第2章 嵌入式微处理器2

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1、第二章：嵌入式微处理学时：4.0学时教学方法：讲授ppt+案例分析+练习目标:本章旨在向学员介绍ARM体系结构，通过本章的学习，学员应该掌握如下知识：体系结构支持的数据类型处理器模式及状态内部寄存器异常、中断、复位存储器及I/O映射协处理器与调试接口2.1ARM简介ARM是AdvancedRISCMachines的缩写，它是一家微处理器行业的知名企业，该企业设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC（精简指令集）处理器。公司的特点是只设计芯片，而不生产。它将技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，并提供服务。2.1.1ARM公司简介将技术授权给其它芯片厂商形成各具特色的A

2、RM芯片...2.1.2ARM的发展历程ARM公司成立于1981年，最初与英国广播公司合作为英国教育界设计小型机，当时采用的是美国的6502芯片。取得成功后，他们开始设计自己的芯片，受当时美国加洲大学伯克利分校提出的RISC思想的影响，他们设计的芯片也采用RISC体系结构，并命名为“AcornRISCMachine”。ARM公司的第一款芯片ARM1在1985年被设计出来，次年又设计了真正实用的ARM2。ARM2具有32位数据总线和24位地址总线，带有16个寄存器。ARM2可能是当时最简化的32位微处理器，上面仅有30000个晶体管（4年前Motorola公司的68000则有6800

3、0个晶体管）。这种精简的结构使ARM2具有优异的低功耗特性，而性能则超过了同期Intel公司的286（134K个晶体管）。1990年ARM公司另外组建了一个名为“AdvancedRISCMachines”的公司，专门从事ARM系列微处理器的开发。1998年ARM公司在伦敦证券交易所和NASDAQ上市。2.1.2ARM的发展历程（续）ARM7TDMI是ARM公司最成功的微处理器IP之一，至今在蜂窝电话领域已销售了数亿个微处理器。DEC公司获得ARM公司授权设计并生产了StrongARM系列微处理器，这款CPU的主频达到了233MHz，而功率不到1瓦。后来DEC公司StrongARM部

4、门被Intel公司并购，Intel公司用StrongARM取代了他们境况不佳的i860和i960体系，并在此基础上开发了新的体系结构XScale系列。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。目前，Motorola、IBM、TI、Philips、VLSI、Atmel和Samsung等几十家大的半导体公司都获得了ARM公司的授权，生产形态各异的ARM芯片。2.1.3ARM处理器的技术优势低能耗：当初刚刚起步的嵌入式应用对运算性能并不苛求，但对芯片的功耗却相当敏感。而相对同时期的其

5、他解决方案，ARM架构的能效比优势非常明显。应用方案非常灵活：由于ARM公司只是提供了一个高效精简的核心，各半导体厂商可根据自身需求进行应用设计，架构灵活简便、扩展力很强。如厂商可为多媒体信号处理加入相关的指令集，或为Java相关的应用加入高效执行单元，或增加3D图形协处理器等等。得到大量的软件支持：包括WindowsCE、Symbian和PalmOS在内的手持设备三种主要操作系统系统都是基于ARM架构所设计。目前，ARM已经牢牢占领手机、PDA以及其他的掌上电子产品市场，这些领域都非常注重软件兼容和设计延续性，ARM在这些领域会继续保持优势。ARM处理器为RISC芯片，其简单的结

6、构使ARM内核非常小，这使得器件的功耗也非常低。它具有经典RISC的特点：2.2ARM体系结构大的、统一的寄存器文件；装载/保存结构，数据处理操作只针对寄存器的内容，而不直接对存储器进行操作；简单的寻址模式;统一和固定长度的指令域，简化了指令的译码。2.2.1ARM体系结构版本ARM体系结构从最初开发到现在有了巨大的改进，并仍在完善和发展。为了清楚的表达每个ARM应用实例所使用的指令集，ARM公司定义了6种主要的ARM指令集体系结构版本，以版本号V1～V6表示。V1版本的ARM体系结构，只有26位的寻址空间，没有商业化，其特点为：基本的数据处理指令（不包括乘法）；字节、字和半字加载

7、/存储指令；具有分支指令，包括在子程序调用中使用的分支和链接指令；在操作系统调用中使用的软件中断指令。2.2.2ARM版本V1、V2V2版本同样为26位寻址空间，现在已经废弃不再使用，它相对V1版本有以下改进：具有乘法和乘加指令；支持协处理器；快速中断模式中的两个以上的分组寄存器；具有原子性加载/存储指令SWP和SWPB。V3版本寻址范围扩展到32位（事实上也基本废弃），具有独立的程序：具有乘法和乘加指令；支持协处理器；快速中断模式中具有的两个以上的分组寄存器；具有原