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1、嵌入式系统原理与开发Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望第二章第二章 嵌入式处理器嵌入式处理器2.1 2.1 引言引言 2.2 2.2 嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述 2.32.3 ARMARM处理器基础处理器基础 2.42.4 ARMARM指令系指令系统2.52.5 ARMARM程序程序设计基基础嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.1 2.1 引言引言嵌入式处理器是嵌入式系统最核心的部件。嵌入式处理器是嵌
2、入式系统最核心的部件。嵌入式处理器是嵌入式系统最核心的部件。嵌入式处理器是嵌入式系统最核心的部件。RISCRISC结构已经被证明是嵌入式处理器最适合的结构已经被证明是嵌入式处理器最适合的结构已经被证明是嵌入式处理器最适合的结构已经被证明是嵌入式处理器最适合的结构。结构。结构。结构。ARMARM处理器是真正意义上的处理器是真正意义上的处理器是真正意义上的处理器是真正意义上的RISCRISC结构的处理器，结构的处理器，结构的处理器，结构的处理器，且具有处理速度快、功耗低、价格便宜等方面的且具有处理速度快、功耗低、价格便宜等方面的且具有处理速度快、功耗低、价格便宜等方面的且具有处理速度快、功耗低、价
3、格便宜等方面的优点，得到了广泛使用。优点，得到了广泛使用。优点，得到了广泛使用。优点，得到了广泛使用。 嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.1 2.1 引言引言本章以本章以ARM处理器为例来介绍嵌入式处理处理器为例来介绍嵌入式处理器。器。在概要介绍处理器背景知识的基础上，主在概要介绍处理器背景知识的基础上，主要内容偏重于介绍处理器的指令系统和基要内容偏重于介绍处理器的指令系统和基于处理器的编程基础。于处理器的编程基础。嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系第二章第二章 嵌入
4、式处理器嵌入式处理器2.1 2.1 引言引言 2.2 2.2 嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述 2.32.3 ARMARM处理器基础处理器基础 2.42.4 ARMARM指令系指令系统2.52.5 ARMARM程序程序设计基基础嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.2嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述2.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类2.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类2.
5、22.2嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述嵌入式处理器嵌入式处理器嵌入式处理器嵌入式处理器嵌入式微控制器嵌入式微控制器嵌入式微控制器嵌入式微控制器（MCUMCU）嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式微处理器（MPUMPU）嵌入式嵌入式嵌入式嵌入式DSPDSP（DSPDSP）嵌入式片上系统嵌入式片上系统嵌入式片上系统嵌入式片上系统（SoCSoC）嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.嵌入式微控制器嵌入式微控制器(MicroController)(MicroController) 嵌入式微控制器
6、又称嵌入式微控制器又称嵌入式微控制器又称嵌入式微控制器又称单单片机，就是将整个片机，就是将整个片机，就是将整个片机，就是将整个计计算机系算机系算机系算机系统统集成到一集成到一集成到一集成到一块块芯片中。芯片中。芯片中。芯片中。 嵌入式微控制器将嵌入式微控制器将嵌入式微控制器将嵌入式微控制器将CPUCPU、存、存、存、存储储器（少量的器（少量的器（少量的器（少量的RAMRAM、ROMROM或两者都有）和其他外或两者都有）和其他外或两者都有）和其他外或两者都有）和其他外设设封装在同一片集成封装在同一片集成封装在同一片集成封装在同一片集成电电路里，因路里，因路里，因路里，因为为其片上外其片上外其片上
7、外其片上外设资设资源一般比源一般比源一般比源一般比较较丰富，适合于控制，因此称丰富，适合于控制，因此称丰富，适合于控制，因此称丰富，适合于控制，因此称为为微微微微控制器。控制器。控制器。控制器。2.2.12.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系例：例：Intel8085MicroprocessorIntroducedinIntroducedin197419748-bit8-bitarchitecturearchitectureStillusedinStill
8、usedinsomesomemicrocontrollermicrocontrollerapplications!applications!嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.嵌入式微控制器嵌入式微控制器(MicroController)(MicroController) 与嵌入式微与嵌入式微与嵌入式微与嵌入式微处处理器相比，微控制器的最大特点是理器相比，微控制器的最大特点是理器相比，微控制器的最大特点是理器相比，微控制器的最大特点是单单片化，片化，片化，片化，体体体体积积大大减小，从而使功耗和成本降低、可靠性提高。大大减小，从而
9、使功耗和成本降低、可靠性提高。大大减小，从而使功耗和成本降低、可靠性提高。大大减小，从而使功耗和成本降低、可靠性提高。 由于微控制器低廉的价格、由于微控制器低廉的价格、由于微控制器低廉的价格、由于微控制器低廉的价格、优优良的功能，所以良的功能，所以良的功能，所以良的功能，所以拥拥有的品有的品有的品有的品种和数量最多，是目前嵌入式系种和数量最多，是目前嵌入式系种和数量最多，是目前嵌入式系种和数量最多，是目前嵌入式系统统工工工工业业的主流。的主流。的主流。的主流。 2.2.12.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*
10、工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.嵌入式微控制器嵌入式微控制器(MicroController)(MicroController) 比比比比较较有代表性的通用系列包括有代表性的通用系列包括有代表性的通用系列包括有代表性的通用系列包括80518051、C166/167C166/167、MCS-251MCS-251、MCS-96/196/296MCS-96/196/296、P51XAP51XA、MCMC68HC05/11/12/1668HC05/11/12/16、6830068300等。等。等。等。半通用系列，如支持半通用系列，如支持半通用系列，如支持半通用系列，如支持US
11、BUSB接口的接口的接口的接口的MCU8XC930/931MCU8XC930/931、C540C540、C541C541；支持；支持；支持；支持I I2 2C C、CANCAN、LCDLCD及众多及众多及众多及众多专专用用用用MCUMCU和和和和兼容系列。兼容系列。兼容系列。兼容系列。 2.2.12.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.嵌入式微处理器嵌入式微处理器(MicroProcessorUnit)(MicroProcessorUnit) 嵌入式微嵌
12、入式微嵌入式微嵌入式微处处理器是由通用理器是由通用理器是由通用理器是由通用计计算算算算机中的机中的机中的机中的CPUCPU演演演演变变而来的。而来的。而来的。而来的。 与通用与通用与通用与通用计计算机算机算机算机处处理器不同，在理器不同，在理器不同，在理器不同，在实际应实际应用中，嵌入式系用中，嵌入式系用中，嵌入式系用中，嵌入式系统统将微将微将微将微处处理器装配在理器装配在理器装配在理器装配在专门设计专门设计的的的的电电路板上，路板上，路板上，路板上，只保留与嵌入式只保留与嵌入式只保留与嵌入式只保留与嵌入式应应用用用用紧紧密相关的密相关的密相关的密相关的功能硬件，以功能硬件，以功能硬件，以功能
13、硬件，以满满足嵌入式系足嵌入式系足嵌入式系足嵌入式系统统体体体体积积小、功耗低的特殊要求。小、功耗低的特殊要求。小、功耗低的特殊要求。小、功耗低的特殊要求。 2.2.12.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.嵌入式微处理器嵌入式微处理器(MicroProcessorUnit)(MicroProcessorUnit) 与工与工与工与工业业控制控制控制控制计计算机相比，嵌入式微算机相比，嵌入式微算机相比，嵌入式微算机相比，嵌入式微处处理器具有体理器具有体理器
14、具有体理器具有体积积小、小、小、小、重量重量重量重量轻轻、成本低和可靠性高的、成本低和可靠性高的、成本低和可靠性高的、成本低和可靠性高的优优点。点。点。点。 目前的嵌入式微目前的嵌入式微目前的嵌入式微目前的嵌入式微处处理器主要有理器主要有理器主要有理器主要有Am186/88Am186/88、386EX386EX、PowerPCPowerPC、ARMARM、MIPSMIPS、Motorola68KMotorola68K等。等。等。等。 2.2.12.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网
