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1、嵌入式系统应用,欧阳禹 OLD_OY163.COM,课程介绍,课程：嵌入式系统应用 学时：2 课程别：专业必修课 考核方式：卷面 主要参考教材 嵌入式系统实训教程,第一章 嵌入式系统概述,定义及描述： 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。 嵌入到对象体系中的专用计算机系统。 专用的智能电子设备。,嵌入式系统的特点 嵌入式系统通常是面向特定应用的 嵌入式系统是先进的计算机技术 嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余 嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起 为了提高执行速度和系

2、统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中 嵌入式系统本身不具备自举开发能力,第一章 嵌入式系统概述,第一章 嵌入式系统概述,嵌入式系统应用无所不在,第一章 嵌入式系统概述,嵌入式系统应用无所不在,第一章 嵌入式系统概述,嵌入式系统应用无所不在,尾灯控制系统,后车门控制系统,前车门控制系统,座椅控制系统,发动器控制系统,所有的控制系统都是一个完整的嵌入式系统,第一章 嵌入式系统概述,嵌入式微处理器 (Embedded Microprocessor Unit, EMPU) Am186/86,386EX,SC400,Power PC, 51,6800

3、,MIMP,ARM 嵌入式微控制器（单片机） (Microcontroller Unit, MCU) 51系列；ARM 7 ，Cortex-M0 /M3 嵌入式DSP处理器 (Embedded Digital Signal Processor, EDSP) C5000 , C2000(DSC), TI达芬奇处理器,DSP56000 嵌入式片上系统(ESOC); (Embedded System On Chip，ESOP) 可编程片上系统(SOPC) (System On a Programmable Chip，EPSOP),第一章 嵌入式系统概述,嵌入式微处理器 (Embedded Micro

4、processor Unit, EMPU) 嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的其增强点为： 功耗 工作温度 抗电磁干扰 可靠性 体积小、重量轻、成本低,第一章 嵌入式系统概述,嵌入式微控制器（单片机） (MicroController Unit, MCU) 嵌入式微控制器芯片内部集成一般以： 某一种微处理器内核为核心； ROM、RAM； I/O 内部总线逻辑 片内I/O资源：定时/计数器、WDT ，RTC 片外I/O接口：GPIO、脉宽调制输出 PWM、 D/A、串行口、红外、A/D、LCD 外部总线逻辑接口：I2C、CAN，USB，SPI,第一章 嵌入式系统概述,嵌入式DS

5、P处理器 (Embedded Digital Signal Processor, EDSP) DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT、频谱分析等方面DSP算法正在大量进入嵌入式领域，DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能，过渡到采用嵌入式DSP处理器。 推动嵌入式DSP处理器发展的另一个因素是嵌入式系统的智能化，例如各种带有智能逻辑的消费类产品，生物信息识别终端，带有加解密算法的键盘，ADSL接入、实时语音压解系统，虚拟现实显示等。这类智能化算法一般都是运算量较大，特别是向量运算、指针线性寻址等较

6、多，而这些正是DSP处理器的长处所在。,第一章 嵌入式系统概述,嵌入式片上系统 ( System On Chip) 随着半导体工艺的迅速发展，在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临，这就是System On Chip(SOC)。各种通用处理器内核将作为SOC设计公司的标准库，和许多其它嵌入式系统外设一样，成为VLSI(超大规模集成电路)设计中一种标准的器件。 多处理器核 =SOC 例： INTEL Scale 系列既有ARM 10 内核，并集成了DSP核；并集成SRAM、AC97、LCD控制器，UART、红外等I/O接口，是INTEL公司的嵌入式片上系统（SOC）产品。,可编程片上系统

7、(SOPC) (System On a Programmable Chip，EPSOP),第一章 嵌入式系统概述,SOPC是Altera公司于2000年提出的一种灵活高效的SOC解决方案，SOPC利用可编程逻辑技术把整个电子系统集成在一个单片上，是一种特殊的嵌入式系统芯片。 与可编程逻辑器件一样，SOPC的设计也仅需完成前端设计，故其设计投入比较少，设计方法灵活，SOPC的系统功能可裁减、易扩充，结合了SOC和CPLD、FPGA的优点。 作为一种系统级芯片，SOPC具有低的设计成本和开发风险，从而获得广泛的应用。,第一章 嵌入式系统概述,可编程片上系统(SOPC),SOPC是一种可编程逻辑器件

