《嵌入式系统设计》ppt课件

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1、嵌入式系统设计信息工程学院计算机科学技术系xxx副教授第三章ARM微处理器体系结构与指令集3．1ARM嵌入式微处理器概述3.1.1嵌入式微处理器简介32位嵌入式微处理器的评价指标[1]功耗：有三种模式：运行模式节电模式待机模式[2]代码存储密度：ARM使用32/16位指令[3]集成度：简化系统设计方案[4]多媒体加速：增加JPEC、MPEG指令第三章ARM微处理器体系结构与指令集3．1ARM嵌入式微处理器概述3.1.2ARM微处理器概述ARM（AdvancedRISCMachine）ARM公司本身不生产芯片，只是设计芯片之后转让设计许可。1981年：

2、ARM公司成立（AconRISCMachine）1985年：第一款ARM（ARM1）被设计出来1986年：ARM2推出（实用化）1990年：另组建AdvancedRISCMachines公司1998年：ARM公司上市第三章ARM微处理器体系结构与指令集3．1ARM嵌入式微处理器概述3.1.2ARM微处理器概述（续）目前全世界众多半导体生产厂家获得授权生产ARM微处理器包括：Motorola、IBM、TI、Philips、VLSI、Atmel、SamsungARM特点：[1]低功耗特性[2]架构灵活：ARM只提供一个核心，各公司可以增加资源/指令[3]

3、得到主流系统软件支持：WindowsCE、PalmOS、Symbian目前：ARM系列微处理器占据嵌入式处理器市场的75%以上第三章ARM微处理器体系结构与指令集3．1ARM嵌入式微处理器概述3.1.3ARM架构版本与产品系列版本对应微处理器系列特点ARMv1ARM1样机ARMv2ARM2/ARM3实用化ARMv4ARM7TDMI应用最广泛的ARM体系结构ARMv5ARM9E/ARM10E增加DSP、Java指令ARMv6ARM11增加SIMD指令第三章ARM微处理器体系结构与指令集3．1ARM嵌入式微处理器概述3.1.3ARM架构版本与产品系列（续

4、）ARM7：3级流水线（预取、译码、执行）ARM9：5级流水线（预取、译码、执行、访存、写入）ARM10：6级流水线（预取、发送、译码、执行、访存、写入）ARM11：8级流水线（预取、预取、译码、发送、转换、执行、访存、写入）目前ARM水平：以ARM11为例工艺：90nM工作主频：1GHZ第三章ARM微处理器体系结构与指令集3．2ARM微处理器体系结构3.2.1ARM微处理器体系结构概述结构：ARM7：冯.诺依曼结构ARM9及以上版本：哈佛结构支持的数据类型：[1]字：32位[2]半字：16位[3]字节：8位地址：32位地址总线最大寻址空间4GB第三

5、章ARM微处理器体系结构与指令集3．2ARM微处理器体系结构3.2.1ARM微处理器体系结构概述1.ALU逻辑结构2.桶形移位寄存器3.高速乘法器4.浮点部件5.控制器第三章ARM微处理器体系结构与指令集3．2ARM微处理器体系结构3.2.2流水线1.流水线的设计2.ARM的3级流水线3.ARM的5级流水线第三章ARM微处理器体系结构与指令集3．2ARM微处理器体系结构3.2.3ARM的寄存器组织1.通用寄存器1）未分组寄存器R0-R7：所有模式下使用同一组寄存器2）分组寄存器R8-R14：R8-R12：FIQ模式下使用R8_fiq—R12_fiq其

6、余模式下使用R8—R12R13-R14：系统/用户模式下使用R13/R14其余模式下使用对应该模式的R13/R14一般情况下：R13作为堆栈指针SPR14作为子程序返回指针LP第三章ARM微处理器体系结构与指令集3．2ARM微处理器体系结构3.2.3ARM的寄存器组织1.通用寄存器3）R15：程序指针，相当于PC在ARM状态：PC的D1、D0=00在Thumb状态：PC的D0=0由于ARM采用多级流水线技术对于ARM指令，（PC）=当前指令地址+8指向下两条指令的地址第三章ARM微处理器体系结构与指令集用户模式系统模式管理模式中止模式未定义模式中断模

7、式快中断模式R0R1R2R3R4R5R6R7R8R8_fiqR9R9_fiqR10R10_fiqR11R11_fiqR12R12_fiqR13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15CPSR------------------------------SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq第三章ARM微处理器体系结构与指令集用户模式系统模式管理模式中止模式未定义模式中断模式快中断模式R0R1R2R3R

8、4R5R6R7R8R8_fiqR9R9_fiqR10R10_fiqR11R11_fiqR12R12_fiqR