15、络工程系工程学院网络工程系3.嵌入式嵌入式DSP(DigitalSignalProcessorDigitalSignalProcessor) 嵌入式嵌入式嵌入式嵌入式DSPDSP是是是是专门专门用于信号用于信号用于信号用于信号处处理的嵌入式芯片。理的嵌入式芯片。理的嵌入式芯片。理的嵌入式芯片。 DSPDSP处处理器在系理器在系理器在系理器在系统结统结构和指令算法方面构和指令算法方面构和指令算法方面构和指令算法方面进进行了特殊行了特殊行了特殊行了特殊设计设计，使其适合于使其适合于使其适合于使其适合于执执行行行行DSPDSP算法算法算法算法 ，使其适合于，使其适合于，使其适合于，使其适合于执执行行
16、行行DSPDSP算法，算法，算法，算法，因而能因而能因而能因而能够对够对离散离散离散离散时间时间信号信号信号信号进进行极快的行极快的行极快的行极快的处处理理理理计计算，提高了算，提高了算，提高了算，提高了编编译译效率和效率和效率和效率和执执行速度行速度行速度行速度 。2.2.12.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系3.嵌入式嵌入式DSP(DigitalSignalProcessorDigitalSignalProcessor) 在数字在数字在数字在数字滤滤
17、波、波、波、波、FFTFFT、频谱频谱分析等方面，嵌入式分析等方面，嵌入式分析等方面，嵌入式分析等方面，嵌入式DSPDSP获获得了大得了大得了大得了大规规模的模的模的模的应应用。用。用。用。 嵌入式嵌入式嵌入式嵌入式DSPDSP处处理器主要有两方面的理器主要有两方面的理器主要有两方面的理器主要有两方面的应应用：用：用：用：一方面，嵌入式一方面，嵌入式一方面，嵌入式一方面，嵌入式DSPDSP处处理器理器理器理器经过单经过单片化片化片化片化设计设计，通，通，通，通过过在片上增加丰富的外在片上增加丰富的外在片上增加丰富的外在片上增加丰富的外设设使之成使之成使之成使之成为为具有高性能具有高性能具有高性
18、能具有高性能DSPDSP功能功能功能功能的片上系的片上系的片上系的片上系统统；另一方面，在微另一方面，在微另一方面，在微另一方面，在微处处理器、微控制器或片上系理器、微控制器或片上系理器、微控制器或片上系理器、微控制器或片上系统统中增中增中增中增加加加加DSPDSP协处协处理器来理器来理器来理器来实现实现DSPDSP运算。运算。运算。运算。 2.2.12.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系4.嵌入式片上系统嵌入式片上系统(SystemonChipSyste
19、monChip) 片上系片上系片上系片上系统统SoCSoC是是是是2020世世世世纪纪9090年代后出年代后出年代后出年代后出现现的一种新的嵌入的一种新的嵌入的一种新的嵌入的一种新的嵌入式集成器件。式集成器件。式集成器件。式集成器件。 在嵌入式系在嵌入式系在嵌入式系在嵌入式系统设计统设计从从从从“集成集成集成集成电电路路路路” ”级设计级设计不断不断不断不断转转向向向向“ “集成集成集成集成系系系系统统” ”级设计过级设计过程中，提出了程中，提出了程中，提出了程中，提出了SoCSoC的概念。的概念。的概念。的概念。 SocSoc追求追求追求追求产产品系品系品系品系统统的最大包容，已成的最大包容
20、，已成的最大包容，已成的最大包容，已成为为提高移提高移提高移提高移动动通信、通信、通信、通信、网网网网络络、信息家、信息家、信息家、信息家电电、高速、高速、高速、高速计计算、多媒体算、多媒体算、多媒体算、多媒体应应用以及用以及用以及用以及军军用用用用电电子系子系子系子系统统性能的核心器件。性能的核心器件。性能的核心器件。性能的核心器件。2.2.12.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系4.嵌入式片上系统嵌入式片上系统(SystemonChipSystemon
21、Chip)SoCSoC不是把系不是把系不是把系不是把系统统所需要的所有集成所需要的所有集成所需要的所有集成所需要的所有集成电电路路路路简单简单地二次集成地二次集成地二次集成地二次集成到一个芯片上，而是从整个系到一个芯片上，而是从整个系到一个芯片上，而是从整个系到一个芯片上，而是从整个系统统的性能要求出的性能要求出的性能要求出的性能要求出发发，把各，把各，把各，把各层层次次次次电电路器件路器件路器件路器件紧紧密密密密结结合起来，并通合起来，并通合起来，并通合起来，并通过过系系系系统统的的的的软软硬件硬件硬件硬件协协同同同同设计设计，在在在在单单个芯片上个芯片上个芯片上个芯片上实现实现整个系整个系
22、整个系整个系统统的功能。的功能。的功能。的功能。SoCSoC最大的特点就是成功最大的特点就是成功最大的特点就是成功最大的特点就是成功实现实现了了了了软软硬件无硬件无硬件无硬件无缝结缝结合合合合，直接，直接，直接，直接在在在在处处理器片内嵌入操作系理器片内嵌入操作系理器片内嵌入操作系理器片内嵌入操作系统统的代的代的代的代码码模模模模块块，满满足了足了足了足了单单片系片系片系片系统统所要求的高密度、高速度、高性能、小体所要求的高密度、高速度、高性能、小体所要求的高密度、高速度、高性能、小体所要求的高密度、高速度、高性能、小体积积、低、低、低、低电压电压和低和低和低和低功耗等指功耗等指功耗等指功耗等
23、指标标。 2.2.12.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系4.嵌入式片上系统嵌入式片上系统(SystemonChipSystemonChip) 目前比目前比目前比目前比较较典型的几款典型的几款典型的几款典型的几款SoCSoC产产品包括品包括品包括品包括SiemensSiemens的的的的TriCoreTriCore、PhilipsPhilips的的的的SmartXASmartXA、MotorolaMotorola的的的的M-CoreM-Core、某些、某些
24、、某些、某些ARMARM系列器件、系列器件、系列器件、系列器件、EchelonEchelon和和和和MotorolaMotorola联联合研制的合研制的合研制的合研制的NeuronNeuron芯片等。芯片等。芯片等。芯片等。 2.2.12.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.2嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述2.2.1嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类2.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大
25、学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器1.ARM处理器处理器2.PowerPC处理器处理器3.MIPS处理器处理器4.Sparc处理器处理器5.龙芯一号处理器龙芯一号处理器2.22.2嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.ARM处理器处理器2.2.22.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器 英国先英国先英国先英国先进进RISCRISC机器公司（机器公司（机器公司（机器公司（A Ad
26、vanceddvancedR RISCISCMMachinesachines，ARMARM）是全球）是全球）是全球）是全球领领先的先的先的先的16/3216/32位位位位RISCRISC微微微微处处理理理理器知器知器知器知识产权识产权（I IntellectualntellectualP Propertyroperty，IPIP）供）供）供）供应应商。商。商。商。 ARMARM公司本身不直接从事芯片生公司本身不直接从事芯片生公司本身不直接从事芯片生公司本身不直接从事芯片生产产，而是依靠，而是依靠，而是依靠，而是依靠转让转让微微微微处处理器、外理器、外理器、外理器、外围围和系和系和系和系统统芯片
27、的芯片的芯片的芯片的设计设计技技技技术给术给合作公司，由合作合作公司，由合作合作公司，由合作合作公司，由合作公司使用公司使用公司使用公司使用这这些技些技些技些技术术来生来生来生来生产产各具特色的芯片。各具特色的芯片。各具特色的芯片。各具特色的芯片。 嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.ARM处理器处理器ARMARM已成已成已成已成为为移移移移动动通信、手持通信、手持通信、手持通信、手持设备设备、多媒体数字消、多媒体数字消、多媒体数字消、多媒体数字消费费等等等等嵌入式解决方案事嵌入式解决方案事嵌入式解决方案事嵌入式解决方案事实实上的
28、上的上的上的标标准。准。准。准。ARMARM进进入中国几年以来，已入中国几年以来，已入中国几年以来，已入中国几年以来，已经经与中与中与中与中兴兴、华为华为、东东南大南大南大南大学、上海集成学、上海集成学、上海集成学、上海集成电电路路路路设计设计中心、中芯国中心、中芯国中心、中芯国中心、中芯国际际以及大唐以及大唐以及大唐以及大唐签订签订了芯了芯了芯了芯片核心技片核心技片核心技片核心技术术授授授授权协议权协议。2.2.22.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1
29、.ARM处理器处理器ARMARM处处理器本身是理器本身是理器本身是理器本身是3232位位位位设计设计，但也配，但也配，但也配，但也配备备1616位指令集位指令集位指令集位指令集 。ARMARM的的的的JazelleJazelle技技技技术术提供了提供了提供了提供了JavaJava加速，可得到比基于加速，可得到比基于加速，可得到比基于加速，可得到比基于软软件的件的件的件的JavaJava虚虚虚虚拟拟机高得多的性能。机高得多的性能。机高得多的性能。机高得多的性能。ARMARM采用采用采用采用DSPDSP指令集的指令集的指令集的指令集的扩扩充提供了增充提供了增充提供了增充提供了增强强强强的的的的16
