第2节-arm体系结构跟编程模型.ppt

嵌入式系统及开发应用 第二讲ARM体系结构 Outline 主流的嵌入式微处理器 目前主流的嵌入式微处理器系列主要有ARM系列、MIPS系列、PowerPC系列、Super H系列和X86系列等。 属于这些系列的嵌入式微处理器产品很多，有上千种以上。 32位浪潮的到来 X86系列 主要由AMD，Intel，NS，ST等公司提供，如：Am186/88、Elan520、嵌入式K6，386EX、STPC等。 主要应用在工业控制、通信等领域。 国内由于对X86体系比较熟悉，得到广泛应用，特别是嵌入式PC的应用非常广泛。 MPC/PPC系列 Motorola推出的MPC系列，如MPC8XX。 IBM推出PPC系列，如PPC4XX。 主要应用在通信、消费电子及工业控制、军用装备等领域。 MPC/PPC系列 IBM PowerPC 　集成10/100Mbps以太网控制器、串行和并行端口、内存控制器以及其它外设的高性能嵌入式处理器。 Motorola MPC 　高度综合的SOC设备，它结合了PPC微处理器核心的功能、通信处理器和单硅成分内的显示控制器。这个设备可以在大量的电子应用中使用，特别是在低能源、便携式、图象捕捉和个人通信设备。 ARM系列 ARM(Advanced RISC Machine)公司是一家专门从事芯片IP设计与授权业务的英国公司，其产品有ARM内核以及各类外围接口。 ARM内核是一种32位RISC微处理器，具有功耗低、性价比高、代码密度高等三大特色。 目前，90%的移动电话、大量的游戏机、手持PC和机顶盒等都已采用了ARM处理器，许多一流的芯片厂商都是ARM的授权用户（Licensee），如Intel、Samsung、TI、Motorola、ST等，ARM已成为业界公认的嵌入式微处理器标准。 ARM Family 当前的主流ARM处理器 ARM7 世界上最为广泛使用的 CPU 之一 100MHz ARM9 100-300MHz ARM11 芯片已经面世 ARM11 300-700+ MHz SIMD 指令扩展支持更丰富的多媒体应用 40家授权芯片公司，一些已开始量产 目前最快的嵌入式处理器 最快的处理器提供超过2000 DMIPS 的性能 运行于 1GHz 频率 (90nm or 65nm 制造工艺) 功耗小于 300mW Cortex-M3 实现 $1 ARM芯片 领先嵌入式处理器技术发展讨论 多处理器技术 单处理器技术的性能提升终有一天会遭遇瓶颈 对嵌入式系统而言，尤其要考虑付出的代价 把任务进行并行分解是理想的选择 ARM MPcore可以集成1-4个ARM11处理器 关键是要提供给软件开发者一个友好的编程界面 64位处理器？ 哪儿是系统性能瓶颈？ 是需要64位地址还是64位数据？ 嵌入式系统比PC有更好的条件来解决系统性能和带宽问题 PC系统在主板上，扩展系统带宽需要扩大每个组件的接口带宽 SoC只需扩展片内总线，非常容易实现 AMBA支持8-1024位总线宽度 许多SoC设计以及ARM处理器内部已经使用64位数据总线 如何选择嵌入式微处理器 微处理器内核的选择 有无MMU OS的考虑 系统的工作频率 芯片存储器的容量 片内外设的考虑 实际应用的要求 接口时序 Outline ARM处理器的分类 结构体系版本（Architecture） ARM v4T ARM v5TE ARM v6 ARM Cortex (v7) ARM体系结构的命名规则 ARM{X}{y}{z}{T}{D}{M}{I}{E}{J}{F}{-S} x——系列 y——存储管理/保护单元 z——Cache T——Thumb16位译码器 D——JTAG调试器 M——快速乘法器 I——嵌入式跟踪宏单元 E——增强DSP指令 J——Jazelle F——向量浮点单元 S——可综合版本，以源代码形式提供的ARM核 ARM V4 ARMV4是目前支持的最老的架构,是基于32-bit地址空间的32-bit指令集。ARMv4除了支持ARMv3的指令外还扩展了： 支持halfword的存取 支持byte和halfword的符号扩展读 支持Thumb指令 提供Thumb和Normal状态的转换指令 进一步的明确了会引起Undefined异常的指令 对以前的26bits体系结构的CPU不再兼容 ARMv4T ARMv4T增加了16-bit Thumb?指令集，这样使得编译器能产生紧凑代码（相对于32-bit代码，内存能节省到35%以上)并保持32-bit系统的好处。 Thumb在处理器中仍然要扩展为标准的32位ARM指令来运行。用户采用16位Thumb指令集最大的好处就是可以获得更高的代码密度和降低功耗。 ARM V5TE 1999年推出A