嵌入式系统教案

武汉创维特信息技术有限公司2013-8-11

提纲

第二章 ARM体系结构及编程模型1ARM技术的应用领域及特点

2 ARM微处理器系列3 ARM处理器的工作状态 4 ARM处理器的工作模式

5

ARM处理器的存储器格式

6 ARM 处理器的寄存器组织

7

ARM 异常处理 2

ARM技术的应用领域及特点

ARM-Advanced RISC Machines ARM(Advanced RISC Machines),既可以认为是 一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称， 还可以认为是一种技术的名字。 1991年ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设 计技术的授权。

ARM技术的应用领域及特点

ARM 公司的Chip less模式 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。 基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处 理器75%以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们 生活的各个方面。 我国的中兴集成电路、大唐电讯、中芯国际和上海华虹， 以及国外的一些公司如德州仪器、意法半导体、Philips、 Intel、Samsung等都推出了自己设计的基于ARM核的处理器。

ARM技术的应用领域及特点

ARM微处理器的应用领域 到目前为止，ARM微处理器及技术的应用已经广泛深 入到国民经济的各个领域 工业控制领域：作为32的RISC架构，基于ARM核的 微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部 分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域 扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统 的8位/16位微控制器提出了挑战。

ARM技术的应用领域及特点

ARM微处理器的应用领域 网络应用：随着宽带技术的推广，采用ARM技术的 ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM在语音及视 频处理上行了优化，并获得广泛支持，也对DSP的应用领域 提出了挑战。 消费类电子产品：ARM技术在目前流行的数字音频播 放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。 成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大 部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了 ARM技术。 ……

ARM技术的应用领域及特点

ARM微处理器的特点—低功耗、低成本、高性能 低功耗、低成本、高性能 采用RISC指令集 使用大量的寄存器 ARM/THUMB指令支持 三/五级流水线

ARM技术的应用领域及特点

ARM微处理器的特点—采用RISC体系结构 采用RISC架构的ARM处理器一般具有如下特点： 固定长度的指令格式，指令归整、简单、基 本寻 址方式有2~3种；

使用单周期指令，便于流水线操作执行；

大量使用寄存器，

数据处理指令只对寄存器进行 操作，只有加载/存储指令可以访问存储器，以提高指 令的执行效率。

ARM技术的应用领域及特点

ARM微处理器的特点—大量使用寄存器 ARM 处理器共有37个寄存器，被分为若干个组，这些 寄存器包括： 31个通用寄存器，包括程序计数器(PC 指针), 均为32位的寄存器； 6个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态及程 序的运行状态，均为32位。

ARM技术的应用领域及特点

ARM微处理器的特点—高效的指令系统 ARM微处理器支持两种指令集：ARM指令集和Thumb 指令集。 ARM指令为32位的长度，Thumb指令为16位长度。 Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与等价的ARM 代码相比较，可节省30%~40%以上的存储空间，同时具备 32位代码的所有优点。

ARM技术的应用领域及特点

ARM微处理器的特点—其他技术 除此以外，ARM体系结构还采用了一些特别的技术， 在保证高性能的前提下尽量缩小芯片的面积，并降低功耗： 所有的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行， 从而提高指令的执行效率。 可用加载/存储指令批量传输数据，以提高数据的传输 效率。 可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理。 在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。11

ARM微处理器系列

ARM微处理器系列 ARM7系列 ARM9系列 ARM9E系列

ARM10E系列SecurCore系列 Intel的Xscale

其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10为4个通用 处理器系列，每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不 同应用领域的需求。SecurCore系列专门为安全要求较高的 应用而设计。12

ARM微处理器系列

ARM7微处理器系列 ARM7系列是为低功耗的32位RISC处理器，最适合用 于对价位和功耗要求较高的消费类应用。ARM7系列有如下 特点： 具有嵌入式ICE-RT逻辑，调试开发方便； 极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品； 能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构； 代码密度高，并兼容16位的Thumb指令集； 对操作系统的支持广泛，如Windows CE、Linux、Palm OS等； 指令系统与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容， 便于用户的产品升级换代； 主频最高可达130M,高速的运算处理能力能胜任绝大多数的 复杂应用。13

ARM微处理器系列

ARM7微处理器系列 主要应用领域：工业控制、Internet设备、网络和调制 解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。 ARM7系列微处理器包括如下几种类型的核： ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其 中，ARM7TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理 器，属低端ARM处理器核。TDMI的

基本含义为： T:支持16为压缩指令集Thumb; D:支持片上Debug; M:内嵌硬件乘法器(Multiplier) I:嵌入式ICE,支持片上断点和调试点；14

ARM微处理器系列

ARM9微处理器系列 ARM9系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最 佳的表现。具有以下特点： 5级整数流水线，指令执行效率更高。 提供1.1MIPS/MHz的哈佛结构。 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。 支持32位的高速AMBA总线接口。 全性能的MMU,支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种 主流嵌入式操作系统。 MPU支持实时操作系统。 支持数据Cache和指令Cache,具有更高的指令和数据处理能力。

ARM微处理器系列

ARM9微处理器系列 ARM9系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、 安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数字摄 像机等。 ARM9系列微处理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三 种类型，以适用于不同的应用场合。

ARM微处理器系列

ARM9E微处理器系列 ARM9E系列微处理器的主要特点如下： 支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。 5级整数流水线，指令执行效率更高。 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。 支持32位的高速AMBA总线接口。 支持VFP9浮点处理协处理器。

全性能的MMU,支持众多主流嵌入式操作系统。 支持数据Cache和指令Cache,具有更高的处理能力。 主频最高可达300M。17

ARM微处理器系列

ARM9E微处理器系列 ARM9E系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字 消费品、成像设备、工业控制、存储设备和网络设备 等领域。 ARM9E系列微处理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和 ARM966E-S三种类型，以适用于不同的应用场合。

ARM微处理器系列

ARM10E微处理器系列 ARM10E系列微处理器的主要特点如下： 支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。 6级整数流水线，指令执行效率更高。 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。 支持32位的高速AMBA总线接口。 支持VFP10浮点处理协处理器。 全性能的MMU,支持众多主流嵌入式操作系统。

支持数据Cache和指令Cache,具有更高的处理能力 主频最高可达400M。 内嵌并行读/写操作部件。19

ARM微处理器系列

ARM10E微处理器系列 ARM10E系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数 字消费品、成像设备、工业控制、通信和信息系统等领 域。 ARM10E系列微处理器包含ARM1020E、ARM1022E和 ARM1026EJ-S三种类型，以适用于不同的应用场合。

ARM微处理器系列

SecurCore微处理器系列 SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构各种主 要特点外，还在系统安全方面具有如下的特点： 带

有灵活的保护单元，确保操作系统和应用数据的安全。

采用软内核技术，防止外部对其进行扫描探测。 可集成用户自己的安全特性和其他协处理器。