30、16位和位和位和位和3232位位位位算算算算术术运算能力，提高了性能和灵活性运算能力，提高了性能和灵活性运算能力，提高了性能和灵活性运算能力，提高了性能和灵活性 。 ARMARM还还提供了两个前沿特性提供了两个前沿特性提供了两个前沿特性提供了两个前沿特性嵌入式嵌入式嵌入式嵌入式ICE-RTICE-RT逻辑逻辑和和和和嵌入式跟踪宏嵌入式跟踪宏嵌入式跟踪宏嵌入式跟踪宏核系列，用以核系列，用以核系列，用以核系列，用以辅辅助助助助带带嵌入式核的、高集成的嵌入式核的、高集成的嵌入式核的、高集成的嵌入式核的、高集成的SoCSoC器件的器件的器件的器件的调试调试。 2.2.22.2.2典型的嵌入式处理器典型
31、的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.ARM处理器处理器 基于基于基于基于ARMARM核嵌入式芯片的典型核嵌入式芯片的典型核嵌入式芯片的典型核嵌入式芯片的典型应应用主要有：用主要有：用主要有：用主要有：2.2.22.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器ARM应用应用消费娱乐产品消费娱乐产品数字影像产品数字影像产品军事电子军事电子工业控制产品工业控制产品移动存贮移动存贮无线产品无线产品存储产品存储产品汽车产品汽车产品网络产品网络产品安全产品安全
32、产品嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.PowerPC处理器处理器PowerPCPowerPC处处理器品种很多，既有通用的理器品种很多，既有通用的理器品种很多，既有通用的理器品种很多，既有通用的处处理器，又有嵌理器，又有嵌理器，又有嵌理器，又有嵌入式控制器和内核。入式控制器和内核。入式控制器和内核。入式控制器和内核。PowerPCPowerPC的特点是可伸的特点是可伸的特点是可伸的特点是可伸缩缩性好、方便灵活。性好、方便灵活。性好、方便灵活。性好、方便灵活。PowerPCPowerPC的的的的应应用范用范用范用范围围非常广泛，从高
33、端的工作站、服非常广泛，从高端的工作站、服非常广泛，从高端的工作站、服非常广泛，从高端的工作站、服务务器到桌面器到桌面器到桌面器到桌面计计算机系算机系算机系算机系统统，从消，从消，从消，从消费电费电子到大型通信子到大型通信子到大型通信子到大型通信设备设备等各个等各个等各个等各个方面。方面。方面。方面。 2.2.22.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.PowerPC处理器处理器PowerPCPowerPC处处理器的主理器的主理器的主理器的主频频从从从从2
34、5MHz25MHz700MHz700MHz不等，不等，不等，不等，它它它它们们的能量消耗、大小、整合程度、价格等差的能量消耗、大小、整合程度、价格等差的能量消耗、大小、整合程度、价格等差的能量消耗、大小、整合程度、价格等差别悬别悬殊，殊，殊，殊，主要主要主要主要产产品的芯片型号有品的芯片型号有品的芯片型号有品的芯片型号有PowerPC750PowerPC750、PowerPC405PowerPC405和和和和PowerPC440PowerPC440。 2.2.22.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工
35、程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系3.MIPS处理器处理器MIPS是是MicroprocessorwithoutInterlockedPipelineStages的的缩写，即写，即“无无内部互内部互锁流水流水级的微的微处理理器器”。MIPS的机制是尽量利用的机制是尽量利用软件件办法避免流水法避免流水线中的数据中的数据相关相关问题，最早在，最早在80年代初期由斯坦福（年代初期由斯坦福（Stanford）大）大学学Hennessy教授教授领导的研究小的研究小组研制出来的。研制出来的。2.2.22.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理
36、与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系3.MIPS处理器处理器在嵌入式在嵌入式应用方面，用方面，MIPS系列微系列微处理器是目前理器是目前仅次于次于ARM的使用最广泛的的使用最广泛的处理器之一，其理器之一，其应用用领域覆盖机域覆盖机顶盒、盒、游游戏机、路由器、激光打印机、掌上机、路由器、激光打印机、掌上电脑等各个方面。等各个方面。MIPS的系的系统结构及构及设计理念比理念比较先先进，强强调软硬件硬件协同提供性能，同同提供性能，同时简化硬件化硬件设计。MIPSIDF(MIPSIntegratedDevelopmentFramework)集成开集成开发工
37、具，特工具，特别适用于嵌入式系适用于嵌入式系统的开的开发。2.2.22.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系4.Sparc处理器处理器Sparc处理器是由著名的理器是由著名的Sun公司自行研公司自行研发的微的微处理器理器芯片。芯片。Sun在在64位位UltraSparc处理器方面，主要有理器方面，主要有3个系列：个系列：可可扩展的展的s系列系列主要用于高性能、易主要用于高性能、易扩展的多展的多处理器系理器系统；集成式集成式i系列系列将多种系将多种系统功能集成
38、在一个功能集成在一个处理器上，理器上，为单处理器系理器系统提供了更高的效益；提供了更高的效益；嵌入式嵌入式e系列系列为用用户提供理提供理想的性能价格比，其嵌入式想的性能价格比，其嵌入式应用包括瘦客用包括瘦客户机、机、电缆调制制解解调器和网器和网络接口等。接口等。2.2.22.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系5.龙芯一号处理器龙芯一号处理器龙芯一号芯一号处理器是神州理器是神州龙芯公司推出的兼芯公司推出的兼顾通用及嵌入通用及嵌入式式处理器特点的新一代理器特点
39、的新一代32位位处理器。理器。龙芯一号的投片成功，并通芯一号的投片成功，并通过了以了以SPECCPU2000为代表的一批性能和功能代表的一批性能和功能测试程序的程序的严格格测试，标志着我国志着我国在在现代通用微代通用微处理器理器设计方面方面实现了了零零的突破，的突破，打破打破了我国了我国长期依期依赖国外国外CPU产品的无品的无芯芯的的历史，也史，也标志着志着国国产安全服安全服务器器CPU和通用的嵌入式微和通用的嵌入式微处理器理器产业化的开化的开始。始。2.2.22.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工
40、程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系5.龙芯一号处理器龙芯一号处理器龙芯一号在通用芯一号在通用CPU体系体系结构构设计方面采用了方面采用了许多先多先进的的设计与与实现技技术，尤其在，尤其在动态流水流水线的具体的具体实现和硬件和硬件对系系统安全性的支持方面，有独特安全性的支持方面，有独特创新并申新并申请了了专利。利。龙芯一号在片内提供了一种特芯一号在片内提供了一种特别设计的硬件机制，可以的硬件机制，可以抗御抗御缓冲区溢出攻冲区溢出攻击，在硬件上根本抵制了，在硬件上根本抵制了缓冲区溢出冲区溢出类攻攻击的危的危险，从而大大的增加的服，从而大大的增加的服务器的安全性。器的安全性。2.2.22.
41、2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系5.龙芯一号处理器龙芯一号处理器使用使用龙芯一号芯一号CPU可以构成更可以构成更为安全的网安全的网络安全服安全服务器、器、网网络安全网关、网安全网关、网际防火防火墙、服、服务器网卡等器网卡等对网网络安全有安全有特殊需求的特殊需求的产品及品及应用。用。龙芯系列微芯系列微处理器可广泛理器可广泛应用于工用于工业控制、信息家控制、信息家电、通通讯、网、网络设备、PDA、网、网络终端、存端、存储服服务器、安全服器、安全服务器等器等产
42、品上。品上。2.2.22.2.2典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系第二章第二章 嵌入式处理器嵌入式处理器2.1 2.1 引言引言 2.2 2.2 嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述 2.32.3 ARMARM处理器基础处理器基础 2.42.4 ARMARM指令系指令系统2.52.5 ARMARM程序程序设计基基础嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.3ARM处理器基础处理器基础2.3.1ARM简介简介2
43、.3.2ARM处理器系列处理器系列2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构2.3.4ARM处理器应用选型处理器应用选型嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.3.1ARM简介简介ARM处理器核因其卓越的性能和显著处理器核因其卓越的性能和显著优点，已成为高性能、低功耗、低成本嵌优点，已成为高性能、低功耗、低成本嵌入式处理器核的代名词，得到了众多半导入式处理器核的代名词，得到了众多半导体厂家和整机厂商的大力支持。体厂家和整机厂商的大力支持。2.3ARM2.3ARM处理器基础处理器基础处理器基础处理器基础嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原
44、理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.ARM处理器的发展过程处理器的发展过程1985年年4月月26日，第一个日，第一个ARM原型在英国原型在英国剑桥的的Acorn计算机有限公司算机有限公司诞生，并成功的运行了生，并成功的运行了测试程序。程序。20世世纪80年代后期，年代后期，ARM很快开很快开发成成Acorn的台式机的台式机产品，奠定了英国教育界品，奠定了英国教育界计算机技算机技术的基的基础。1990年，年，为广泛推广广泛推广ARM技技术而成立了而成立了AdvancedRISCMachinesLimited（简称称为ARMLimited，ARM公司）。公司）。2.
