单片机原理与应用系统设计 第08章 ARM系列单片机原理与应用

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1、8.1ARM系列单片机概述8.2ARM处理器的编程模型8.3ARM系列单片机的硬件结构8.4ARM系列单片机指令系统及编程8.5ARM系列单片机集成开发环境第8章ARM系列单片机原理与应用8.1ARM系列单片机概述ARM系列单片机实际上是对基于ARM处理器核而设计的一类单片机的泛称,也常被称为ARM系列微控制器。ARM是AdvancedRISCMachines的缩写，是英国一家知名微处理器设计公司的名称。ARM公司既不生产芯片也不销售芯片，它只从事处理器技术研发和技术授权转让，将其自主研发的技术出售给合作伙伴公司，由

2、他们去生产基于ARM核的单片机芯片。至今，全世界包括Intel、Philips、Atmel、IBM、TI、AD、Motorola、Altera、NetSilicon、OKI、SONY、NEC等许多著名半导体公司在内的100多家公司，都与ARM公司建立了合作伙伴关系，采用了其ARM核技术来生产微处理器或微控制器芯片。国内多家大公司也已经购买ARM公司的芯核技术，用于通信专用芯片的设计。8.1ARM系列单片机概述ARM处理器核的显著特点是速度高、功耗低、功能强、价格廉，具有业界公认的世界领先、最受欢迎的32位嵌入式RIS

3、C(ReducedInstructionSetComputer)处理器结构（通常称之为ARM体系结构）。因此，ARM核单片机在移动通信、可视电话、信息家电、掌上电脑、TV机顶盒、数码照相机、摄像机等控制及算法相对复杂、数据存储及处理量较大、事务调度能力和实时性要求较高的场合，获得了极为广泛的应用，而且必将用得越来越广泛。目前在32位单片机市场上，ARM实际上已扮演着类似于8位单片机市场上8051的角色。8.1ARM系列单片机概述按照ARM结构设计的ARM处理器核，经过多年的发展和优胜劣汰，当前应用较多的主要有6个系列

4、：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、SecurCore和最新的ARM11。其中在中国市场上比较流行的主要是ARM7和ARM9两个系列，两者功能、性能上虽然互有差异，但基本结构大同小异，且都是32位嵌入式处理器，都同时支持32位的ARM指令集和16位的Thumb指令集，因此在应用编程上也大同小异。鉴于ARM7比ARM9应用更广，基于ARM7处理器核设计生产芯片的公司更多，同时其性能价格比也更高，加之结合它进行教学既简单又典型，所以本章将主要以ARM7处理器核为例，介绍ARM的编程结构和以它为核心构成的单片机

5、的应用系统设计和调试方法。8.1.1ARM核的结构特性ARM处理器核是基于精简指令集计算机(RISC)原理而设计的，因此它在体系结构上具有极典型的RISC特性，如：•具有统一和固定长度的指令域，使指令集和指令译码大大简化；•具有一个大而统一的寄存器文件，大多数数据操作都在寄存器中完成，使指令执行速度更快；•采用加载/存储结构，使数据处理时只对寄存器操作，而不直接对存储器操作；•寻址方式简单而灵活，所有加载/存储的地址都只由寄存器的内容和指令域决定，执行效率高；8.1.1ARM核的结构特性•每一条数据处理指令都对算术逻

6、辑单元（ALU）和移位寄存器进行控制，以最大限度地提高ALU和移存器的利用率；•采用自动增/减地址的寻址方式，有利于优化循环程序的执行；•引入多寄存器加载/存储指令，有利于实现数据吞吐量的最大化；•所有指令的条件执行有利于实现最快速的代码执行；……。8.1.1ARM核的结构特性这些RISC结构特性带来的结果，是使ARM核在高性能、低代码规模、低功耗和高集成度等方面获得了良好的平衡，实现了综合优化，从而使指令吞吐量和吞吐率明显增大，实时中断响应性能显著增强，总的性能价格比大大提高。ARM的体系结构从提出至今，一直在不断

7、改进、完善和发展，根据其所用指令集的不同，先后推出了5种版本v1～v5。版本v1、v2均只有26位的寻址空间，现在基本上已废弃不用。版本v3～v5，将寻址空间扩展到了32位。8.1.2ARM7系列处理器核简介ARM7系列处理器核包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T和ARM7EJ-S。ARM7TDMI是从ARM6核发展而来的第一款ARM7核，它的后缀“TDMI”反映了它在ARM6基础上所增加的功能：T表示扩展了高密度16位的Thumb指令集；D表示支持在片调试，允许处理器响应调试请求暂停；M表示具

8、有增强型64位乘法指令，支持两个32位数相乘而直接产生64位结果；I表示内含EmberdedICE观察点硬件，可提供对设置片上断点和调试点的支持。8.1.2ARM7系列处理器核简介ARM7TDMI-S是ARM7TDMI的可综合（Synthesizable）版本（软核）,逻辑上与ARM7TDMI基本相同，编程模型与ARM7TDMI完全一样，差别仅