地址：,,2,内容提纲,1. 重要概念 2. 嵌入式处理器的分类 3.典型嵌入式处理器 4. 32位嵌入式处理器的发展趋势,,3,1. 重要概念,冯.诺依曼结构 哈佛结构 流水线技术 CISC和RISC,,4,冯.诺依曼结构,是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的处理器结构；因此程序指令和数据的宽度相同； 如：Intel 8086、ARM7、MIPS处理器等,,5,哈佛结构,是一种将程序指令存储器和数据存储器分开的处理器结构，指令和数据可以有不同的数据宽度；具有较高的效率； 如摩托罗拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ARM1
2、0系列等。,,6,流水线技术,是一种将每条指令分解为多步，并让各步操作重叠，从而实现几条指令并行处理的技术； 程序中的指令仍是一条条顺序执行，但可以预先取若干条指令，并在当前指令尚未执行完时，提前启动后续指令的另一些操作步骤，从而可加快程序的运行速度；,,7,几个指令可以并行执行 提高了CPU的运行效率,,8,采用多条流水线结构,,9,CISC和RISC,嵌入式微处理器可以分为两类：CISC和RISC； CISC（Complex Instruction Set Computer）：复杂指令系统计算机； RISC（Reduced Instruction Set Computer）：精简指令系统计
3、算机；,,10,,11,2. 嵌入式处理器的分类,嵌入式微处理器（MPU) 嵌入式微控制器（MCU) 嵌入式DSP处理器（DSP) 嵌入式片上系统（SoC),,12,嵌入式微处理器 MPU,装配在专用电路板上，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除冗余功能，以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求； 在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面相对通用计算机的CPU都作了各种增强； 目前主要有ARM 、MIPS 、POWER PC、 68K等系列；,,13,嵌入式微控制器MCU,将整个计算机系统集成到一块芯片中，如单片机； 一般以某种微处理器内核为核心，芯片内部集成了ROM、FLASH、RAM
4、、定时器、I/O、A/D、D/A等各种必要的功能和外设； 优点：大大减小了体积、降低了功耗和成本、提高了可靠性； 主要有：8051、P51XA、MCS-96/196/296、C166/167、MC68300等；,,14,嵌入式DSP处理器,对系统结构和指令进行了特殊设计，系统结构硬件上采用了Harvard（哈佛）结构和专用的硬件乘法器； 指令为快速DSP指令（属RISC精简指令集） 使其适合于对处理器运算速度要求较高的应用领域； 代表产品：Texas Instruments 公司的TMS320系列、Motorola 的DSP56000系列,,15,片上系统SOC,SOC: 在一个硅片上包含一个
5、或者多个处理器、存储器、模拟电路模块、数/模混合信号模块以及片上可编程逻辑; 嵌入式片上系统可以分为通用和专用两类: 通用系列包括Siemens公司的TriCore Motorola公司的M-Core 某些ARM系列器件等; 专用SoC一般专门用于某个或者某类系统中，一般不为用户所知，如PHILIPS公司的Smart XA;,,16,3. 典型嵌入式处理器,概述 51单片机系列 MPC/PPC系列 ARM处理器系列 ARM处理器兼容系列,,17,概述,目前主流的嵌入式处理器系列主要有51系列、MIPS系列、PowerPC系列、Super H系列和ARM系列等； 属于这些系列的嵌入式微处理器产品
6、很多，有上千种以上；,,18,Embedded RISC Processor Shipments,,19,51单片机系列,为经典的 8位嵌入式微控制器； 特点：成本低、可靠性高； 缺点：功能、性能也较简单；,,20,MPC/PPC系列,Motorola推出的MPC系列，如MPC8XX； IBM推出PPC系列，如PPC4XX； 如：IBM PowerPC集成10/100Mbps以太网控制器、串行和并行端口、内存控制器以及其它外设； 主要应用在通信及消费电子领域；,,21,ARM处理器,ARM公司 ARM处理器版本 ARM处理器特点 ARM7内核简介 ARM9 系列微处理器 SecurCore内核
7、系列 StrongARM与Xscale,,22,ARM公司简介,ARM（Advanced RISC Machine）公司是一家专门从事芯片IP设计与授权业务的英国公司，其产品有ARM内核以及各类外围接口； 公司的特点是只设计芯片，而不生产，它将技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，并提供服务； ARM内核是一种32位RISC微处理器，具有功耗低、性价比高、代码密度高等三大特色；,,23,Intel、Samsung、TI、Motorola、ST等的芯片厂商都是ARM的授权用户； ARM已成为业界公认的嵌入式微处理器标准；,将技术授权给其它芯片厂商,形成各具特色的ARM芯片,,24,
