嵌入式系统讲义-第2章

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1、第2章ARM体系结构1ARM：AdvancedRISCMachine1、CISC体系结构（ComplexInstructionSetComputer复杂指令集计算机）传统计算机性能的提高体现在两个方面：提高集成度（增加芯片的晶体管数量）；增加指令集的复杂程度。带来的问题：指令越来越多，越来越长，从1字节发展到近30字节。实现复杂指令占用了大量的芯片面积和容量。20%与80%的问题20%的简单指令使用率占80%，而80%的复杂指令使用率只占20%复杂指令影响VLSI处理器的实现指令长度不一致，复杂指令的存在使控制逻辑的设计实现不规整，执行速

2、度无法提高，实现高性能VLSI芯片很困难。软硬件设计的抵消问题增加的指令降低软件复杂度，但使用复杂指令执行时间长，程序总体执行时间未必减少。2.1ARM体系结构简介22、RISC体系结构（ReducedInstructionSetComputer精简指令集计算机)设计思想：精简指令集的复杂度，简化指令的硬件设计，硬件只执行很有限的最常用的指令，复杂的操作由简单指令合成。效果：RISC处理器比同等规模的CISC处理器快50%~75%，更易设计实现，成本大幅度降低。RISC体系结构特点：指令格式和长度固定，容易设计实现；代码优化编译效率更高；

3、指令单周期完成；便于流水线操作；芯片面积显著减小，易于集成更多功能。最成功的代表：ARM系列处理器33、ARM处理器系列ARM处理器目前包括以下几个系列：ARM7系列ARM9系列ARM9E系列ARM10E系列ARM11系列（最近已推出）Intel的StrongARM和Xscale4(1)、ARM7TDMI系列介绍T—Thumb16位压缩指令集D—支持片上Debug调试，使处理器能够响应调试请求M—增强型Multiplier，产生64位结果I—EmbeddedICE硬件，支持片上断点和观察点特点：具有协处理器MMU接口8K的CacheJTA

4、G接口三级流水线主频到100MHz性能超过4865(2)、ARM9TDMI系列介绍特点：32K的Cache五级流水线支持更高时钟速率,到400MHz其余与ARM7系列类似性能是ARM7系列的2倍，超过Pentiumi5866(3)、ARM10TDMI系列介绍特点：高端处理器64K的Cache六级流水线更高时钟速率，1GHz其余与ARM9系列类似性能是ARM9系列的2倍7ARM三级流水线简介ARM7使用3级流水线机制：取指：读取程序存储器中的指令，放入指令流水线中。译码：对指令进行译码，为下一周期准备数据路径需要的控制信号。此时指令占据译码

5、逻辑而不占据数据路径。执行：指令占据数据路径，寄存器堆被读取，操作数被放到ALU中并进行运算，运算结果被放到目的寄存器中并改变程序状态寄存器的条件标志。892.2、典型ARM芯片与单片机的比较三星公司ARM芯片与89C51指令效率比较S3C44B0XS3C241089C51时钟频率66MHz266MHz24MHz总线宽度32位32位8位执行速率66M条指令/秒266M条指令/秒约0.5M条指令/秒地址空间4GBytes1GBytes64KBytes指令综合效率S3C44B0X是89C51的200~400倍10S3C2410与89C51功能

6、资源比较89C51主要资源：P0、P2复用地址数据口P1可用作8位I/O口3个外部中断口1个UART口片内8KFLASH256bytesRAM11S3C2410X主要资源：内核带有16K高速指令缓存和16K数据缓存117个I/O口，32位数据总线和32位地址总线分开LCD控制器(最大支持256色STN，使用LCD专用DMA)3通道UART,速率可到115.2kbits/s，1通道红外接口IrDA2通道的同步IO(SPI)，速率达几十Mbits；4通道DMA支持多种类型的存储器（FLASH、DRAM、SDRAM、SRAM）4通道的PWM定时

7、器和1通道内部定时器具有看门狗定时器1个实时时钟，具备日历功能8通道10位ADC和触摸屏接口1通道IIC总线接口1通道IIS总线接口24个外部中断源内部有26个中断源122.3ARM处理器工作状态ARM处理器核可工作于两种状态：ARM状态：32位指令长度THUMB状态：16位指令长度代码存储时，按各自的指令长度存储；程序执行时，处理器可在两种状态之间转换，并且在THUMB状态下先将16位指令解压成32位指令再执行。因此THUMB状态不损失任何性能，但代码长度减少了很多。注意：ARM状态和THUMB状态之间的切换不影响处理器的模式或寄存器的

8、内容ARM处理器在开始执行代码时只能处于ARM状态132.4ARM处理器工作模式ARM处理器核使用CPSR（当前程序状态寄存器）的低5位定义当前工作模式：14ARM处理器支持7种工作模式，每种