嵌入式系统原理及应用(精品文档-(2).pptx

第2章ARM体系结构;

嵌入式系统硬件层的核心是嵌入式微处理器，嵌入式微处理器有各种不同的体系，即使在同一体系中也可能具有不同的时钟频率和数据总线宽度，或集成了不同的外设和接口。据不完全统计，目前全世界嵌入式微处理器已经超过1000多种，体系结构有30多个系列，其中主流的体系有ARM、MIPS、PowerPC等。嵌入式微处理器的选择是根据具体的应用而决定的。;

英国ARM公司的CPU凭借功耗较低、成本均衡、架构灵活等特性及特有的16/32位双指令集，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，占领了绝大多数移动市场的份额，平板电脑也大多采用ARM处理器。;

2.1常用嵌入式处理器芯片

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如图2-1所示为ARM公司的商业模式，即生态链。ARM公司的成功除了其卓越的芯片设计技术以外，还源于其创新的商业模式：提供技术许可的知识产权，而不是制造和销售实际的半导体芯片。ARM将其芯片设计技术(内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案)授权给Intel、Samsung、TI、高通、意法半导体等半导体制造商，这些厂商拿到ARM内核以后，再设计外围的各种控制器，和ARM核整合成一块SoC芯片，也就是我们看到的市面上的各种芯片，作为用户，我们也许不知道我们使用的是ARM芯片，但是我们可能天天都在感受着ARM芯片带给我们的智能体验。;

ARM公司正是因为没有自己生产芯片，省去了IC制造的巨额成本，因此可以专注于处理器内核设计本身，ARM处理器内核不但性能卓越而且升级速度很快，以适应市场的变化。由于所有的ARM芯片都采用一个通用的处理器架构，所以相同的软件可以在所有产品中运行，这正是ARM最大的优势，采用ARM芯片无疑可以有效缩短应用程序开发与测试的时间，也降低了研发费用。;;

2.1.1ARM处理器内核版本

ARM架构自诞生至今，已经发生了很大的演变，至今已定义了8种不同的版本。ARM处理器核使用的体系结构如表2-1所示。;;

v7版架构：ARM体系架构v7是2005年发布的。它使用了能够带来更高性能、功耗效率和代码密度的Thumb2技术。它首次采用了强大的信号处理扩展集，对H.264和MP3等媒体编解码提供加速。;

v8版架构：ARMv8是在32位ARM架构上进行开发的，将被首先用于对扩展虚拟地址和64位数据处理技术有更高要求的产品领域，如企业应用、高档消费电子产品。ARMv8架构包含两个执行状态：AArch64和AArch32。AArch64执行状态是针对64位处理技术，引入了一个全新指令集A64；而AArch32执行状态将兼容现有的32位ARM指令集。;

配合ARMv8架构的推出，ARM正在努力确保一个强大的设计生态系统来支持64位指令集。ARM的主要合作伙伴已经能够获得支持ARMv8架构的ARM编译器和快速模型。在新架构的支持下，一系列开源操作系统、应用程序和第三方工具的开发已经在开展中。

如图2-2所示为必威体育精装版几种版本的ARM架构图，从中可以看到新加功能。;;

2.1.2处理器性能指标

如图2-3所示，描述处理器时会采用下列技术指标。;

(1)CPU的主频。即CPU内核工作的时钟频率，如主频为1.3GHz。CPU的主频不代表CPU的速度，但高频的CPU使程序运行更快并节省电量。

(2)制程工艺。“45nM”即45纳米(45×10-9米)，指的是生产芯片时的精度，数字越小，精度越高，工艺也就越先进。在同样的材料中可以制造更多的电子元件，连接线也更细，CPU的集成度自然更高，功耗也会随之变得更小。;

(3)流水线。“13stAge”指的是13级流水线技术，通过多个功能部件并行工作来缩短程序执行时间，提高处理器的效率和吞吐率。

(4)功耗。许多嵌入式ARM处理器的系统都是采用电池供电的方式，系统的功耗不仅仅取决于处理器，具体芯片设计和集成到芯片内部的外围模块也将影响片上能量的消耗，8位或16位微处理器的功耗水平为0.25~2.5MW/MHz，新型的低功耗CPU甚至可以在低于1.8v的电压下工作，不同的CPU在睡眠模式下的电流消耗是1~50μA。;

(5)工作速度MIPS。ARM公司一般用DMIPS／MHz来标称ARM核心的性能。DMIPS

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