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时间:2019-11-19
《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》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
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
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