[教育]三、ARM微处理器体系结构.ppt

嵌入式微处理器概述 32位嵌入式微处理器市场，我们可以发现超过100家的芯片供应商和近30种指令体系结构。 在1996年以前，最成功的嵌入式微处理器是Motorola公司的68000系列。此外嵌入式微处理器市场还包括其它体系结构，如Intel公司的I960，Motorola公司的Coldfire，Sun公司的Sparc，以及嵌入式X86系列平台。 最引人注目的还是ARM公司的ARM系列、MIPS公司的MIPS系列，以及Hitachi公司的SuperH系列。 嵌入式微处理器评价指标（1） 功耗：一般的嵌入式微处理器都有三种运行模式：运行模式（operational）；待机模式（standby or power down）；停机模式（and clock-off）。功耗的评测指标是MIPS/W； 代码存储密度：传统的CISC指令集计算机具有较好的代码存储密度。而RISC指令集计算机由于要求指令编码长度固定，虽然可以简化和加速指令译码过程，但为了实现与CISC指令集计算机相同的作业，往往需要更多的指令来完成，从而增加了代码长度。 嵌入式处理器评价指标（2） 集成度：嵌入式微处理器一般都为专用市场设计的，需要较高的集成度。但把所有的外围设备都集成到一个芯片上也不是一种好的解决方案。 多媒体加速：为实现多媒体加速功能，嵌入式微处理器的设计者在传统的微处理器指令集的基础上增加JPEG和MPEG解压缩的离散余弦变换指令。 ARM简介 ARM——Advanced RISC Machines ARM——32位RISC结构IP核提供商 ARM Ltd 成立于1990年11月 前身为 Acorn计算机公司 Advance RISC Machine(ARM) 主要设计ARM系列RISC处理器内核 授权ARM内核给生产和销售半导体的合作伙伴 ARM 公司不生产芯片 IP(Intelligence Property) 另外也提供基于ARM架构的开发设计技术 软件工具, 评估板, 调试工具,应用软件, 总线架构, 外围设备单元，等等 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 ARM微处理器系列 ARM7系列 ARM9系列 ARM9E系列 ARM10E系列 ARM11系列 SecurCore系列 Cortex系列 Inter的StrongARM和Xscale系列 ARM的发展历程 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-2 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。 当前ARM体系结构的扩充包括： Thumb:16位指令集，用以改善代码密度； DSP：用于DSP应用的算术运算指令集； Jazeller：允许直接执行Java代码的扩充。 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的业务模型 ARM 微处理器 微处理器核: ARM6, ARM7, ARM9, ARM10, ARM11 扩展: Thumb, DSP, SIMD, Jazelle etc. 其它IP核: UART, GPIO, memory controllers, etc ARM处理器的使用量 ARM体系结构版本 - 1 Version 1 (obsolete) 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 (obsolete) 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 体系结构变化 – 1* THUMB指令集 ( ‘T’) THUMB 指令集: 32位ARM指令集的子集，按16位指令重新编码 代码尺寸小 ( up to 40 % compression) 简化设计 体系结构变化 - 2 长乘法指令 (‘M’) 32x32 = 64 bit. 提供全64位结果 增强DSP 指令集 (‘E’) 可附加在ARM中的DSP指令 64 bit 转换 处理器内核的变化 D: 在片调试. 处理器可响应调试暂停请求 I: Embedded ICE. 支持片上断点调试 体系结构变化 - 3 ARM DSP 指令集 对于音频DSP应用提供高达70%的处理