8、，与普通PLD相比，SOPC具有如下特点： 1至少包含一个嵌入式处理器内核。 2具有一定容量的片内高速RAM。 3具有足够的片上可编程逻辑资源。 4. 具有处理器调试接口和编程接口。,第一章 嵌入式系统概述,除了嵌入处理器硬核的SOPC之外，基于FPGA的嵌入CPU软核的片上可编程系统的实现方法也得到广泛的应用，这类基于FPGA的嵌入式CPU软核比较常用的是Xilinx公司的8位嵌入式RISC处理器软核PicoBlaze、32位嵌入式RISC处理器软核MicroBlaze和Altera公司的NIOS软核。 Xilinx公司的Virtex系列FPGA（包括VirtexII、Virtex4和Vir

9、tex5）和Spartan III（包括Spartan3A、Spartan3E和Spartan3）系列FPGA均支持基于嵌入式CPU软核的SOPC设计实现。,第一章 嵌入式系统概述,嵌入式系统的发展趋势 复杂的嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持 联网成为必然趋势 支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本 提供精巧的多媒体人机界面,第一章 嵌入式系统概述,存储器 纸带类介质存储（已基本淘汰）、磁带 磁盘（硬盘）存储器（外存） 半导体存储器(内存） RAM （Random Access Memory） 静态随机存储器，Static RAM（SRAM） 速度非常快，功耗低；但芯

10、片结构复杂、成本昂贵 动态随机存储器，Dynamic RAM（DRAM） 速度相对慢，功耗高；但芯片结构简单、成本较低 ROM （Read Only Memory） ROM （Read-Only Memory） PROM（ Programmable Read-Only Memory）/One-Time Programmable (OTP)ROM EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) FLASH EEPROM （闪存）,

11、第一章 嵌入式系统概述,EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory)可擦可编程只读存储器，一种可以重复利用的可编程芯片。其内容始终不丢失，除非您用紫外线擦除它。一般给EPROM 编程或擦除内容时，需要用专用的设备。 EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)，电可擦可编程只读存储器-一种掉电后数据不丢失的存储芯片。 EEPROM 可以在电脑上或专用设备上擦除已有信息，重新编程。既可实现ISP或IAP功能。 固件：在ROM中固化的程序叫固件 （Firmware ）,第一章

12、 嵌入式系统概述,IAP（In-Application Programming） 指MCU可以在系统运行中获取新代码并对自己的程序重新编程。IAP的实现相对要复杂，在实现IAP功能时，单片机内部一定要有两块存储区，一般一块被称为BOOT区，另外一块被称为存储区。单片机上电运行在BOOT区，如果有外部改写程式的条件满足，则对存储区的程序进行改写操作。如果外部改写程序的条件不满足，程式指标跳到存储区，开始执行放在存储区的程式，这样便实现了IAP功能。 总之：IAP技术是从结构上将Flash存储体映射为两个存储体，当运行一个存储体上的用户程序时，可对另一个存储体重新编程，之后将程序从一个存储体转向另

13、一个。,第一章 嵌入式系统概述,应用 前向通道 数字信号 开关量 物理量(模拟信号A/D) 后向通道 数字信号 开关量 (D/A 模拟信号)物理量 声、光输出,第一章 嵌入式系统概述,前向通道-数据采集应用范例 传感器 物理量电压/电流量 信号调理 （信号转换） 滤波放大 光电隔离 抗干扰 多路开关和采样保持 资源复用、转换标定 转换 积分型 特点：速度快，精度低（位） 逐次比较型 特点：速度慢，精度高（824位） 与MCU互联 串行 并行,第一章 嵌入式系统概述,嵌入式编程语言 嵌入式系统高级编程语言概述 Ada语言 C语言 Java语言 常用嵌入式系统高级编程语言基本性能 与汇编语言或机器

14、代码的接口 直接寻址 (I/O) 对硬件的访问和控制 位操作 中断处理 异常事件处理,第一章 嵌入式系统概述,嵌入式操作系统 嵌入式操作系统特点 任务调度、同步机制、中断处理、文件功能 更好的硬件适应性，也就是良好的移植性； 占有更少的硬件资源； 高可靠性； 提供强大的网络功能，支持TCP/IP协议(TCP/IP协议栈)及其他协议； 常要求具有实时性能(RTOS)。,第一章 嵌入式系统概述,嵌入式操作系统 嵌入式实时多任务操作系统（RTOS） 系统响应时间(System response time )系统发出处理要求到系统给出应答信号的时间。 任务换道时间(Context-switching

