《微处理器AR》PPT课件.ppt

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1、嵌入式系统课件嵌入式系统课件飞凌嵌入式课程目标n掌握微处理器ARM的特点及概念n熟悉ADS应用开发CPUn遵循 冯诺依曼结构 存储程序n本身是个数字电路n对应一套指令系统n不断顺序取指令执行n哈佛结构指令系统n软硬件界面nRISC（精简指令集）/CISC（复杂指令集）nRISC便于实现流水线，进而提高性能指令流水线n可以使一些需要计算机处理的多项操作在时间上重叠进行 n便于提高电路的工作频率高速缓存（cache)n位于CPU和主存之间的高层存储子系统n提高存储器的平均访问速度，从而使存储器的速度和CPU的速度相匹配 n单位容量的价格很昂贵n处理器与存储器性能的差距仍在以每年50%的速度增大 虚

2、拟内存n虚拟存储器的空间大小取决于计算机的访存能力而不是实际外存的大小n使存储系统既具有相当于外存的容量又有接近于主存的访问速度 int *ptr,idata;ptr=0 x1000a018;idata=*ptr;内存管理单元(MMU)nMemory Management Unitn虚拟地址到物理地址的转换n辅助实现虚拟内存n辅助实现多任务管理如何评价处理器n频率n性能n功耗n面积（成本）ARM介绍介绍nAdvanced Risc Machines,LtdnARM公司公司90年成立，只提供年成立，只提供IP（知识产权）（知识产权）nV3 到到 V6n低功耗，低成本低功耗，低成本n大量使用寄存器

3、，指令长度固定大量使用寄存器，指令长度固定n领先的性能领先的性能/功耗（功耗（MIPS/Watt）ARM系列处理器nARM是一个CPU内核。ARM公司自己并不生产或销售芯片，它采用技术授权模式，通过出售芯片技术授权，收取授权费与技术转让费n随着ARM/MIPS/ARC等成熟内核的推出，很多过去没有32位cpu研发能力的半导体公司进入这一行列。nARM系列内核的优势q成本低q功耗低ARM系列处理器n主流ARM内核：qARM7TDMI qARM99EqARM10qStrongARM/Xscale主要主要ARM芯片供应商芯片供应商nIntelnTInSamsungnMotorolanPhilipsn

4、AtmelnCirrus LogicARM系列处理器系列处理器nATMEL公司arm系列nAT91系列：优点：工业级。但缺乏lcd驱动等较吸引力的外围电路。nAT75/76系列：内置arm7/DSP双内核，有Arm+2DSP/ARM+DSP+MAC,两种配置，加上PHY就可实现voip终端 ARM系列处理器系列处理器nNetScillon公司ARM+NET系列芯片，关注设备上网（嵌入式internet）解决方案。nSamsung:Arm系 列 SOC芯 片，集 成 度 高，关 注mp3/pda/route应用。S3c44b0 x,s3c4510.nMotolora:最近推出龙珠MX1，使用了a

5、rm内核。ARM 指令系统指令系统nARM状态：执行状态：执行32位字对齐的位字对齐的ARM指令指令nTHUMB状态：执行状态：执行16位半字对齐的位半字对齐的THUMB指令，在这种状态下，指令，在这种状态下，PC寄存器的第一位来寄存器的第一位来选择一个字中的哪个半字。选择一个字中的哪个半字。n两种状态的转换不影响处理器工作模式和寄存两种状态的转换不影响处理器工作模式和寄存器内容器内容n参照参照 ARM指令集指令集ARM体系结构发展（体系结构发展（V3）nV3结构结构 32位地址。位地址。T Thumb状态：状态：16位指令。位指令。M 长乘法支持（长乘法支持（32*32=64或者或者32*3

6、2+64=64）。这一性质已经变成）。这一性质已经变成V4结构结构的标准配置。的标准配置。nARM7TDMI是是1995年推出的该系列第一个处年推出的该系列第一个处理器内核理器内核ARM体系结构发展（体系结构发展（V4）nV4结构结构 加入了半字存储操作。加入了半字存储操作。D 对调试的支持（对调试的支持（Debug）I 嵌入的嵌入的ICE（In Circuit Emulation）属于属于V4体系结构的处理器（核）有体系结构的处理器（核）有ARM7，ARM7100（ARM7核的处理器），核的处理器），ARM7500(ARM7核的核的处理器处理器)。属于属于V4T（支持（支持Thumb指令）体