45、3.1ARM2.3.1ARM简介简介简介简介嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.ARM处理器的发展过程处理器的发展过程20世世纪90年代，年代，ARM32位嵌人式位嵌人式RISC（ReducedInstructionSetComputer）处理器理器扩展到世界范展到世界范围，特特别是占据了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系是占据了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系统应用用领域的域的领先地位。先地位。ARM公司公司虽然只成立然只成立10多年，但在多年，但在1999年因移年因移动电话火爆市火爆市场，其，其32位位RISC处理器占市理器占市
46、场份份额超超过了了50%，成成为业界界龙头老大。老大。2001年初，年初，ARM公司的公司的32位位RISC处理器市理器市场占有率超占有率超过了了75%。2.3.1ARM2.3.1ARM简介简介简介简介嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.ARM处理器的发展过程处理器的发展过程ARM公司商业模式的强大之处在于其价格合理，全世界公司商业模式的强大之处在于其价格合理，全世界范围有超过范围有超过100个合作伙伴个合作伙伴包括半导体工业的著名公包括半导体工业的著名公司。司。ARM公司专注于设计，其内核耗电少、成本低、功能公司专注于设计，其内
47、核耗电少、成本低、功能强，特有强，特有16/32位双指令集。位双指令集。ARM已成为移动通信、手已成为移动通信、手持计算、多媒体数字消费等嵌入式解决方案的持计算、多媒体数字消费等嵌入式解决方案的RISC标准。标准。在所有在所有ARM处理器系列中，理器系列中，ARM7处理器系列理器系列应用最广，用最广，采用采用ARM7处理器作理器作为内核生内核生产芯片的公司最多。芯片的公司最多。2.3.1ARM2.3.1ARM简介简介简介简介嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.ARM处理器的特点处理器的特点体积小、低功耗、低成本、高性能；体积小、低
48、功耗、低成本、高性能；支持支持Thumb（16位）位）/ARM（32位）双指令集，能很好位）双指令集，能很好的兼容的兼容8位位/16位器件；位器件；大量使用寄存器，指令执行速度更快；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，通过大多数数据操作都在寄存器中完成，通过Load/Store结结构在内存和寄存器之间传递数据；构在内存和寄存器之间传递数据；寻址方式灵活简单，执行效率高；寻址方式灵活简单，执行效率高；指令长度固定。指令长度固定。2.3.1ARM2.3.1ARM简介简介简介简介嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工
49、程系3.ARM系列采用的特别技术系列采用的特别技术在同一条数据处理指令中包含算术逻辑处理单元进行算在同一条数据处理指令中包含算术逻辑处理单元进行算术处理和移位处理；术处理和移位处理；使用地址自动增加（减少）来优化程序中的循环处理；使用地址自动增加（减少）来优化程序中的循环处理；Load/Store指令可以批量传输数据，从而提高数据传指令可以批量传输数据，从而提高数据传输的效率；输的效率；所有指令都可以根据前面的指令执行结果决定是否执行，所有指令都可以根据前面的指令执行结果决定是否执行，以提高指令执行的效率。以提高指令执行的效率。2.3.1ARM2.3.1ARM简介简介简介简介嵌入式系统原理与开
50、发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系4.ARM技术的突出成果技术的突出成果引入新颖的引入新颖的“Thumb”压缩指令格式，降低了小型系统压缩指令格式，降低了小型系统的成本和电源消耗；的成本和电源消耗；ARM9、ARM10、StrongARM和和ARM11等系列处理等系列处理器的开发，显著提高了器的开发，显著提高了ARM的性能，使得的性能，使得ARM技术在面技术在面向高端数字音频、视频处理等多媒体产品的应用中更加广向高端数字音频、视频处理等多媒体产品的应用中更加广泛；泛；先进的软件开发和调试环境加快用户产品的开发进程；先进的软件开发和调试环境加快用户产品
51、的开发进程；广泛的产业联盟使广泛的产业联盟使ARM的嵌入式应用领域更加广阔；的嵌入式应用领域更加广阔；嵌入在复杂嵌入在复杂SoC中、基于中、基于ARM核的调试系统代表着当今核的调试系统代表着当今片上调试技术的前沿。片上调试技术的前沿。2.3.1ARM2.3.1ARM简介简介简介简介嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系ARM的发展历程的发展历程嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系ARM的市场地理分部的市场地理分部嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学
52、院网络工程系工程学院网络工程系2.3ARM处理器基础处理器基础2.3.1ARM简介简介2.3.2ARM处理器系列处理器系列2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构2.3.4ARM处理器应用选型处理器应用选型嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.3.2ARM处理器系列处理器系列1.ARM7微处理器系列微处理器系列2.ARM9微处理器系列微处理器系列3.ARM9E微处理器系列微处理器系列4.ARM10微处理器系列微处理器系列5.SecurCore微处理器系列微处理器系列6.StrongARM微处理器系列微处理器系列7.Xscale处
53、理器处理器2.3ARM2.3ARM处理器基础处理器基础处理器基础处理器基础嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.ARM7微处理器系列微处理器系列ARM7系列微处理器为低功耗的系列微处理器为低功耗的32位位RISC处理器，处理器，最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。ARM7系列微处理器的主要应用领域为：系列微处理器的主要应用领域为：2.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系列 u工业控制工业控制uInternet设备设备u网络和调制解调器设备网络和调制解调
54、器设备u移动电话移动电话u嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.ARM7微处理器系列微处理器系列ARM7微处理器系列具有如下特点：微处理器系列具有如下特点：2.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系列 l具有嵌入式具有嵌入式ICERT逻辑，调试开发方便。逻辑，调试开发方便。l极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用。极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用。l能够提供能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构。的三级流水线结构。l代码密度高并兼容代码密度高并兼容16位的位的Thumb指令集。指令集。l对操作系
55、统的支持广泛。对操作系统的支持广泛。l指令系统与指令系统与ARM9系列、系列、ARM9E系列和系列和ARM10E系系列兼容，便于用户的产品升级换代。列兼容，便于用户的产品升级换代。l主频最高可达主频最高可达130MIPS，高速的运算处理能力能胜，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用。任绝大多数的复杂应用。嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.ARM7微处理器系列微处理器系列ARM7系列微处理器的组成系列微处理器的组成2.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系列 嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开
56、发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.ARM7微处理器系列微处理器系列ARM7TDMIARM7TMDI是目前使用最广泛的是目前使用最广泛的32位嵌入式位嵌入式RISC处理器，属于低端处理器，属于低端ARM处理器核。处理器核。ARM7TMDI的的名称含义为：名称含义为：2.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系列 uARM732位位ARM体系结构体系结构4T版本，版本，ARM632位整型核的位整型核的3V兼容的版本兼容的版本uT支持支持16为压缩指令集为压缩指令集ThumbuD支持片上支持片上DebuguM内嵌硬件乘法器（内嵌硬件乘法器（Mul
57、tiplier）uI嵌入式嵌入式ICE，支持片上断点和调试点，支持片上断点和调试点嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.ARM7微处理器系列微处理器系列ARM7TDMI-S2.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系列 uARM7TMDI的可综合（的可综合（Synthesizable）版本（软核）；版本（软核）；u最适用于可移植性和灵活性为关键的现代最适用于可移植性和灵活性为关键的现代电子设计。电子设计。嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.AR
58、M7微处理器系列微处理器系列ARM720TARM720T是在是在ARM7TMDI处理器核的基础上处理器核的基础上增加了一个增加了一个8KB的指令和数据混合的的指令和数据混合的Cache。外部存储。外部存储器和外围器件通过器和外围器件通过AMBA总线主控单元访问，同时还集总线主控单元访问，同时还集成了写缓冲器以及全性能的成了写缓冲器以及全性能的MMU。ARM720T最适合最适合用于低功耗和体积为关键的应用。用于低功耗和体积为关键的应用。2.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系列 嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网