15、time)是任务之间切换而使用的时间。 中断延迟(Interrupt latency )是计算机接收到中断信号到操作系统作出响应，并完成换道转入中断服务程序的时间。,第一章 嵌入式系统概述,嵌入式操作系统-C/OS II C/OS-II是一个应用于实时嵌入式应用的公开源代码的实时操作系统内核。 执行效率高 占用空间小 实时性能优良 公开源代码 可扩展性能等 最小内核可编译至2KB。C/OS-II已经移植到了几乎所有知名的CPU上。因为 C/OS-II 非常简单，只要有一个普通的 C 编译器，就能完成编译并运行该操作系统，因此，C/OS-II 首先在教学中得到了广泛应用。因为其简单及实时性好的特

16、点，现在也有一些用户开始使用 C/OS-II 操作系统开发正式的嵌入式产品。,第一章 嵌入式系统概述,嵌入式操作系统-Linux Linux是开放源码的，不存在黑箱技术，遍布全球的众多Linux爱好者又是Linux开发者的强大技术后盾； Linux的内核小、功能强大、运行稳定、效率高； Linux易于定制剪裁，在价格上极具竞争力； Linux不仅支持X86芯片，还可以支持二三十种CPU，包括传统家电行业所使用的芯片，都开始做Linux的平台移植工作。也就是说，如果今天采用Linux环境开发产品，那么将来换CPU时就不会遇到困难 有大量的且不断增加的开发工具，为嵌入式系统的开发提供了良好的开发环

17、境， 它沿习UNIX，遵循国际标准，可以方便地获得众多第三方硬、软件厂商的支持； Linux内核的结构在网络方面是非常完整的。它提供了包括十兆、百兆、千兆的以及网络，以及对无线网络、Token Ring(令版环网)、光纤甚至卫星的支持。在图像处理、文件管理及多任务支持等诸多方面都非常出色。 Linux既适于做嵌入式的开发平台，同时本身又是裁剪用的基料。,第一章 嵌入式系统概述,嵌入式操作系统-uCLinux uClinux专门针对没有MMU的CPU 为嵌入式系统做了许多小型化的工作 uClinux是一个完全符合GNU/GPL公约的项目，完全开放代码。,第一章 嵌入式系统概述,内存管理单元介绍

18、（MMU-Memory Manage Unit ） 在存储系统中，使用MMU实现虚拟地址到实际物理地址的映射 目的是加速 通常在操作系统进行运用 应用范例 ache 虚拟内存 地址影射,第一章 嵌入式系统概述,嵌入式操作系统-Windows CE Win CE是一个紧凑、高效和可扩展的操作系统，适用于各种嵌入系统和产品。它拥有多线程、多任务、确定性的实时、完全抢先式优先级的操作系统环境，专门面向只有有限资源的硬件系统。同时，它的模块化设计方式使得系统开发人员和应用开发人员能够为多种多样的产品来定制它，例如客户电子设备、专用工业控制器以及嵌入式通信设备等。,第一章 嵌入式系统概述,嵌入式操作系统

19、-Windows CE Win CE直接支持多类硬件外围设备，象键盘、鼠标设备、触摸面板、串行口、以太网、调制解调器、USB设备、音频设备、并行口和存储设备（ATA或闪存），同时，由于Win CE扩展了新的市场和设备门类，对嵌入式系统开发者来说，在增加新的外围设备类型方面就有了巨大的潜力可挖，实现起来也很容易。这是通过Win CE简洁而良好定义的设备驱动模型来实现的，它提供了良好文档化的设备驱动程序接口(DDI)和展示如何实现它们的例程代码。,第一章 嵌入式系统概述,嵌入式操作系统-Windows CE Win CE支持超过1,400条最频繁使用的Win32 API，借此Windows CE开

20、发者就能利用大量其他的编程资源、工具、软件例子以及文档来进行Win CE开发工作。全世界有多于五百万的Win32开发者，其中有些有经验的程序员可能已谙熟 Windows CE平台的开发工作，从而降低了培训成本，缩短了进入市场的时间。 Platform Builder 开发工具，帮助您在Win CE下开发基于新嵌入式系统项目的软件。Platform Builder 的设计目标是创造更熟悉和易于使用的开发环境，它包括适用于所有Windows CE支持的处理器的交叉编译器。,第一章 嵌入式系统概述,什么是Windows API 接口：下面是WINDOWS的操作系统核心，而它的上面则是所有的华丽的WI

