第4章ARM嵌入式微处理器体系结构精读.ppt

4.1.1?ARM处理器概述 ARM——Advanced RISC Machines ARM——32位RISC结构IP核提供商 ARM即Advanced RISC Machines的缩写。 1985年4月26日，第一个ARM原型在英国剑桥的Acorn计算机有限公司诞生。 20世纪80年代后期，ARM很快开发成Acorn的台式机产品，形成英国的计算机教育基础。 1990年成立了Advanced RISC Machines Limited。 20世纪90年代，ARM32位嵌人式RISC（Reduced Instruction Set Computer）处理器扩展到世界范围，占据了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系统应用领域的领先地位。 32位RISC处理器受到青睐，领先的是ARM嵌入式微处理器系列. ARM公司虽然只成立20多年，但在1999年因移动电话火爆市场，其32位RISC处理器占市场份额超过了50%，2001年初，ARM公司的32位RISC处理器市场占有率超过了75%。ARM公司是知识产权供应商，是设计公司。由合作伙伴公司来生产各具特色的芯片。 ARM的发展历程-2 1991 - ARM 推出第一款RISC嵌入式微处理器核 ARM6 1993 - ARM 推出 ARM7 核 1995 – ARM的Thumb扩展指令集结构为16位系统增加了32位的性能,提供业界领先的代码密度 ARM的发展历程-3 ARM处理器的特点 ARM处理器的3大特点如下： 小体积、低功耗、成本低、高性能； 16位/32位双指令集； 全球众多的合作伙伴。 ARM处理器系列提供的解决方案包括： 在无线、消费电子和图像应用方面的开放平台； 存储、自动化、工业和网络应用的嵌入式实时系统 智能卡和SIM卡的安全应用。 ARM体系结构版本 - 1 Version 1 ( ) 基本数据处理 字节,字以及多字 load/store 软件中断 26 bit 地址总线 Version 2 ( ) Multiply Multiply-accumulate 支持协处理器 支持线程同步 26 bit 地址总线 ARM体系结构版本 - 2 ARM 体系结构更新 ARM微处理器的应用领域 工业控制领域 无线通讯领域 网络应用 消费电子产品 成像和安全产品 在ARM处理器内核中有多个功能模块可供生产厂商根据不同用户的不同要求来配置生产。这些模块分别用T、D、M、I、E、J、S等来表示，这些模块一般从处理器的内核版本上可以区分出来。 T：表示支持Thumb指令，说明该内核可从16位Thumb指令集扩充到32位ARM指令集。 D：表示支持Debug，说明该内核中放置了用于调试的结构，通常它为一个边界扫描链JTAG，可使CPU进入调试模式，从而方便地进行断点设置、单步调试。 M：表示Multiplier，说明处理器内部带有8位乘法器。 I：表示Embedded ICE Logic，用于实现断点观测及变量观测的逻辑电路部分，其中的TAP控制器可接入到边界扫描链。 除了以上一些特性外，ARM处理器内核中还有一些处理器内核带EJ-S模块。 E：表示DSP Enhancement，即增加了前导零处理和饱和运算等一些常用的DSP运算指令，极大地改善音、视频处理程序的性能。 J：表示Jazelle DBX（Direct Bytecode eXecution），这是ARM公司推出的Java加速解决方案。Jazelle不是一个简单的加速硬件，它是融入于处理器流水线之中的一项专门针对Java指令执行的硬件功能，使得CPU可以直接接收一部分Java指令，并加以译码执行。 4.1.2 ARM内核种类分类 1.ARM7系列 ARM7处理器采用了ARMV4T（冯·诺依曼）体系结构 分为三级流水,空间统一的指令与数据Cache,平均功耗为0.6mW/MHz,时钟速度为66MHz,每条指令平均执行1.9个时钟周期。其中的ARM710,ARM720和ARM740为内带Cache的ARM核。 ARM7体系结构是小型、快速、低能耗、集成式的RISC内核结构。 该产品的典型用途是数字蜂窝电话和硬盘驱动器 主流的ARM7内核是ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM7EJ-S、ARM720T 常用的有Samsung公司的S3C44BOX与S3C4510处理器、Atmel公司的AT91FR40162系列处理器、Cirrus公司的EP73xx系列等 2.ARM9系列 ARM9处理器采用ARMV4T（哈佛）体系结构 ARM9采用五级流水处理及分离的Cache结构，平均功耗为0.7mW/MHz。时钟速度为120MHz~200MHz，每条指令平均执行1.5个时钟周期 与ARM7处理器系列相似，其中