59、络工程系2.ARM9微处理器系列微处理器系列ARM9系列微处理器是在高性能和低功耗特性方面最系列微处理器是在高性能和低功耗特性方面最佳的硬件宏单元。佳的硬件宏单元。ARM9将流水线级数从将流水线级数从ARM7的的3级增加到级增加到5级，并使级，并使用指令于数据存储器分开的用指令于数据存储器分开的哈佛哈佛（Harvard）体系结构体系结构。在相同工艺条件下，在相同工艺条件下，ARM9TMDI的性能近似为的性能近似为ARM7TMDI的的2倍。倍。ARM9系列微处理器的主要应用领域为：引擎管理、系列微处理器的主要应用领域为：引擎管理、无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、无线设备、仪器仪
60、表、安全系统、机顶盒、高端打印机、PDA、网络电脑、数字照相机和数字摄像机等。、网络电脑、数字照相机和数字摄像机等。2.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系列 嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系ARM9微处理器系列具有如下特点：微处理器系列具有如下特点：2.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系列 l5级整数流水线，指令执行效率更高。级整数流水线，指令执行效率更高。l提供提供1.1MIPS/MHz的哈佛结构。的哈佛结构。l支持支持32位位ARM指令集和指令集和16位位Thum
61、b指令集。指令集。l支持支持32位的高速位的高速AMBA总线接口。总线接口。l全性能的全性能的MMU，支持多种主流嵌入式操作系统。，支持多种主流嵌入式操作系统。lMPU支持实时操作系统。支持实时操作系统。l支持数据支持数据Cache和指令和指令Cache，具有更高的指令和，具有更高的指令和数据处理能力。数据处理能力。2.ARM9微处理器系列微处理器系列嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.ARM9微处理器系列微处理器系列ARM9系列微处理器的组成系列微处理器的组成2.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系
62、列 嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系3.ARM9E微处理器系列微处理器系列ARM9E系列微处理器为可综合处理器，使用单一的处理系列微处理器为可综合处理器，使用单一的处理器内核提供了微控制器、器内核提供了微控制器、DSP、Java应用系统的解决方案，应用系统的解决方案，极大的减少了芯片的面积和系统的复杂程度。极大的减少了芯片的面积和系统的复杂程度。ARM9E系列系列微处理器提供了增强的微处理器提供了增强的DSP处理能力，很适合于那些需要同处理能力，很适合于那些需要同时使用时使用DSP和微控制器的应用场合。和微控制器的应用场合。ARM
63、9E系列微处理器广泛应用于硬盘驱动器和系列微处理器广泛应用于硬盘驱动器和DVD播放播放器等海量存储设备、调制解调器和软调制解调器、器等海量存储设备、调制解调器和软调制解调器、PDA、店、店面终端、面终端、MPEGMP3音频译码器、语音识别与合成，以及音频译码器、语音识别与合成，以及包括巡航控制和反锁刹车等自动控制解决方案。包括巡航控制和反锁刹车等自动控制解决方案。2.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系列 嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系ARM9E微处理器系列具有如下特点：微处理器系列具有如下特点：2
64、.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系列 l支持支持DSP指令集，适合需要高速数字信号处理的场合。指令集，适合需要高速数字信号处理的场合。l提供提供1.1MIPS/MHz的的5级整数流水线和哈佛结构，指令执行效级整数流水线和哈佛结构，指令执行效率更高。率更高。l支持支持32位位ARM指令集和指令集和16位位Thumb指令集。指令集。l支持支持32位的高速位的高速AMBA总线接口。总线接口。l支持支持VFP9浮点处理协处理器。浮点处理协处理器。l全性能的全性能的MMU，支持，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多种等多种主流嵌入式操作系统。主流嵌入式操
65、作系统。lMPU支持实时操作系统。支持实时操作系统。l支持数据支持数据Cache和指令和指令Cache，有更高的指令和数据处理能力。，有更高的指令和数据处理能力。l主频最高可达主频最高可达300MIPS。3.ARM9E微处理器系列微处理器系列嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系3.ARM9E微处理器系列微处理器系列ARM9E系列微处理器的组成系列微处理器的组成2.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系列 嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系4.AR
66、M10微处理器系列微处理器系列ARM10系列微处理器属于系列微处理器属于ARM处理器核中的高端处理处理器核中的高端处理器核，具有高性能、低功耗的特点。器核，具有高性能、低功耗的特点。由于采用了新的体系结构，与同等的由于采用了新的体系结构，与同等的ARM9器件相比较，器件相比较，在同样时钟频率下，在同样时钟频率下，ARM10的性能提高了近的性能提高了近50。同时，。同时，ARM10系列微处理器采用了两种先进的节能方式，使其系列微处理器采用了两种先进的节能方式，使其功耗极低。功耗极低。ARM10系列微处理器专为数字机顶盒、管理器系列微处理器专为数字机顶盒、管理器（organizer）和智能电话等高
67、效手提设备而设计，并为）和智能电话等高效手提设备而设计，并为复杂的视频游戏机和高性能打印机提供高级的整数和浮点复杂的视频游戏机和高性能打印机提供高级的整数和浮点运算能力。运算能力。2.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系列 嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系4.ARM10微处理器系列微处理器系列ARM10微处理器系列具有如下特点：微处理器系列具有如下特点：2.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系列 l支持支持DSP指令集。指令集。l6级整数流水线，指令执行效率更高。级整数流
68、水线，指令执行效率更高。l支持支持32位位ARM指令集和指令集和16位位Thumb指令集。指令集。l支持支持32位的高速位的高速AMBA总线接口。总线接口。l支持支持VFP10浮点处理协处理器。浮点处理协处理器。l全性能的全性能的MMU，支持多种主流嵌入式操作系统。，支持多种主流嵌入式操作系统。l支持数据支持数据Cache和指令和指令Cache，具有更高的指令和，具有更高的指令和数据处理能力。数据处理能力。l主频最高可达主频最高可达400MIPS。l内嵌并行读内嵌并行读/写操作部件。写操作部件。嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系4.
69、ARM10微处理器系列微处理器系列ARM10系列微处理器的组成系列微处理器的组成2.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系列 嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系5.SecurCore微处理器系列微处理器系列SecurCore系列微处理器专为安全需要而设计，提供了系列微处理器专为安全需要而设计，提供了完善的完善的32位位RISC技术的安全解，决方案具有特定的抗篡改技术的安全解，决方案具有特定的抗篡改（resisttampering）和反工程和反工程（reverseengineering）特性。特性。Secu
70、rCore系列微处理器除了具有系列微处理器除了具有ARM体系结构的低功体系结构的低功耗、高性能的特点外，还具有其独特的优势，即提供了对安耗、高性能的特点外，还具有其独特的优势，即提供了对安全解决方案的支持。全解决方案的支持。SecurCore系列微处理器主要应用于一些对安全性要求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，如电子商务、电子政务、电子较高的应用产品及应用系统，如电子商务、电子政务、电子银行业务、网络和认证系统等领域。银行业务、网络和认证系统等领域。2.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系列 嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发
71、*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系SecurCore系列微处理器除了具有系列微处理器除了具有ARM体系体系结构各种主要特点外，还在系统安全方面具有如结构各种主要特点外，还在系统安全方面具有如下的特点：下的特点：2.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系列 l带有灵活的保护单元，以确保操作系统和应用数带有灵活的保护单元，以确保操作系统和应用数据的安全。据的安全。l采用软内核技术，防止外部对其进行扫描探测。采用软内核技术，防止外部对其进行扫描探测。l可集成用户自己的安全特性和其他协处理器。可集成用户自己的安全特性和其他协处理器。5.SecurCor
72、e微处理器系列微处理器系列嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系5.SecurCore微处理器系列微处理器系列SecurCore系列微处理器包含系列微处理器包含SecurCoreSC100、SecurCoreSC110、SecurCoreSC200和和SecurCoreSC210四种类型，以适用四种类型，以适用于不同的应用场合。于不同的应用场合。2.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系列 嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系6.StrongARM微
73、处理器系列微处理器系列1995年，年，ARM、Apple和和DEC公司联合声明将开发公司联合声明将开发一种应用于一种应用于PDA的高性能的高性能、低功耗、基于、低功耗、基于ARM体系结体系结构的构的StrongARM微处理器。微处理器。1998年年Intel公司接管公司接管Digital半导体公司到现在，采半导体公司到现在，采用了同样的技术，并且进一步考虑了功耗效率，设计了用了同样的技术，并且进一步考虑了功耗效率，设计了StrongARMSA110，并成为高性能嵌入式微处理器，并成为高性能嵌入式微处理器设计的一个里程碑。设计的一个里程碑。2.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理
