典型的嵌入式系统处理器

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1、第三章典型的嵌入式系统处理器在本章中将会让读者了解几款典型的嵌入式系统，在介绍典型的处理器过程中会配合例子进行说明，以便让读者更好更深地掌握嵌入式硬件设计。3.1ARM处理器ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。作为知识产权供应商，ARM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，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。ARM32位嵌入式RISC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

2、先地位。ARM公司使用通用的基础体系结构，以极低的成本和功耗提供了高性能、多系列的32RISC处理器核。ARM处理器在耗电、数据传送、数据处理速度以及带DSP功能方面业界领先，很快成为移动通信、手持计算、多媒体数字消费和嵌入式解决市场的RISC标准。RISC体系结构具有如下特点：采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有2～3种；使用单周期指令，便于流水线操作执行；大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。在CISC指令集的各种指令中，其使用频率却相差悬殊，大约有20%的指令会被反复使用，占

3、整个程序代码的80%。而余下的80%的指令却不经常使用，在程序设计中只占20%。ARM微处理器具RISC的典型特征，还具有以下特点：在每条数据处理指令当中，都控制算术逻辑单元（ALU）和移位器，以使ALU和移位器获得最大的利用率；自动递增和自动递减的寻址模式，以优化程序中的循环；同时Load和Store多条指令，以增加数据吞吐量；所有指令都根据条件执行，以增大执行吞吐量。ARM体系结构的字长为32位，它们都支持Byte（8位）、Halfword（16位）和Word（32位）3种数据类型。ARM处理器支持7种处理器模式：处理器模式描述User普通程序执行模式FRQ用

4、于高速数据传输或通道处理IRQ用于通用中断处理Supervisor操作系统的保护模式Abort用于实现虚拟或存储保护Undefined支持软件模拟或硬件协处理器System运行特权操作系统任务ARM处理器共有37个寄存器，其中31个是32位的通用寄存器，包括一个程序计数器。6个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态及程序的运行状态，均为32位，目前只使用了其中的一部分。在任何一种处理器模式下，其中的16个通用寄存器都是可见的。其他的寄存器用来加速异常处理。ARM指令当中指定的所有寄存器都可以从这16个可见的寄存器中寻址。31个通用寄存器分为几个相互重叠的组，每一组寄

5、存器用于一种特定的处理器状态。通常，一种状态下可见的寄存器为15个通用寄存器（R0—R14）、一个或两个状态寄存器和程序计数器PC。R0—R7被称为unbankedregister，表示在所有处理器模式中，它们都代表相同的32位物理寄存器。它们没有特殊的功用，仅当作通用寄存器使用。寄存器R8—R14被称作bankedregister，它们实际代表的32位物理寄存器与当前的处理器状态有关。它们可以在指令中用作通用寄存器，同时，ARM体系结构还为它们中的一部分赋予了特殊的作用：R13用作堆栈指针SP，R14用作链接寄存器LR。另外6个寄存器是程序状态寄存器，它们也是3

6、2位宽的寄存器，但是只用到了32位中的12位。这6个寄存器也被称为程序状态寄存器。当前程序状态寄存器（CPSR）在所有的处理器模式下都可以访问。它包含了条件码、中断屏蔽码、当前处理器模式和其他的状态、控制信息。ARM微处理器在较新的体系结构中支持两种指令集：ARM指令集和Thumb指令集。ARM指令为32位的长度，Thumb指令为16位长度。Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与等价的ARM代码相比较，可节省30%～40%以上的存储空间，同时具备32位代码的所有优点。ARM芯片还获得了许多实时操作系统（RealTimeOperatingSystem）供应商

7、的支持，比较知名的有：WindowsCE、Linux、pSOS、VxWorks,Nucleus、EPOC、uCOS、BeOS等。ARM7系列微处理器最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。ARM7性能特征表性能类型Cache大小（指令/数据）紧密耦合存储器（TCM）存储器管理AHB接口总线ThumbDSPJazelleARM7TDMI无无无有有无无ARM7TDMI-S无无无有有无无ARM7EJ无无无有有有有ARM720T8K无MMU有有无无ARM9系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数字摄像机等。ARM9性能特征

8、表性能类型