21、NDOWS应用程序 类库和控件都是构架在WIN32 API函数基础之上的，是封装了的API函数的集合 比较复杂和特殊的功能来说，使用类库和控件是非常难以实现的，这时就需要采用API函数来实现 API不要去学，在需要的时候去查API帮助就足够了，结合一些有趣的实例，应该可以达到快速掌握的目的。,第一章 嵌入式系统概述,嵌入式操作系统 典型的嵌入式操作系统 C/OS和C/OS II uCLinux/Linux Windows CE pSOSystem，简称pSOS（手机） VxWorks （美国军用） Palm OS （3COM PDA） Symbian（诺基亚、摩托罗拉和爱立信 手机）,第一章

22、嵌入式系统概述,使用嵌入式操作系统的必要性,嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性； 提高了研发效率，缩短了研发周期； 嵌入式实时操作系统充分发挥了32位CPU的多任务潜力。 从某种意义上说，没有操作系统的计算机(裸机)是没有用的。在嵌入式应用中，只有把CPU嵌入到系统中，同时又把操作系统嵌入进去，才是真正的计算机嵌入式应用。,实时操作系统的优缺点 优点 在嵌入式实时操作系统环境下研发实时应用程式使程式的设计和扩展变得容易，不必大的改动就能增加新的功能。通过将应用程式分割成若干独立的任务模块，使应用程式的设计过程大为简化；而且对实时性需求苛刻的事件都得到了快速、可靠的处理。通过有效的系统服务，嵌

23、入式实时操作系统使得系统资源得到更好的利用。 缺点 使用嵌入式实时操作系统还需要额外的存储器（ROM/RAM）开销，25%的CPU额外负荷，及内核的费用。实时性下降。,第一章 嵌入式系统概述,第一章 嵌入式系统概述,交叉开发环境 首先在通用计算机（宿主机）上编写程序 然后通过交叉编译生成目标平台上可以运行的二进制代码格式（或准二进制代码格式） 最后再下载到目标平台（目标机）上的特定位置上运行。,第一章 嵌入式系统概述,交叉开发环境 交叉编译和链接(GCC) 在基于ARM体系结构的linux -gcc交叉开发环境中： arm-linux-gcc是交叉编译器 arm-linux-ld是交叉链接器

24、交叉调试 嵌入式系统的交叉调试有多种方法，可以被细分成不同的层次，但一般都具有如下一些典型特点： 调试器和被调试进程运行在不同的机器上，调试器运行在PC或者工作站上（宿主机），而被调试的进程则运行在各种专业调试板上（目标机）。 嵌入式系统交叉调试时，宿主机调试器通过JTAG、RS-232串口、以太网口或USB等专用的通信方式与目标机被调试进程建立联系。,第一章 嵌入式系统概述,宿主机（Host）： 通用PC机它通过串口或者以太网接口与目标机通信。宿主机的软硬件资源比较丰富，不但包括功能强大的操作系统（如Windows和Linux），而且还有各种各样优秀的集成开发工具（Keil uVision2

25、 / Keil uVision3 、SDT、ADS 1.2、Microsoft的Embedded Visual C+/Platform Builder等），能够大大提高嵌入式应用软件的开发速度和效率。 目标机（Target）： 嵌入式应用软件开发期间使用，用来区别与嵌入式系统通信的宿主机，它可以是嵌入式应用软件的实际运行环境，也可以是能够替代实际运行环境的仿真系统，但软硬件资源通常都比较有限。 嵌入式系统通常是最终的目标机,第一章 嵌入式系统概述,建立交叉开发环境是进行嵌入式软件开发的第一步，目前常用的交叉开发环境主要有开放和商业两种类型。 开放的交叉开发环境的典型代表是GNU工具链、目前已经

26、能够支持X86、ARM、MIPS、PowerPC等多种处理器。 商业的交叉开发环境则主要有: Keil Vision2 51系列 Keil Vision3/4 51系列/ (RealView) ARM ARM Software Development Toolkit(SDT 2.4) ARM ADS 1.2 ARM Microsoft Platform Builder Xscale (ARM 10) TKStudio ARM7/ARM9/Cortex-M,第一章 嵌入式系统概述,TKStudio IDE是广州致远电子有限公司开发的一个微处理软件开发平台，是内置编辑器的多内核编译调试环境，支持编