74、器系列处理器系列 嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系6.StrongARM微处理器系列微处理器系列StrongARMSA-1100处理器是采用处理器是采用ARM体系结构体系结构高度集成的高度集成的32位位RISC微处理器。它融合了微处理器。它融合了Intel公司公司的设计和处理技术以及的设计和处理技术以及ARM体系结构的电源效率，采体系结构的电源效率，采用在软件上兼容用在软件上兼容ARMv4体系结构、同时采用具有体系结构、同时采用具有Intel技术优点的体系结构。技术优点的体系结构。IntelStrongARM处理器是便携式通讯产品
75、和消费处理器是便携式通讯产品和消费类电子产品的理想选择，已成功应用于康柏的类电子产品的理想选择，已成功应用于康柏的iPAQH3600PocketPC、惠普的、惠普的JonadaHandheldPC和和Java技术支持的技术支持的Palmtop掌上电脑等多种产品中。掌上电脑等多种产品中。2.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系列 嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系StrongARM的主要特点有：的主要特点有：2.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系列 l具有寄存器前推的具有寄
76、存器前推的5级流水线；级流水线；l除了除了64位乘法、多寄存器传送和存储器位乘法、多寄存器传送和存储器/寄存器交换指寄存器交换指令外，其他所有普通指令均是单周期指令；令外，其他所有普通指令均是单周期指令；l低功耗的伪静态操作；低功耗的伪静态操作；l不论处理器的时钟频率有多高，乘法器均以每周期计算不论处理器的时钟频率有多高，乘法器均以每周期计算12位、用位、用13个时钟周期计算两个个时钟周期计算两个3位操作数的乘法；位操作数的乘法；l使用系统控制协处理器来管理片上使用系统控制协处理器来管理片上MMU和和Cache资源，资源，并且集成了并且集成了JTAG边界扫描测试电路以支持印制板连接测边界扫描测
77、试电路以支持印制板连接测试。试。6.StrongARM微处理器系列微处理器系列嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系7.Xscale处理器处理器IntelXscale处理器基于处理器基于ARMv5TE体系结构，是一款体系结构，是一款全性能、高性价比、低功耗的处理器。全性能、高性价比、低功耗的处理器。它提供了从手持互联网设备到互联网基础设施产品的全它提供了从手持互联网设备到互联网基础设施产品的全面解决方案，支持面解决方案，支持16位的位的Thumb指令和指令和DSP指令集。指令集。基于基于Xscale技术开发的系列微处理器，由于超低功率技
78、术开发的系列微处理器，由于超低功率与高性能的组合使其适用于广泛的互联网接入设备，在因与高性能的组合使其适用于广泛的互联网接入设备，在因特网的各个应用环节中表现出了令人满意的处理性能。特网的各个应用环节中表现出了令人满意的处理性能。IntelXscale微处理器结构对于诸如数字移动电话、个微处理器结构对于诸如数字移动电话、个人数字助理和网络产品等广泛的市场都具有关键的优点。人数字助理和网络产品等广泛的市场都具有关键的优点。2.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系列 嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系Xsc
79、ale处理器是处理器是Intel目前主要推广的一款目前主要推广的一款ARM微处理微处理器，处理速度是器，处理速度是StrongARM处理速度的处理速度的2倍。倍。2.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系列 l数据数据Cache的容量从的容量从8KB增加到增加到32KB；l指令指令Cache的容量从的容量从16KB增加到增加到32KB；l微小数据微小数据Cache的容量从的容量从512字节增加到字节增加到2KB；l为提高指令执行速度，超级流水线结构由为提高指令执行速度，超级流水线结构由5级增至级增至7级；级；l新增乘法新增乘法/加法器加法器MAC和特定的和特定的DS
80、P型协处理器型协处理器CP0，以，以提高对多媒体技术的支持；提高对多媒体技术的支持；l动态电源管理，使时钟频率可达动态电源管理，使时钟频率可达1GHz、功耗低至、功耗低至1.6W，并能达到，并能达到1,200MIPS。7.Xscale处理器处理器嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.3ARM处理器基础处理器基础2.3.1ARM简介简介2.3.2ARM处理器系列处理器系列2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构2.3.4ARM处理器应用选型处理器应用选型嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系
81、工程学院网络工程系2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构1.ARM体系结构的基本版本体系结构的基本版本2.ARM体系结构的演变体系结构的演变3.ARM/Thumb体系结构版本命名体系结构版本命名2.3ARM2.3ARM处理器基础处理器基础处理器基础处理器基础嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系1.ARM体系结构的基本版本体系结构的基本版本为了精确表述在每个为了精确表述在每个ARM实现中所使用的指令集，迄实现中所使用的指令集，迄今为止，将其定义了今为止，将其定义了6种主要版本，分别用版本号种主要版本，分别用版本号16表表示。示。2
82、.3.2ARM2.3.2ARM处理器系列处理器系列处理器系列处理器系列 2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系ARM体系结构版本体系结构版本v1对第一个对第一个ARM处理器进行描述，处理器进行描述，从未用于商用产品。从未用于商用产品。版本版本v1的地址空间是的地址空间是26位，仅支持位，仅支持26位寻址空间，位寻址空间，不支持乘法或协处理器指令。不支持乘法或协处理器指令。基于该体系结构的基于该体系结构的ARM处理器应用在处理器应用在BBC微计算机微计
83、算机中，虽然这种微型计算机制造得很少，但它标志着中，虽然这种微型计算机制造得很少，但它标志着ARM成为第一个商用单片成为第一个商用单片RISC微处理器。微处理器。2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构1.ARM体系结构的基本版本体系结构的基本版本版本版本v1嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系版本版本v1包括下列指令：包括下列指令：2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构l基本的数据处理指令（不包括乘法指令）；基本的数据处理指令（不包括乘
84、法指令）；l基于字节、字和半字的加载基于字节、字和半字的加载/存储（存储（Load/Store）指令；指令；l分支（分支（Branch）指令，包括分支与链接指令；）指令，包括分支与链接指令；l软件中断指令（软件中断指令（SWI），用于进行操作系统调用。），用于进行操作系统调用。1.ARM体系结构的基本版本体系结构的基本版本版本版本v1版本版本v1现已废弃不用。现已废弃不用。嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系以以ARMv2为核的为核的Acorn公司的公司的Archimedes和和A3000批量销售，它使用了版本批量销售，它使用了版本v
85、2的体系结构。的体系结构。版本版本v2仍然只支持仍然只支持26位的地址空间，但包含了对位的地址空间，但包含了对32位结果的乘法指令和协处理器的支持。位结果的乘法指令和协处理器的支持。版本版本v2a是版本是版本v2的变种，的变种，ARM3芯片是采用了版芯片是采用了版本本v2a和第一片具有片上和第一片具有片上Cache的的ARM处理器。处理器。2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构1.ARM体系结构的基本版本体系结构的基本版本版本版本v2嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系版本版本v2（2
86、a）通过增加下列指令对体系结构版本）通过增加下列指令对体系结构版本v1进行了扩展，即：进行了扩展，即：2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构l乘法和乘加指令；乘法和乘加指令；l支持协处理器的指令；支持协处理器的指令；l对于快速中断（对于快速中断（FIQ）模式，提供了）模式，提供了2个以上的影个以上的影子寄存器；子寄存器；lSWP指令和指令和SWPB指令。指令。1.ARM体系结构的基本版本体系结构的基本版本版本版本v2版本版本v2现已废弃不用。现已废弃不用。嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络
87、工程系ARM作为独立的公司，在作为独立的公司，在1990年设计的第一个微处年设计的第一个微处理器理器ARM6采用的是版本采用的是版本v3的体系结构。的体系结构。版本版本v3作为作为IP核、独立的处理器（核、独立的处理器（ARM60）、具有）、具有片上高速缓存、片上高速缓存、MMU核写缓冲的集成核写缓冲的集成CPU（用于（用于AppleNewton的的ARM600、ARM610）所采纳的体）所采纳的体系结构而被大量销售。系结构而被大量销售。版本版本v3的变种版本有版本的变种版本有版本v3G和版本和版本v3M。2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构
88、1.ARM体系结构的基本版本体系结构的基本版本版本版本v3嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系版本版本v3较以前的版本发生了如下的变化：较以前的版本发生了如下的变化：2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构l地址空间扩展到地址空间扩展到32位；位；l分开的当前程序状态寄存器分开的当前程序状态寄存器CPSR和程序状态和程序状态寄存器寄存器SPSR；l增加了两种异常模式；增加了两种异常模式；l增加了增加了2个指令（个指令（MRS和和MSR；l修改了过去用于从异常（修改了过去用于从异常（exc
