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北林信息学院软件教研室 第2章 ARM体系结构 教学要求 掌握嵌入式系统硬件平台 理解ARM体系结构和指令集 本章内容 2.1 嵌入式系统硬件平台 2.2 嵌入式微处理器 2.3 ARM微处理器体系结构 2.1 嵌入式系统硬件平台 1、嵌入式处理器 嵌入式处理器的组成 处理器内核 地址总线 数据总线 控制总线 片上I/O接口电路及辅助电路 2、嵌入式系统中的存储设备 RAM、SRAM、DRAM RAM即是我们通常所说的内存。RAM又可分为SRAM（静态存储器）和DRAM（动态存储器） Flash 一种非易失闪存，它具有和ROM一样掉电后数据不会丢失的特性。Flash是目前嵌入式系统中广泛采用的主流存储器 主要特点是按整体/扇区擦除和按字节编程，具有低功耗、高密度、小体积等优点 Flash NOR Flash NAND Flash NOR Flash 在芯片内执行，可以直接读取芯片内储存的数据，因而速度比较快。应用程序直接在Flash内运行，不必把代码读到系统RAM中运行 地址线与数据线分开，可以以“字”为基本单位操作 写操作需要擦除和写入两个过程，每次擦除只能擦除一个扇区，不能逐个字节擦除 擦除速度慢，以64~128KB的块为单位 主要用于代码存储介质中 最大可擦写次数10万次 NAND Flash 不能直接在Flash内运行应用程序，需要将数据复制到RAM中运行。 读写操作采用512字节的块，成本低。 地址线、数据线共用。 内部数据以块为单位进行存储。 擦除速度快，以8~32KB的块为单位 容量大，适合数据存储。 每个块的最大可擦写次数超过100万次 3、JTAG接口 JTAG（Joint Test Action Group，联合测试行动小组）是一种国际标准测试协议（IEEE 1149.1兼容），主要用于芯片内部测试。 经常用简易JTAG接口直接烧写嵌入式系统Flash存储器。 这种烧写方式是通过一根并口电缆和一块信号转换集成电路板以建立PC机与开发板之间的通信。 2.2 嵌入式微处理器 2.2.1 嵌入式处理器的分类 2.2.2 嵌入式微处理器的选择原则 2.2.3 典型的嵌入式微处理器 2.2.1 嵌入式处理器的分类 嵌入式微处理器 将微处理器装配在专门设计的印制电路板上，只保留和嵌入式应用精密相关的功能硬件，去除其它冗余的功能部件，配上必要的外围扩展电路，大幅减少系统的体积和功耗。 主流的嵌入式微处理器 ARM MIPS PowerPC X86等 嵌入式微控制器 最初的表现形式是单片机 将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片上。 主流的MCU MCS51 P51XA MCS-251等 嵌入式数字信号处理器 应用于多媒体信号处理和各种带有智能逻辑的消费类产品的处理器必须具有能够执行数字信号处理算法和编译效率较高的特性 代表性的DSP产品 TI公司的TMS320系列 Motorola公司的DSP5600系列 嵌入式片上系统 从整个系统的功能和性能出发，用软硬件结合的设计和验证方法，将微处理器核和存储器等集成在单一芯片上。 SoC可分为2类 通用：Infineon公司的TriCore、Motorola公司的M-Core，某些ARM系列器件及Echelon公司和Motorola公司联合研制的Neuron芯片 专用：Philips公司的Smart XA 2.2.2 嵌入式微处理器的选择原则 2.2.2 嵌入式微处理器的选择原则 1、选择哪一类处理单元 2、选择哪个厂商的产品 2.2.2 嵌入式微处理器的选择原则 低成本 低功耗 恰当的处理能力 技术指标 调查市场上已有的CPU供应商 合适的嵌入式操作系统支持 与原有产品的兼容 编程语言的限制 上市时间 处理器供应商是否提供开发板 2.2.3 典型的嵌入式微处理器 ARM处理器 PowerPC处理器 FPGA（Field Programmable Gate Array 现场可编程门阵列） SoC（System on Chip） 2.3 ARM体系结构和指令集 2.3.1 ARM公司简介 2.3.2 ARM系列微处理器 2.3.3 ARM体系结构和指令集 2.3.1 ARM公司简介 ARM（Advanced RISC Machines），既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。 ARM 公司是专门从事基于RISC 技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可，由合作公司生产各具特色的芯片。 2.3.2 ARM系列微处理器 － ARM7系列 － ARM9/9E系列 － ARM10E系列 － SecurCore系列 － Intel的Xscale － Intel的Strong ARM