27、译工具链: Keil C51、SDCC 51 GCC ARM、ADS ARM IAR ARM MDK ARM (Keil C51 3/4 for ARM ) RVDS ARM AVR GCC、IAR AVR,第一章 嵌入式系统概述,TKStudio IDE是广州致远电子有限公司开发的一个微处理软件开发平台，是内置编辑器的多内核编译调试环境，支持内核主要有: 8051 AVR(16位主流机) ARM7/ARM9/ARM11 XScale CortexM3/CortexM0 内核调试,第一章 嵌入式系统概述,可以完成： 工程建立； 管理； 编译，链接，目标代码的生成； 软件仿真； 硬件仿真(挂接T

28、KS系列仿真器的硬件)等完整的开发流程。,第一章 嵌入式系统概述,bootloader的作用: bootloader 的作用是进行最小的硬件初始化，必须用汇编编写； 典型的bootloader硬件初始化可能是: 系统时钟的设置 内存控制器的设置 必要的中断控制器的配置 快速接口的初始化 （MMU的设置） 它不需要初始化所有的硬件，只要能够引导后续的工作就可以了！,第一章 嵌入式系统概述,各端口在开发中的主要作用 ： JTAG（Joint Test Access Group ） bootloader下载（） JTAG更强大的功能是在线调试。ARM仿真器(ICD) 、DSP仿真器等都是基于JTAG

29、在线调试程序。 速度 b b 串口（RS232/UART) 通过宿主机的超级终端的串口工具回显目标机的工作状态 240kb/s 网口或口 操作系统及大容量的应用程序下载 网口 10b/s 口 12Mb/s,第二章 ARM体系机构,ARM的简介 ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等 ARM将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，每个厂商得到的都是一套独一无二的AR

30、M相关技术及服务。利用这种合伙关系，ARM很快成为许多全球性RISC标准的缔造者。,英国ARM公司 (Advanced RISC Machines ) 国家：英国（欧洲） 行业：电子 半导体 微处理器 智能手机 总部：英国剑桥 CEO：沃伦.伊斯特 竞争对手：英特尔 市场份额: 手机处理器90%的市场份额 上网本处理器30%的市场份额 平板电脑处理器80%的市场份额,第二章 ARM体系机构,1991 年 ARM 公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用 ARM技术知识产权（ IP ）核的微处理器，即我们通常所说的 ARM 微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网

31、络系统、无线系统等各类产品市场，现在，基于 ARM 技术的微处理器应用约占据了 32 位 RISC 微处理器 80以上的市场份额， ARM 技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。,第二章 ARM体系机构,第二章 ARM体系机构,体系结构 CISC （Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机） 在CISC指令集的各种指令中，大约有20的指令会被反复使用，占整个程序代码的80。而余下的80的指令却不经常使用，在程序设计中只占20。 RISC （Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机） RISC结构优先选取使用频最

32、高的简单指令，避免复杂指令；将指令长度固定，指令格式和寻地方式种类减少，以控制逻辑为主，不用或少用微码控制等。,第二章 ARM体系机构,RISC体系结构应具有如下特点： 采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式简洁； 使用单周期指令，便于流水线操作； 大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作； 只有加载/ 存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。,第二章 ARM体系机构,ARM体系结构的技术特征 大量使用寄存器，指令执行速度更快； 体积小、低功耗、低成本、高性能； Thumb（16位） /ARM（32位）三指令集，能很好的兼容16位32位器件； 大多数数据操作都在寄存器

33、中完成； 寻址方式灵活简单，执行效率高； 指令长度固定- Thumb（16位）/ARM（32位）,第二章 ARM体系机构,ARM体系结构的技术特征- （高级） 所有的指令都可根据前面的执行结果(影响标志位)决定是否被执行，从而提高指令的执行效率 可用加载/存储（）指令批量传输数据,以提高数据的传输效率 可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理 在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率,第二章 ARM体系机构,ARM体系结构的不同版本的发展概述-V1版本,该版本的ARM体系结构，只有26位的寻址空间，没有商业化，其特点为： 基本的数据处理指令（不包括乘法）； 字节、字和半字加载/存储