7、系结构的处理器（核）有指令）体系结构的处理器（核）有 ARM7TDMI，ARM7TDMI-S（ARM7TDMI可综合版本），可综合版本），ARM710T（ARM7TDMI核的处理器），核的处理器），ARM720T（ARM7TDMI核的处理器），核的处理器），ARM740T（ARM7TDMI核的处理器），核的处理器），ARM9TDMI，ARM910T（ARM9TDMI核的处理器），核的处理器），ARM920T（ARM9TDMI核的处理器），核的处理器），ARM940T（ARM9TDMI核的处理器），核的处理器），StrongARM（Intel公司的产品）。公司的产品）。nARM9系列于系列于19

8、97年问世年问世 ARM体系结构发展（体系结构发展（V5）n提升了提升了ARM和和Thumb指令的交互工作能力。指令的交互工作能力。E DSP指令支持。指令支持。J Java指令支持。指令支持。属于属于V5T（支持（支持Thumb指令）体系结构的处理器（核）有指令）体系结构的处理器（核）有ARM10TDMI，ARM1020T（ARM10TDMI核处理器）。核处理器）。属于属于V5TE（支持（支持Thumb，DSP指令）体系结构的处理器（核）有指令）体系结构的处理器（核）有ARM9E，ARM9E-S（ARM9E可综合版本），可综合版本），ARM946（ARM9E核的处理器），核的处理器），ARM

9、966（ARM9E核的处理器）核的处理器），ARM10E，ARM1020E（ARM10E核处理器），核处理器），ARM1022E（ARM10E核的处理器），核的处理器），Xscale（Intel公司产品）。公司产品）。属于属于V5TEJ（支持（支持Thumb，DSP指令，指令，Java指令）体系结构的处指令）体系结构的处理器（核）有理器（核）有ARM9EJ，ARM9EJ-S（ARM9EJ可综合版本），可综合版本），ARM926EJ（ARM9EJ核的处理器），核的处理器），ARM10EJ。nARM926EJ-S发布于发布于2000年，年，ARM10发布于发布于1999年年ARM体系结构发展（体系

10、结构发展（V6）n增加了媒体指令增加了媒体指令属于属于V6体系结构的处理器核有体系结构的处理器核有ARM11。ARM体系结构中有四种特殊指令集：体系结构中有四种特殊指令集：Thumb指令指令（T），），DSP指令（指令（E），），Java指令（指令（J），），Media指令，指令，V6体系结构包含全部四种特殊指体系结构包含全部四种特殊指令集。为满足向后兼容，令集。为满足向后兼容，ARMv6也包括了也包括了ARMv5的存储器管理和例外处理。这将使众的存储器管理和例外处理。这将使众多的第三方发展商能够利用现有的成果，支持多的第三方发展商能够利用现有的成果，支持软件和设计的复用。软件和设计的复用。n

11、ARM1136J-S发布于发布于2003年年 8级流水线级流水线ARMv7nCortex-A8基于下一代ARMv7架构（05年）nCortex-A9基于下一代ARMv7架构（08年）nCortex-M3是ARM公司于2004年底推出的首款基于ARMv7-M架构的处理器 nARM 06年发布了新款Cortex-R4处理器 nARM7 处理速度为处理速度为0.9MIPS/MHz,常见的主时常见的主时钟一般为钟一般为20MHz-133MHznARM9 处理速度为处理速度为1.1MIPS/MHz,常见的主时常见的主时钟一般为钟一般为100MHz-233MHznARM10 主时钟最高可达主时钟最高可达7

12、00MHzARM工作模式工作模式1 用户模式（用户模式（USR），运行应用的普通模式），运行应用的普通模式2 管理模式（管理模式（SVC），操作系统的保护模式（超级用户模式），操作系统的保护模式（超级用户模式）3 中断模式（中断模式（IRQ），用于普通中断处理），用于普通中断处理4 快速中断模式（快速中断模式（FIQ）支持数据传输或通道处理）支持数据传输或通道处理5 异常中断模式（异常中断模式（ABT）指令预取或读数据错误时）指令预取或读数据错误时6 系统模式（系统模式（SYS）,操作系统使用的有特权的用户模式操作系统使用的有特权的用户模式7 无定义（无定义（UND），执行了未定义指令时进入）

13、，执行了未定义指令时进入 除除User模式以外的其它模式都叫做特权模式，除模式以外的其它模式都叫做特权模式，除User和和System以外的其它以外的其它5种模式叫做异常模式。大部种模式叫做异常模式。大部分应用程序都在分应用程序都在User模式下运行，当处理器处于模式下运行，当处理器处于User模模式下时，执行的程序无法访问一些被保护的系统资源，以式下时，执行的程序无法访问一些被保护的系统资源，以利于操作系统控制系统资源的使用，也不能改变模式，否利于操作系统控制系统资源的使用，也不能改变模式，否则就会导致一次异常。对于则就会导致一次异常。对于System模式，任何异常都不模式，任何异常都不会导

