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1、第二章第二章第二章第二章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概述n嵌入式微处理器是嵌入式系统的核心。目前32位嵌入式微处理器是市场的主流。n 32位嵌入式微处理器市场，我们可以发现超过100家的芯片供应商和近30种指令体系结构。嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述RISC结构已经被证明是嵌入式处理器最适合的结构。ARM处理器是真正意义上的RISC结构的处理器，且具有处理速度快、功耗低、价格便宜等方面的优点，得到了广泛使用2.1 引言本章以ARM处理器为例来介绍嵌入式处理器。在概要介绍处理器背景知识的基础上，主要
2、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。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指令系统指令系统2.52.5 ARMARM程序设计基础程序设计基础2.2 2.2 嵌入式处理器概述嵌入式处理器概述 n 2.2.1 嵌入式处理器的分类 n 2.2.2 典型的嵌入式处理器 2.2.1 嵌入式处理器的分类2.2 2.2 2.2 2.2 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
3、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（MCUMCUMCUMCU）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（MPUMPUMPUMPU）嵌入式嵌入式嵌入式嵌入式DSPDSPDSPDSP（DSPDSPDSPDSP）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（SoCSoCSoCSoC）典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器n在1996年以前，最成功的嵌入式微处理器是Motorola公司的68000系列。此外嵌入式微处理器市场还包括其它体系结构，如Intel公司的I960，Motorola公司的Coldfire，Sun公司的Sparc，以及嵌入式X8
4、6系列平台。n当然，最引人注目的还是ARM公司的ARM系列、MIPS公司的MIPS系列，以及Hitachi公司的SuperH系列（其中ARM和MIPS都知识产权公司，把他们的微处理器IP技术授权给半导体厂商，由他们生产形态各异的微处理器芯片）。 典型的嵌入式处理器典型的嵌入式处理器nARM处理器nPowerPC处理器nMIPS处理器nSparc处理器n龙芯处理器1. ARM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进RISC机器公司（机器公司（AdvancedRISCMachines，ARM）是全球）是全球领先的先的16/32
5、位位RISC微微处理理器知器知识产权（IntellectualProperty，IP）供）供应商。商。ARM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，而是依靠，而是依靠转让微微处理器、外理器、外围和系和系统芯片的芯片的设计技技术给合作公司，由合作合作公司，由合作公司使用公司使用这些技些技术来生来生产各具特色的芯片。各具特色的芯片。1. ARM处理器ARM已成已成为移移动通信、手持通信、手持设备、多媒体数字消、多媒体数字消费等等嵌入式解决方案事嵌入式解决方案事实上的上的标准。准。ARM进入中国几年以来，已入中国几年以来，已经与中与中兴、华为、东南大南大学、上海集成学、上海集成电路路设计
6、中心、中芯国中心、中芯国际以及大唐以及大唐签订了芯了芯片核心技片核心技术授授权协议。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1. ARM处理器ARM处理器本身是理器本身是32位位设计，但也配，但也配备16位指令集位指令集。ARM的的Jazelle技技术提供了提供了Java加速，可得到比基于加速，可得到比基于软件的件的Java虚虚拟机高得多的性能。机高得多的性能。ARM采用采用DSP指令集的指令集的扩充提供了增充提供了增强强的的16位和位和32位位算算术运算能力，提高了性能和灵活性运算能力，提高了性能和灵活性。ARM还提供了两个前沿特性提供了两
7、个前沿特性嵌入式嵌入式ICE-RT逻辑和和嵌入式跟踪宏嵌入式跟踪宏核系列，用以核系列，用以辅助助带嵌入式核的、高集成的嵌入式核的、高集成的SoC器件的器件的调试。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1. ARM处理器基于基于ARM核嵌入式芯片的典型核嵌入式芯片的典型应用主要有：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
8、品网络产品网络产品安全产品安全产品2. PowerPC处理器PowerPC处理器品种很多，既有通用的理器品种很多，既有通用的处理器，又有嵌理器，又有嵌入式控制器和内核。入式控制器和内核。PowerPC的特点是可伸的特点是可伸缩性好、方便灵活。性好、方便灵活。PowerPC的的应用范用范围非常广泛，从高端的工作站、服非常广泛，从高端的工作站、服务器到桌面器到桌面计算机系算机系统，从消，从消费电子到大型通信子到大型通信设备等各个等各个方面。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2. PowerPC处理器PowerPC处理器的主理器的主频从
9、从25MHz700MHz不等，不等，它它们的能量消耗、大小、整合程度、价格等差的能量消耗、大小、整合程度、价格等差别悬殊，殊，主要主要产品的芯片型号有品的芯片型号有PowerPC750、PowerPC405和和PowerPC440。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3. MIPS处理器 MIPS是是MicroprocessorwithoutInterlockedPipelineStages的的缩写，即写，即“无内部互无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
10、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3. MIPS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
11、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4. Sparc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、
12、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5. 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的新一代32位位处理器。
13、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5. 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
14、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。2.2.22.2.2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5. 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
