123三、ARM微处理器体系结构课件.ppt

嵌入式系统设计与实例开发 —基于32位微处理器与实时操作系统 第三讲 ARM嵌入式微处理器体系结构 华北电力大学 控制与计算机工程学院 李东江副教授 ;本节提要;嵌入式处理器概述;嵌入式处理器评价指标（1）;嵌入式处理器评价指标（2）;嵌入式处理器的基本结构（1）;嵌入式处理器的基本结构（2）; 评估嵌入式系统处理器的主要指标;本节提要;ARM简介;ARM Ltd;ARM微处理器的应用领域;ARM微处理器系列;ARM公司成立于1981年，最初与英国广播公司合作为英国教育界设计小型机，当时采用的是美国的6502芯片。取得成功后，他们开始设计自己的芯片，受当时美国加洲大学伯克利分校提出的RISC思想的影响，他们设计的芯片也采用RISC体系结构，并命名为“Acorn RISC Machine”。 ARM公司的第一款芯片ARM1在1985年被设计出来，次年又设计了真正实用的ARM2。ARM2具有32位数据总线和24位地址总线，带有16个寄存器。ARM2可能是当时最简化的32位微处理器，上面仅有30000个晶体管（4年前Motorola公司的68000则有68000个晶体管）。这种精简的结构使ARM2具有优异的低功耗特性，而性能则超过了同期Intel公司的286（134K个晶体管）。 1990年ARM公司另外组建了一个名为“Advanced RISC Machines”的公司，专门从事ARM系列微处理器的开发。1998年ARM公司在伦敦证券交易所和NASDAQ上市。;ARM7TDMI 是ARM公司最成功的微处理器IP之一，至今在蜂窝电话领域已销售了数亿个微处理器。 DEC公司获得ARM公司授权设计并生产了StrongARM系列微处理器，这款CPU的主频达到了233MHz，而功率不到1瓦。后来DEC公司StrongARM部门被Intel公司并购，Intel公司用StrongARM取代了他们境况不佳的i860和 i960体系，并在此基础上开发了新的体系结构XScale系列。 世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。目前，Motorola、IBM、TI、Philips、VLSI、Atmel和Samsung等几十家大的半导体公司都获得了ARM公司的授权，生产形态各异的ARM芯片;ARM处理器的技术优势;ARM处理器的应用;ARM的发展历程-2;ARM的发展历程-3;ARM处理器的3大特点如下： 小体积、低功耗、成本低、高性???； 16位/32位双指令集； 全球众多的合作伙伴。 当前ARM体系结构的扩充包括： Thumb:16位指令集，用以改善代码密度； DSP：用于DSP应用的算术运算指令集； Jazeller：允许直接执行Java代码的扩充。 ARM处理器系列提供的解决方案包括： 在无线、消费电子和图像应用方面的开放平台； 存储、自动化、工业和网络应用的嵌入式实时系统； 智能卡和SIM卡的安全应用。;ARM;ARM 微处理器;ARM处理器的使用量;ARM体系结构版本 - 1;ARM体系结构版本 - 2;ARM 体系结构更新;体系结构变化 – 1*;体系结构变化 - 2;体系结构变化 - 3;ARM体系结构的发展;ARM流水线;ARM流水线的级数;ARM流水线结构的发展;ARM微处理器特性;AMBA总线;Cache和紧耦合器;存储器管理;协处理器;ARM体系结构的命名规则;ARM9TDMI;ARM9TDMI流水线的变化;ARM9TDMI数据通道 (1);ARM9TDMI 数据通道 (2);周期;周期;LDM互锁 (1);LDM 互锁 (2);ARM9TDMI系统举例;;ARM处理器结构综述（一）;ARM处理器结构综述（二）;ARM处理器结构综述（三）;ARM处理器结构综述（四）;PXA架构的应用;ARM微处理器的选型;本节提要;ARM内核的数据流模型;;处理器的工作状态;存储器模式*;示例;数据和指令类型;The ARM 可以用 little/big endian 格式存取数据. ;处理器模式;处理器工作模式(2);处理器工作模式(3);寄存器类别;寄存器类别;寄存器类别;寄存器类别;寄存器类别;寄存器类别;寄存器类别;寄存器类别;寄存器类别;寄存器类别;Lable;内部寄存器;内部寄存器;内部寄存器;内部寄存器;当处理器执行在ARM状态: 所有指令 32 bits 宽 所有指令必须 word 对齐 所以 pc值由bits [31:2]决定, bits [1:0] 未定义 (所以指令不能halfword / byte对齐). 当处理器执行在Thumb状态: 所有指令 16 bits 宽 所有指令必须 halfword 对齐 所以 p