14、致进入这一模式，而且它使用的寄存器和会导致进入这一模式，而且它使用的寄存器和User模式下模式下基本相同，主要是用于有访问系统资源请求而又避免使用基本相同，主要是用于有访问系统资源请求而又避免使用额外的寄存器的操作系统任务。在特权模式下，它们可以额外的寄存器的操作系统任务。在特权模式下，它们可以完全访问系统资源，可以自由地改变模式。在处理特定的完全访问系统资源，可以自由地改变模式。在处理特定的异常时，系统进入对应的异常模式下。这异常时，系统进入对应的异常模式下。这5种异常模式都种异常模式都有各自额外的寄存器，用于避免在发生异常的时候与用户有各自额外的寄存器，用于避免在发生异常的时候与用户模式下

15、的程序发生冲突。模式下的程序发生冲突。寄存器寄存器影子寄存器影子寄存器nR13 堆栈指针堆栈指针nR14 连接（连接（link）寄存器）寄存器nR15 PC 指针指针在任意一种处理器模式中，都使用同一个寄存器来标识当前处理器的工作模式，这个寄存器叫做CPSR(当前程序状态寄存器),它的04位用来表示CPU模式，而且在每一种处理器异常模式下，都有一个对应的SPSR(缓存程序状态寄存器)，用来保存进入异常模式前的CPSR的值。SPSR的作用就是当CPU从异常模式退出时，通过一条简单的汇编指令就能够恢复进入异常模式前的CPSR，该值保存在当前异常模式的SPSR中。异常异常nIRQnFIQnRESET

16、nUNDEFnABORTnSWIn当正常的程序执行流程当正常的程序执行流程被临时中断时被临时中断时,称为产生称为产生了异常了异常n当处理器进入异常时，当处理器进入异常时，PC值保持在异常模式下值保持在异常模式下的的LINK寄存器中，并从寄存器中，并从异常向量地址处开始执异常向量地址处开始执行处理程序行处理程序ARM中断向量中断向量n地址地址 异常类型异常类型 进入时的工作模式进入时的工作模式n0 x00000000 Reset Supervisorn0 x00000004 Und Undefinedn0 x00000008 Soft interupt Supervisorn0 x0000000

17、c Abort(prefetch)Abortn0 x00000010 Abort(data)Abortn0 x00000014 Reserved Reservedn0 x00000018 IRQ IRQn0 x0000001c FIQ FIQ异常中断优先级异常中断优先级n复位复位n数据数据abortnFIQnIRQn预取指令预取指令abortn未定义指令未定义指令n软件中断软件中断模式（模式（Endian)n大模式大模式(Big-Endian)如如 OS环境和界面（像环境和界面（像USB，PCI）n小模式小模式(Little-endian)如如TCP/IP包，包，MPEG流等流等大模式大模式(

18、Big-Endian)小模式小模式(little-Endian)S3C2440n三星公司生产nARM920T，主频可达400M以上n内部集成LCD、SD卡接口、RS-232等外设n应用于手持设备如PDA、导航等设备nS3C2440芯片图n8051芯片图TE-2440开发板n六层板设计n接口丰富qLCD/VGA/TV显示qUSB设备（device/host）qIDE接口/SD卡q串行口（RS-232），以太网（10M）q4按键，4LED，3个A/D转换q声卡n可运行Linux/ucos/wince等操作系统ADS集成开发环境组成介绍nARM ADS全称为ARM Developer Suite。是

19、ARM公司推出的新一代ARM集成开发工具。nADS由命令行开发工具，ARM实时库，GUI开发环境（Code Warrior和AXD)，实用程序和支持软件组成。有了这些部件，用户就可以为ARM系列的RISC处理器编写和调试自己的开发应用程序了。Code WarriornCodeWarrior for ARM是一套完整的集成开发工具，充分发挥了ARM RISC的优势。使产品开发人员能够很好的应用尖端的片上系统技术。该工具是专为基于ARM RISC的处理器而设计的。ADS调试器n调试器本身是一个软件，用户通过这个软件使用debug agent可以对包含有调试信息的，正在运行的可执行代码进行比如变量的查看，断点的控制等调试操作。练习n4跑马灯（原为3跑马）n按键驱动LEDVolatile的用法n易挥发的#define P1 (*（unsigned char*）0 x90)unsigned char ucbuf;ucbuf=P1;.ucbuf=P1;.ucbuf=P1;作业n掌握ARM处理器相关概念n简述发生异常后的程序流程n预习：Linux