89、eption）返回的）返回的指令的功能。指令的功能。1.ARM体系结构的基本版本体系结构的基本版本版本版本v3嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系体系结构版本体系结构版本v4是第一个具有全部正式定义的体系是第一个具有全部正式定义的体系结构版本，它增加了有符号、无符号半字和有符号字结构版本，它增加了有符号、无符号半字和有符号字节的加载节的加载/存储指令，并为结构定义的操作预留一些存储指令，并为结构定义的操作预留一些SWI空间；引入了系统模式，并将几个未使用指令空空间；引入了系统模式，并将几个未使用指令空间的角落作为未定义指令使用。间的角
90、落作为未定义指令使用。在体系结构版本在体系结构版本4的变种版本的变种版本4T中，引入了中，引入了16位位Thumb压缩形式的指令集。压缩形式的指令集。2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构1.ARM体系结构的基本版本体系结构的基本版本版本版本v4嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系与版本与版本v3相比，版本相比，版本4增加了下列指令：增加了下列指令：2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构l有符号、无符号的半字和有符号字节的有符号、无符号
91、的半字和有符号字节的Load和和Store指令；指令；l增加了增加了T变种；变种；l增加了处理器的特权模式。增加了处理器的特权模式。1.ARM体系结构的基本版本体系结构的基本版本版本版本v4版本版本v4不再强制要求与不再强制要求与26位地址空间兼容，而且还位地址空间兼容，而且还清楚的指明了哪些指令将会引起未定义指令异常。清楚的指明了哪些指令将会引起未定义指令异常。嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系体系结构版本体系结构版本v5通过增加一些指令以及对现有指令通过增加一些指令以及对现有指令的定义略作修改，对版本的定义略作修改，对版本v4进
92、行了扩展。进行了扩展。版本版本v5主要由两个变种版本主要由两个变种版本v5T和和v5TE组成。组成。ARM10处理器是最早支持版本处理器是最早支持版本v5T（很快也会支持（很快也会支持v5TE版本）的处理器。版本）的处理器。2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构1.ARM体系结构的基本版本体系结构的基本版本版本版本v5嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系版本版本v5T是体系结构版本是体系结构版本4T的扩展集，加入了的扩展集，加入了BLX、CLZ和和BRK指令。指令。为了简化那些同时需要
93、控制器和信号处理功能的系为了简化那些同时需要控制器和信号处理功能的系统设计任务，版本统设计任务，版本v5TE在体系结构版本在体系结构版本v5T的基础上的基础上增加了信号处理指令集，并首先在增加了信号处理指令集，并首先在ARM9E-S可综合核可综合核中实现。中实现。2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构1.ARM体系结构的基本版本体系结构的基本版本版本版本v5嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系版本版本v5主要有如下扩展：主要有如下扩展：2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处理
94、器体系结构处理器体系结构处理器体系结构l提高了提高了T变种中变种中ARM/Thumb之间切换的效率；之间切换的效率；l让非让非T变种和变种和T变种一样，使用相同的代码生成技术；变种一样，使用相同的代码生成技术；l增加了一个计数前导零（增加了一个计数前导零（CountLeadingZeroes，CLZ）指）指令，该指令允许更有效的整数除法和中断优先程序；令，该指令允许更有效的整数除法和中断优先程序；l增加了软件断点增加了软件断点(BKPT)指令；指令；l为协处理器设计提供了更多的可选则的指令；为协处理器设计提供了更多的可选则的指令；l对由乘法指令如何设置条件码标志位进行了严密的定义。对由乘法指令
95、如何设置条件码标志位进行了严密的定义。1.ARM体系结构的基本版本体系结构的基本版本版本版本v5嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系ARM体系结构版本体系结构版本v6是是2001年发布的。年发布的。新架构版本新架构版本v6在降低耗电量的同时，强化了图形处理在降低耗电量的同时，强化了图形处理性能。性能。通过追加了能够有效进行多媒体处理的通过追加了能够有效进行多媒体处理的SIMD功能，功能，将其对语音及图像的处理功能提供到原机型的将其对语音及图像的处理功能提供到原机型的4倍。倍。版本版本v6首先在首先在2002年春季发布的年春季发布的AR
96、M11处理器中处理器中使用。除此之外，版本使用。除此之外，版本v6还支持多种微处理器内核。还支持多种微处理器内核。2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构1.ARM体系结构的基本版本体系结构的基本版本版本版本v6嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系ARM ARM 体系结构更新体系结构更新嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构1.ARM体系结构的基本版本体系结构的基本版本2.ARM体系结构
97、的演变体系结构的演变3.ARM/Thumb体系结构版本命名体系结构版本命名2.3ARM2.3ARM处理器基础处理器基础处理器基础处理器基础嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系Thumb指令集是指令集是ARM指令集的重编码子集。指令集的重编码子集。Thumb指令（指令（16位位）是）是ARM指令（指令（32位位）的一半）的一半长，因此使得长，因此使得Thumb指令集可得到比指令集可得到比ARM指令集更高指令集更高的代码密度，这对于降低产品成本是非常有意义的。的代码密度，这对于降低产品成本是非常有意义的。对于支持对于支持Thumb指令的指
98、令的ARM体系版本，一般通过增体系版本，一般通过增加字符加字符T来表示（如来表示（如v4T）。）。2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构2.ARM体系结构的演变体系结构的演变Thumb指令集（指令集（T变种）变种）嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系ARM指令集的长乘法指令是一种生成指令集的长乘法指令是一种生成64位相乘结果位相乘结果的乘法指令。的乘法指令。与乘法指令相比，与乘法指令相比，M变种增加了以下两条指令：变种增加了以下两条指令：2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处
99、理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构2.ARM体系结构的演变体系结构的演变长乘法指令（长乘法指令（M变种）变种）l一条指令完成一条指令完成32位整数乘以位整数乘以32位整数，生成位整数，生成64位整数的位整数的长乘长乘操作（即操作（即323264）；）；l另一条指令完成另一条指令完成32位整数乘以位整数乘以32位整数，然后位整数，然后再加上一个再加上一个32位整数，生成位整数，生成64位整数的位整数的长乘加长乘加操操作（即作（即32323264）。）。嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系需要这种长乘法的场合需要这种长乘法的场合M变
100、种非常适合。但是，变种非常适合。但是，M变种包含的指令意味着乘法器须相当大，因此，在对变种包含的指令意味着乘法器须相当大，因此，在对芯片尺寸要求苛刻而乘法性能不太重要的系统实现中，芯片尺寸要求苛刻而乘法性能不太重要的系统实现中，就不适合添加这种相当耗费芯片面积的就不适合添加这种相当耗费芯片面积的M变种。变种。M变种首先在变种首先在ARM体系版本体系版本v3中引入。中引入。对于支持长乘法对于支持长乘法ARM指令的指令的ARM体系版本，使用体系版本，使用字符字符M来表示。来表示。2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构2.ARM体系结构的演变体系结构
101、的演变长乘法指令（长乘法指令（M变种）变种）嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系ARM指令集的指令集的E变种包括一些附加指令。变种包括一些附加指令。在完成典在完成典型的型的DSP算法方面，这些附件指令可以增强算法方面，这些附件指令可以增强ARM处理处理器的性能。它们包括：器的性能。它们包括：2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构2.ARM体系结构的演变体系结构的演变增强型增强型DSP指令（指令（E变种）变种）l几条新的完成几条新的完成16位数据乘法和乘加操作的指令。位数据乘法和乘加操作
102、的指令。l实现饱和的带符号算术运算的加法和减法指令。实现饱和的带符号算术运算的加法和减法指令。l进行双字数据操作的指令，包括加载寄存器指令进行双字数据操作的指令，包括加载寄存器指令LDRD、存储、存储寄存器指令寄存器指令STRD和协处理器寄存器传送指令和协处理器寄存器传送指令MCRR与与MRRC。lCache预加载指令预加载指令PLD。嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系E变种首先在变种首先在ARM体系版本体系版本v5T中使用，用字符中使用，用字符E表表示。示。在版本在版本v5以前的版本以及在非以前的版本以及在非M变种和非变种和非T变
103、种的变种的版本中，版本中，E变种是无效的。变种是无效的。对于一些早期对于一些早期ARM体系的体系的E变种中，其实现省略了变种中，其实现省略了LDRD、STRD、MCRR、MRRC和和PLD指令。这种指令。这种E变种记作变种记作ExP，其中，其中x表示缺少，表示缺少，P代表上述的几种指代表上述的几种指令。令。2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构2.ARM体系结构的演变体系结构的演变增强型增强型DSP指令（指令（E变种）变种）嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系ARM的的Jazelle技