8、经过近20年的发展，ARM体系结构发展日趋成熟，功能越来越强，应用领域越来越广泛； 从最初到现在，已经有六个主要的版本：ARMv1, ARMv2, ARMv3, ARMv4, ARMv5，ARMv6； ARMv1系列的CPU主要还是作为研究之用，后面几种都得到了较为广泛的应用； 特别是ARMv4系列的CPU目前仍然是ARM芯片的主要开发版本；,ARM处理器版本,,25,,26,ARM处理器特点,寄存器：具有更多的通用寄存器； 流水线：将指令处理过程分为多步，提高效率； 低功耗：对于电池供电的设备，功耗无疑是重点； 高代码密度：小的代码量可以减小存储成本； 小面积：芯片内可以集成更多的外设，使系
9、统硬件更紧凑简洁； 价格低：降低开发难度和成本；,,27,ARM7内核简介,该系列包括：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、带有高速缓存处理器宏单元的ARM720T、扩充了Jazelle的ARM7EJ-S； ARM7系列广泛应用于多媒体和嵌入式设备，包括Internet设备、网络和调制解调器设备，以及移动电话、PDA等无线设备；,,28,ARM7TDMI简介,ARM7TDMI基于ARM体系结构V4版本，支持32位寻址范围； ARM7TDMI的后缀意义为：,,29,ARM7TDMI的模块和内核框图,,30,ARM7TDMI的模块和内核框图,,31,ARM7TDMI的模块和内核框图,,32,A
10、RM9 系列微处理器,ARM9 系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能，具有以下特点： 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，支持数据Cache和指令Cache,具有更高的的指令和数据处理能力； 全性能的MMU支持Windows CE、Linux、Palm Os等多种主流嵌入式操作系统； 应用领域：无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒等,,33,三星S3C2410A,为Samsung公司推出的采用ARM920T内核，0.18um标准CMOS工艺的16/32位RISC处理器，提供了内部设备： 分开的16KB的指令Cache，MMU虚拟存储管理； L
11、CD控制器、系统管理器、3通道UART； 4通道DMA、4通道PWM定时器、I/O端口； RTC、8通道10位ADC和触摸屏接口； IIC-BUS接口、USB主机、USB设备； SD主卡&MMC卡接口； 2通道的SPI以及内部PLL时钟倍频器；,,34,,35,SecurCore内核系列,SecurCore系列微处理器专为安全需要而设计，提供了完善的32位RISC技术的安全解决方案； 具有ARM体系结构的低功耗、高性能的特点； 还具有其独特的优势，即提供了对安全解决方案的支持；,,36,SecurCore的特点,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
12、； 主要应用于对安全性要求较高的应用产品及系统，如电子商务、电子政务、电子银行、认证系统等领域； SecurCore系列包含SecurCore SC100、Secur Core SC110、SecurCore SC200和SecurCore SC210四种类型，以适用于不同的应用场合；,,37,StrongARM微处理器系列,Inter StrongARM SA-1100处理器是采用ARM体系结构高度集成的32位RISC微处理器； 它融合了Inter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； 已成功应用于多家
13、公司的掌上电脑系列产品；,,38,Xscale处理器,Scale 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； 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;,,39,PXA255处理器结构框图 (Xscale),,40,4. 32位嵌入式处理器的发展趋势,高度集成化的SoC趋势 软核与硬核同步发展的SOPC（可编程片上系统）技术 与DSP技术融合 开发核调试手段不断完善 ,,41,本章内容小结,本章阐述了嵌入式处理器的基本特征； 介绍了嵌入式处理器的类型及典型嵌入式处理器的特性； 特别是对ARM处理器及ARM兼容处理器作了介绍； 指出了嵌入式处理器的发展趋势。,,42,本章内容小结,
