ARM嵌入式处理器及应用-第2章-ARM处理器及系统结构.pptx

第2章 ARM处理器及系统结构;2.1　ARM公司简介;2．ARM公司发展历史 1991年，ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的产权。采用ARM技术知识产权（IP）生产的微处理器，即通常所说的ARM微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场。基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75%的市场份额，ARM技术正在逐步渗入生活的各个方面。 ; 20世纪90年代，ARM公司的业绩平平，处理器的出货量停滞不前。由于资金短缺，ARM公司做出了一个意义深远的决定：自己不制造芯片，只将芯片的设计方案授权（Licensing）给其他公司，由其他公司来生产芯片。正是这个模式，最终使得ARM芯片遍地开花，将封闭设计的Intel公司“置于人民战争的汪洋大海”。ARM公司与芯片厂商的关系如图2-1所示。 ;; 进入21世纪后，由于手机制造行业的快速发展，ARM处理器出货量呈现爆炸式增长，迅速占领了全球手机市场。2006年，全球ARM芯片出货量为20亿片。2010年，全球ARM芯片出货量达到了60亿片。 ARM公司是专门从事基于RISC技术的芯片设计开发公司。 ARM公司通过出售芯片技术产权，建立起新型的微处理器设计、生产和销售商业模式。;3．ARM公司主要特点 ARM商业模式主要涉及IP的设计和许可，而非生产和销售实际的半导体芯片。;2.2　ARM处理器版本系列;2．ARM处理器特点 （1）体积小、功耗低、成本低、性能高。 （2）支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好兼容8位/16位的器件。 （3）大量使用寄存器，指令执行速度更快。 （4）大多数数据操作都在寄存器中完成。 （5）寻址方式灵活简单，执行效率高。 （6）指令长度固定。 ;2.2.2　ARM9系列 1．概述 ARM9系列采用哈佛体系结构，指令和数据分属不同的总线，可以并行处理。在流水线上，ARM9系列是五级流水线。;2．ARM9系列产品 ARM9系列产品如表2-1所示。;3．ARM9系列特点 （1）具有五级整数流水线，指令执行效率高。 （2）基于嵌入式ICE JTAG的软件调试方式，调试开发方便。 （3）提供1.1MIPS/MHz的哈佛结构。 （4）支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。 ;（5）支持32位的高速AMBA总线端口。 （6）全性能的内存管理单元，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统。 （7）MPU支持实时操作系统。 （8）支持数据缓存和指令缓存，具有更强的指令和数据处理能力。 ;2.2.3　ARM版本系列及产品介绍 ARM先后发布了V1版架构（ARMv1）～V8版架构（ARMv8），其产品与版本的对应关系如表2-2所示。;2.3　ARM9系列处理器内核; ARM9TDMI是由ARM7核发展而来的，ARM9TDMI后缀的含义如下。 ① T：支持高密度Thumb指令集扩展。 ② D：支持片上调试。 ③ M：支持64位乘法指令。 ④ I：带Embedded ICE硬件仿真功能模块。 ARM9TDMI-S是ARM9TDMI的可综合（Synthesizable）版本（软核）。;（1）ARM9TDMI与ARM7TDMI比较 ARM9系列处理器和ARM7系列处理器的最大区别是指令执行过程由原来的三级流水线（取指、译码和执行），变成了五级流水线（取指、译码、执行、数据存储器/数据Cache访问和寄存器回写）。其中ARM9TDMI的第四步，数据存储器访问操作主要作用是更新数据Cache中的数据，实际上是对数据Cache的访问。;（2）存储器的字与半字 ARM处理器直接支持8位字节、16位半字或者32位字的数据类型。 半字对齐与字对齐的实际情况如表2-3所示。;2．ARM920T ARM920T是一个高性能的32位RISC整数处理器。宏单元融合了ARM9TDMI处理器核，它包含：（a）16KB指令和16KB数据缓存，（b）指令和数据存储器管理单元（MMU），（c）写入缓冲器，（d）一个AMBA（高级微处理器总线结构）总线端口，（e）一个嵌入式跟踪宏单元（ETM）端口。;（1）高性能 （2）与ARM7和StrongARM兼容 （3）ARM920T功能块图 ARM920T功能块图如图2-2所示。;图2-2　ARM920T功能块图;3．ARM的工作状态 ARM处理器有两种工作状态，分别为ARM状态和Thumb状态。 （1）ARM状态 ARM状态是32位的，ARM状态执行字对齐的32位ARM指令。 ;（2）Thumb状态