嵌入式系统3（ARM简介）.ppt

西安电子科技大学计算机学院 嵌入式系统 第三讲 ARM简介 本节内容 计算机体系结构 影响CPU性能的因素 CISC和RISC ARM的发展历史 ARM特点 ARM体系结构版本 Thumb技术 ARM处理器家族 3.1 计算机体系结构 计算机体系结构是机器语言程序员或编译程序编写者所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。 两种体系结构 两种体系结构 哈佛体系结构 特点 冯·诺依曼体系结构： 数据与指令都存储在存储器中 被大多数计算机所采用 ARM7— —冯·诺依曼体系 哈佛体系结构： 程序存储器与数据存储器分开 指令和数据可有不同的数据宽度 提供了较大的数据存储器带宽 适合于数字信号处理 大多数DSP都是哈佛结构 ARM9是哈佛结构 3.2 影响CPU性能的因素 流水线技术 几个指令可以并行执行 提高了CPU的运行效率 内部信息流要求通畅流动 3.2 影响CPU性能的因素 超标量执行：超标量CPU采用多条流水线结构 3.2 影响CPU性能的因素 3.2 影响CPU性能的因素 高速缓存（CACHE） 微处理器的时钟频率比内存速度提高快得多，高速缓存可以提高内存的平均性能 高速缓存的工作原理 高速缓存是一种小型、快速的存储器，它保存部分主存内容的拷贝 3.2 影响CPU性能的因素 系统总线 3.2 影响CPU性能的因素 寻址位宽 是指微处理器一次执行指令的数据宽 注：显然，在工作频率相同的情况 ，位宽越宽，速度越快 3.2 影响CPU性能的因素 指令集 指令集是CPU所能执行的所有指令的集合 复杂指令集 精简指令集 3.3 CISC与RICS CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer） 具有大量的指令和寻址方式 大多数程序只使用少量的指令就能够运行 RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer) 只包含最有用的指令 确保数据通道快速执行每一条指令 使CPU硬件结构设计变得更为简单 3.3.1 CISC的缺点 20％与80％的问题 20％的简单指令利用率达到80％ 80％的复杂指令的使用概率只有20％ 指令复杂度对处理器VLSI实现性能的影响 CISC中指令长度不统一，高性能的VLSI实现难度大 软硬件的协同设计问题 CISC多采用微指令技术， 增强指令系统的功能，简化了目标软件的设计，但增加了硬件（微程序）复杂度 程序执行时间不一定短 3.3.2 RISC的特点 硬连线的指令译码逻辑 RISC指令格式和长度固定，指令类型少，功能简单，寻址方式少，译码控制器可采用规则的硬布线逻辑（组合逻辑型） CISC大多使用微码ROM进行指令译码（存储逻辑型） 减少指令和寻址方式的种类 大多数指令单周期执行 分开的Load/Store结构的存取指令 固定指令格式 3.3.3 CISC与RISC的数据通道 3.3.4 RISC的优势 处理器管芯面积小 开发时间少，开发成本低 容易实现高性能 3.3.5 RISC的缺点 与CISC比，代码密度低 不能执行X86代码 给优化编译程序带来了困难 3.4 ARM的发展历史 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，由美国加州San Jose VLSI技术公司制造 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 ARM = Advanced RISC Machines 3.4 ARM的发展历史 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，特别是ARM嵌入式微处理器系列。 ARM公司虽然只成立10多年，但在1999年因移动电话市场火爆，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。 3.4 ARM的发展历史 ARM公司商业模式的强大之处在于其价格合理，全世界范围有超过100个合作伙伴——包括半导体工业的著名公司。ARM公司专注于设计，其内核耗电少、成本低、功能强，特有16/32位双指令集。ARM已成为移动通信、手持计算、多媒体数字消费等嵌入式解决方案的RISC标准。 在所有ARM处理器系列中，ARM7处理器系列应用最广，采用ARM7处理器作为内核生产芯片的公司最多。 3.4 ARM的发展历史 ARM的含义： ARM是公司名称 ARM是一种处理器架