嵌入式系统设计第3章2003.ppt

河南工业大学 河南工业大学 * * 第3章 基于ARM9处理器的硬件开发平台 工欲善其事，必先利其器。 * 本章内容 3.1 ARM9微处理器 1 3.2 三星S3C2410处理器概述 2 3.3 S3C2410处理器单元电路设计 3 3.4 存储器设计 4 3.5 JTAG调试接口设计 5 3.6 博创UP-NETARM2410-S嵌入式平台简介 6 1 2 3 4 5 6 * * * 简介 本章主要介绍基于ARM9处理器的硬件开发平台。为便于读者对比理解，首先将ARM9处理器与工业控制领域常见的ARM7处理器进行了比较，接下来对基于ARM920T内核的32位RISC处理器三星S3C2410X进行了概要介绍。详细分析了S3C2410X处理器的单元电路设计、存储器设计以及JTAG调试接口设计，概述了博创UP-NETARM2410-S嵌入式开发平台的硬件组成和功能，最后在“通过JTAG烧写FLASH”的项目训练对UP-NETARM2410-S嵌入式开发平台有了更加深入地认识。 * * 3.1 ARM9微处理器 ARM7系列处理器属于ARM家族的低端处理器，但为众多关注低成本和低功耗的消费类嵌入式设备应用提供了大量支持。 3.1.1 ARM9与ARM7处理器的比较 ARM7系列 * * ARM7系列处理器采用ARMV4T版本的结构，具有小型、快速和低能耗等特性。其体系结构一般具有三级流水线，时钟速度一般为20MHz~133 MHz，平均功耗每MHz仅为0.6mW，每条指令平均执行1.9个时钟周期，处理速度为0.9MIPS/MHz。 * * 目前市场上使用较多的ARM7处理器芯片包括：Samsung公司的S3C44B0X与S3C4510处理器、恩智浦半导体(NXP Semiconductors)公司的LPC2000系列微控制器、Atmel公司的AT91FR40162系列处理器、Cirrus公司的EP73xx系列等。 * * 2. ARM9系列 ARM9系列是高性价比、低功耗、应用广泛的32位RISC结构嵌入式微处理器。ARM9系列微处理器时钟速度一般为120MHz~200 MHz，每条指令平均执行1.5个时钟周期，处理速度为1.1MIPS/MHz，指令执行效率更高。 ARM9处理器采用ARM V4T哈佛（Harvard）体系结构，程序指令和数据的物理存储空间完全分开。 * * ARM9支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集，支持32位的高速AMBA总线接口；支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力；支持包括Linux、Windows CE、μC/OS Ⅱ、VxWorks等多种主流嵌入式操作系统。 * * 3. ARM9与ARM7处理器的区别 (1) ARM9系列处理器和ARM7系列处理器的最大区别就是指令执行过程由取指、译码和执行3级流水线提高至取址、译码、执行、数据存储器/数据cache访问和寄存器回写5级流水线。 (2) ARM7TDMI采用了冯·诺依曼体系架构，指令和数据共用信号总线以及存储器；ARM9TDMI采用了哈佛体系结构，指令和数据各使用一条总线。 * * (3) 相对于ARM7TDMI，ARM9TDMI可以完全执行V4和V4T的未定义异常指令扩展空间上的指令集，这些指令扩展空间包括：算术指令扩展空间、控制指令扩展空间、协处理器指令扩展空间和加载/存储扩展空间。 (4) ARM7TDMI一般没有内存管理单元MMU(Memory Management Unit)和缓存Cache，所以仅支持那些不需要MMU和Cache的嵌入式操作系统，如uCLinux。ARM9支持全性能的MMU，采用哈佛结构，支持数据Cache和指令Cache，可以更好的支持像Linux、WinCE这样的多线程、多任务的操作系统。 * * 3.1.2 ARM920T简介 1. ARM920T的工作状态 ARM920T微处理器支持字节、半字、字三种数据类型。其工作状态一般有两种，第一种为ARM状态，处理器使用32位高性能ARM指令集执行32位的、字对齐的ARM指令；第二种为Thumb状态，处理器使用16位高代码密度Thumb指令集执行16位的、半字对齐的Thumb指令。 * * 2. ARM920T的存储器格式 ARM920T核将存储器看作是从零地址开始的字节的线性组合。从0字节到3字节放置第一个存储的字数据，从第4个字节到第7个字节放置第二个存储的字数据，依次排列。 * * ARM920T体系结构可以使用大端格式和小端格式两种方法存储字数据。大端格式中的字数据的高字节存储在低地址中，而字数据的低字节则存放