104、术将技术将Java语言的优势和先进的语言的优势和先进的32位位RISC芯片完美的结合在一起。芯片完美的结合在一起。Jazelle技术提供了技术提供了Java加速功能，使得加速功能，使得Java代码代码的运行速度比普通的运行速度比普通Java虚拟机提高了虚拟机提高了8倍，而功耗降倍，而功耗降低了低了80。2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构2.ARM体系结构的演变体系结构的演变Java加速器加速器Jazelle（J变种）变种）嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系Jazelle技术使得程
105、序员可以在一个单独的处理器技术使得程序员可以在一个单独的处理器上同时允许上同时允许Java应用程序、已经建立好的操作系统应用程序、已经建立好的操作系统和中间件以及其他应用程序。这样使得一些必须用到和中间件以及其他应用程序。这样使得一些必须用到协处理器和双处理器的场合可以使用单处理器代替，协处理器和双处理器的场合可以使用单处理器代替，在提供高性能的同时保证低功耗和低成本。在提供高性能的同时保证低功耗和低成本。J变种首先在变种首先在ARM体系版本体系版本vTEJ中使用，用字符中使用，用字符J表示。表示。2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构2.AR
106、M体系结构的演变体系结构的演变Java加速器加速器Jazelle（J变种）变种）嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系ARM媒体功能扩展媒体功能扩展SIMD技术为嵌入式应用系统提技术为嵌入式应用系统提供了高性能的音频和视频处理能力，它可使微处理器供了高性能的音频和视频处理能力，它可使微处理器的音频和视频处理性能提高的音频和视频处理性能提高4倍。倍。ARM的的SIMD媒体功能扩展为这些应用系统提供了媒体功能扩展为这些应用系统提供了解决方案，它为包括音频和视频处理在内的应用系统解决方案，它为包括音频和视频处理在内的应用系统提供了优化功能。提
107、供了优化功能。2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构2.ARM体系结构的演变体系结构的演变ARM媒体功能扩展（媒体功能扩展（SIMD变种）变种）嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系其主要特点包括：其主要特点包括：2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构2.ARM体系结构的演变体系结构的演变ARM媒体功能扩展（媒体功能扩展（SIMD变种）变种）l将处理器的音频和视频处理性能提高了将处理器的音频和视频处理性能提高了24倍；倍；l可同时进行可同
108、时进行2个个16位操作数或位操作数或4个个8位操作数的运算；位操作数的运算；l提供了小数算术运算；提供了小数算术运算；l用户可自定义饱和运算的模式；用户可自定义饱和运算的模式；l可以进行可以进行2个个16位操作数的乘加位操作数的乘加/乘减运算；乘减运算；l32位乘以位乘以32位的小数乘加运算；位的小数乘加运算；l同时同时8位位/16位选择操作。位选择操作。嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构1.ARM体系结构的基本版本体系结构的基本版本2.ARM体系结构的演变体系结构的演变3.ARM/Thu
109、mb体系结构版本命名体系结构版本命名2.3ARM2.3ARM处理器基础处理器基础处理器基础处理器基础嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.3.3ARM2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构处理器体系结构3.ARM/Thumb体系结构版本命名体系结构版本命名l基本字符串基本字符串ARMv；lARM指令集的指令集的版本号版本号，目前是，目前是16的数字字符；的数字字符；l表示表示变种变种的字符（除了的字符（除了M变种）。变种）。l使用字符使用字符x表示排除某种功能。若在表示排除某种功能。若在v3以后的版本中以后的版本
110、中描述为标准的变种没有出现，则字符描述为标准的变种没有出现，则字符x后跟随所排除变种后跟随所排除变种的字符。如，在的字符。如，在ARMv5TExP体系版本中，体系版本中，x表示缺少，表示缺少，P表示在表示在ARMv5TE中排除某些指令（包括中排除某些指令（包括LDRD、STRD、MCRR/MRRC、PLD）。）。为了精确命名版本和为了精确命名版本和ARM/Thumb体系版本的体系版本的变种，将下面的字符串连接起来使用，即：变种，将下面的字符串连接起来使用，即：嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系表表2-2 2-2 目前有效的目前有效的
111、ARM/ThumbARM/Thumb体系版本体系版本嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.3ARM处理器基础处理器基础2.3.1ARM简介简介2.3.2ARM处理器系列处理器系列2.3.3ARM处理器体系结构处理器体系结构2.3.4ARM处理器应用选型处理器应用选型嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系2.3.4ARM处理器应用选型处理器应用选型1.ARM微处理器内核的选择微处理器内核的选择2.系统的工作频率系统的工作频率3.芯片内存储器的容量芯片内存储器的容量4.片内外围电
112、路的选择片内外围电路的选择2.3ARM2.3ARM处理器基础处理器基础处理器基础处理器基础嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系从前面所介绍的内容可知，从前面所介绍的内容可知，ARM微处理器包含一系列的微处理器包含一系列的内核结构，以适应不同的应用领域。内核结构，以适应不同的应用领域。用户如果希望使用用户如果希望使用WinCE或标准或标准Linux等操作系统以减等操作系统以减少软件开发时间，就需要选择少软件开发时间，就需要选择ARM720T以上以上带有带有MMU功功能的能的ARM芯片，芯片，ARM720T、ARM920T、ARM922T
113、、ARM946T、Strong-ARM都带有都带有MMU功能。功能。而而ARM7TDMI则没有则没有MMU，目前有，目前有uC/OS等不需要等不需要MMU支持的操作系统可运行于支持的操作系统可运行于ARM7TDMI硬件平台之上。硬件平台之上。2.3.4ARM2.3.4ARM处理器应用选型处理器应用选型处理器应用选型处理器应用选型 1.ARM微处理器内核的选择微处理器内核的选择嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系系统的工作频率在很大程度上决定了系统的工作频率在很大程度上决定了ARM微处理器的处微处理器的处理能力。理能力。ARM7系列微处
114、理器的典型处理速度为系列微处理器的典型处理速度为0.9MIPS/MHz，常见的常见的ARM7芯片系统主时钟为芯片系统主时钟为20MHz-133MHz，ARM9系列微处理器的典型处理速度为系列微处理器的典型处理速度为1.1MIPS/MHz，常见的，常见的ARM9的系统主时钟频率为的系统主时钟频率为100MHz-233MHz，ARM10最最高可以达到高可以达到700MHz。不同芯片对时钟的处理不同，有的芯片只需要一个主时钟不同芯片对时钟的处理不同，有的芯片只需要一个主时钟频率，有的芯片内部时钟控制器可以分别为频率，有的芯片内部时钟控制器可以分别为ARM核和核和USB、UART、DSP、音频等部件提
115、供不同频率的时钟。、音频等部件提供不同频率的时钟。2.系统的工作频率系统的工作频率2.3.4ARM2.3.4ARM处理器应用选型处理器应用选型处理器应用选型处理器应用选型 嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系大多数的大多数的ARM微处理器片内存储器的容量都不太大，微处理器片内存储器的容量都不太大，需要用户在设计系统时外扩存储器。需要用户在设计系统时外扩存储器。但也有部分芯片具有相对较大的片内存储空间，如但也有部分芯片具有相对较大的片内存储空间，如ATMEL的的AT91F40162就具有高达就具有高达2MB的片内程序存储的片内程序存储空
116、间，用户在设计时可考虑选用这种类型，以简化系统空间，用户在设计时可考虑选用这种类型，以简化系统的设计。的设计。3.芯片内存储器的容量芯片内存储器的容量2.3.4ARM2.3.4ARM处理器应用选型处理器应用选型处理器应用选型处理器应用选型 嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系除除ARM微处理器核以外，几乎所有的微处理器核以外，几乎所有的ARM芯片均根据芯片均根据各自不同的应用领域，扩展了相关功能模块，并集成在各自不同的应用领域，扩展了相关功能模块，并集成在芯片之中，我们称之为片内外围电路，如芯片之中，我们称之为片内外围电路，如USB接
117、口、接口、IIS接口、接口、LCD控制器、键盘接口、控制器、键盘接口、RTC、ADC和和DAC、DSP协处理器等。协处理器等。设计者应分析系统的需求，尽可能采用片内外围电路设计者应分析系统的需求，尽可能采用片内外围电路完成所需的功能，这样既可简化系统的设计，同时提高完成所需的功能，这样既可简化系统的设计，同时提高系统的可靠性。系统的可靠性。4.片内外围电路的选择片内外围电路的选择2.3.4ARM2.3.4ARM处理器应用选型处理器应用选型处理器应用选型处理器应用选型 嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系小小结结本节主要介绍了三方面的内
118、容：本节主要介绍了三方面的内容：本节主要介绍了三方面的内容：本节主要介绍了三方面的内容： 嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述 ARMARM处理器简介处理器简介处理器简介处理器简介 ARMARM处理器的选型原则处理器的选型原则处理器的选型原则处理器的选型原则通过本节的学习，要求对嵌入式处理器的基本通过本节的学习，要求对嵌入式处理器的基本通过本节的学习，要求对嵌入式处理器的基本通过本节的学习，要求对嵌入式处理器的基本概念和基本特点有所了解，尤其对概念和基本特点有所了解，尤其对概念和基本特点有所了解，尤其对概念和基本特点有所了解，尤其对ARMARM处理处理处理处理器系列
119、的演变、版本、体系结构和选型原则掌器系列的演变、版本、体系结构和选型原则掌器系列的演变、版本、体系结构和选型原则掌器系列的演变、版本、体系结构和选型原则掌握并理解，以利于继续深入学习握并理解，以利于继续深入学习握并理解，以利于继续深入学习握并理解，以利于继续深入学习ARMARM处理器处理器处理器处理器的编程模型和指令集。的编程模型和指令集。的编程模型和指令集。的编程模型和指令集。 嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系课课后后习习题题作业：书上作业：书上P83，1、2、3、4、5。嵌入式系统原理与开发嵌入式系统原理与开发*工程大学工程大学*工程学院网络工程系工程学院网络工程系
