《嵌入式系统三》PPT课件

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1、嵌入式系统第三讲ARM简介本节内容计算机体系结构影响CPU性能的因素CISC和RISCARM的发展历史ARM特点ARM体系结构版本Thumb技术ARM处理器家族西安电子科技大学计算机学院3.1计算机体系结构计算机体系结构是机器语言程序员或编译程序编写者所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。西安电子科技大学计算机学院两种体系结构冯·诺依曼体系结构西安电子科技大学计算机学院两种体系结构哈佛体系结构西安电子科技大学计算机学院冯·诺依曼体系结构的特点数据与指令都存储在存储器中被大多数计算机所采用ARM7——冯·诺依曼体系西安电子科技大学计算机学院哈佛体系结构的特点程序存储器与数据存储器分开指令

2、和数据可有不同的数据宽度提供了较大的数据存储器带宽适合于数字信号处理大多数DSP都是哈佛结构ARM9是哈佛结构西安电子科技大学计算机学院3.2影响CPU性能的因素流水线技术几个指令可以并行执行提高了CPU的运行效率内部信息流要求通畅流动西安电子科技大学计算机学院3.2影响CPU性能的因素超标量执行：超标量CPU采用多条流水线结构西安电子科技大学计算机学院3.2影响CPU性能的因素高速缓存（CACHE）微处理器的时钟频率比内存速度提高快得多，高速缓存可以提高内存的平均性能高速缓存的工作原理高速缓存是一种小型、快速的存储器，它保存部分主存内容的拷贝西安电子科技大学计算机学院3.2影响CPU性能的因

3、素西安电子科技大学计算机学院3.2影响CPU性能的因素总线和总线桥西安电子科技大学计算机学院3.2影响CPU性能的因素寻址位宽是指微处理器一次执行指令的数据宽注：显然，在工作频率相同的情况，位宽越宽，速度越快西安电子科技大学计算机学院3.2影响CPU性能的因素指令集指令集是CPU所能执行的所有指令的集合复杂指令集精简指令集西安电子科技大学计算机学院3.3CISC与RICSCISC：复杂指令集（ComplexInstructionSetComputer）具有大量的指令和寻址方式大多数程序只使用少量的指令就能够运行RISC：精简指令集（ReducedInstructionSetComputer)只

4、包含最有用的指令确保数据通道快速执行每一条指令使CPU硬件结构设计变得更为简单西安电子科技大学计算机学院3.3.1CISC的缺点20％与80％的问题20％的简单指令利用率达到80％80％的复杂指令的使用概率只有20％指令复杂度对处理器VLSI实现性能的影响CISC中指令长度不统一，高性能的VLSI实现难度大软硬件的协同设计问题CISC多采用微指令技术，增强指令系统的功能，简化了目标软件的设计，但增加了硬件（微程序）复杂度程序执行时间不一定短西安电子科技大学计算机学院3.3.2RISC的特点硬连线的指令译码逻辑RISC指令格式和长度固定，指令类型少，功能简单，寻址方式少，译码控制器可采用规则的硬

5、布线逻辑（组合逻辑型）CISC大多使用微码ROM进行指令译码（存储逻辑型）减少指令和寻址方式的种类大多数指令单周期执行分开的Load/Store结构的存取指令固定指令格式西安电子科技大学计算机学院3.3.3CISC与RISC的数据通道CISC复杂RISC简单西安电子科技大学计算机学院3.3.4RISC的优势处理器管芯面积小开发时间少，开发成本低容易实现高性能西安电子科技大学计算机学院3.3.5RISC的缺点与CISC比，代码密度低不能执行X86代码给优化编译程序带来了困难西安电子科技大学计算机学院3.4ARM的发展历史1985年4月26日，第一个ARM原型在英国剑桥的Acorn计算机有限公司诞

6、生，由美国加州SanJoseVLSI技术公司制造20世纪80年代后期，ARM很快开发成Acorn的台式机产品，形成英国的计算机教育基础1990年成立了AdvancedRISCMachinesLimitedARM即AdvancedRISCMachines的缩写西安电子科技大学计算机学院3.4ARM的发展历史20世纪90年代，ARM32位嵌人式RISC（ReducedInstructionSetComputer）处理器扩展到世界范围，占据了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系统应用领域的领先地位，特别是ARM嵌入式微处理器系列ARM公司虽然只成立10多年，但在1999年因移动电话市场火爆，其32位RI

7、SC处理器占市场份额超过了50%，2001年初，ARM公司的32位RISC处理器市场占有率超过了75%。ARM公司是知识产权供应商，是设计公司。由合作伙伴公司来生产各具特色的芯片西安电子科技大学计算机学院3.4ARM的发展历史ARM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100个合作伙伴--包括半导体工业的著名公司。ARM公司专注于设计，其内核耗电少、成本低、功能强，特有16/32位