34、指令； 具有分支指令，包括在子程序调用中使用的分支和链接指令； 在系统调用中使用的软件中断指令。,第二章 ARM体系机构,ARM体系结构的不同版本的发展概述-V2版本 同样为26位寻址空间，现在已经废弃不再使用，它相对V1版本有以下改进： 具有乘法和乘加指令； 支持协处理器； 快速中断模式中的分组寄存器； SWP和SWPB指令。,第二章 ARM体系机构,ARM体系结构的不同版本的发展概述V3版本 32位寻址空间 分开CPSR和SPSR,完善异常中断机制 增加了MSR指令和MRS指令 增加两种异常模式 修改异常返回的指令 V3版本基本未投入市场,第二章 ARM体系机构,ARM体系结构的不同版本的

35、发展概述V4版本 增加了Thumb指令集 增加了处理器的特权模式 V4版本基本赢得了市场,第二章 ARM体系机构,ARM体系结构的不同版本的发展概述V5版本 在V4版本的基础上，对现在指令的定义进行了必要的修正，对V4版本的体系结构进行了扩展并并增加了指令，具体如下： 改进了ARM/Thumb状态之间的切换效率； 允许非T变量和T变量一样，使用相同的代码生成技术； 增加计数前导零指令和软件断点指令；(无线通信) 对乘法指令如何设置标志作了严格的定义; DSP指令支持(E); Java指令支持(J)。 V6结构 - 增加了媒体指令 V6内核：ARM11。,第二章 ARM体系机构,ARM处理器核简

36、介,ARM公司开发了很多系列的ARM处理器核, 目前应用比较广泛的系列是：,ARM7,ARM9,ARM9E,ARM10,StrongARM,Xscale,ARM11,Cortex-M3,Cortex-RX,Cortex-AX,第二章 ARM体系机构,ARM处理器核简介ARM7,该系列包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、带有高速缓存处理器宏单元的ARM720T和扩充了Jazelle的ARM7EJ-S。该系列处理器提供Thumb 16位压缩指令集和EmbededICE(JTAG)软件调试方式，适用于更大规模的SoC设计中。 ARM7系列广泛应用于多媒体和嵌入式设备，包括Internet设备

37、、网络和调制解调器设备，以及移动电话、PDA等无线设备。,第二章 ARM体系机构,ARM7TDMI后缀意义,第二章 ARM体系机构,ARM处理器核简介ARM9 5级整数流水线，指令执行效率更高。 提供1.1DMIPS的哈佛结构 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 全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统 支持数据 Cache 和指令 Cache , 具有更高的指令和数据处理能力 运算速度最高可达300MIPS ARM9系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相

38、机和数字摄像机等。 ARM9系列微处理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三种类型，以适用于不同的应用场合。,第二章 ARM体系机构,ARM处理器核简介ARM10 ARM10E系列微处理器具有高性能、低功耗的特点，由于采用了新的体系结构，与同等的ARM9器件相比较，在同样的时钟频率下，性能提高了近50，同时，ARM10E系列微处理器采用了两种先进的节能方式，使其功耗极低。 支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。 6级整数流水线，指令执行效率更高。 支持VFP10浮点处理协处理器。 运算速度最高可达400DMIPS。 内嵌并行读/写操作部件。 ARM10E系列微处理

39、器主要应用于线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、通信和信息系统等领域。 已完成ARM10的SoC为XScale 系列。,第二章 ARM体系机构,ARM 10 处理器核简介Xscale Intel Xscale微控制器则提供全性能、高性价比、低功耗的解决方案，支持16位Thumb指令并集成数字信号处理（DSP）指令。还兼有 MMX等Intel的优点,该系列有： Xscale 23X Xscale 25X Xscale 26X Xscale 27X,第二章 ARM体系机构,ARM11处理器(ARMv6) 多媒体处理扩展 (使MPEG4编码/解码加快一倍 ); 增强的Cache结构 实地址Cac

40、he4 减少Cache的刷新和重载 减少上下文切换的开销 增强的异常和中断处理( 使实时任务的处理更加迅速) 支持Unaligned和Mixed-endian数据访问 (使数据共享、软件移植更简单，也有利于节省存储器空间 ) 对绝大多数应用来说，ARMv6保持了100%的二进制向下兼容，使用户过去开发的程序可以进一步继承下去。ARMv6保持了所有过去架构中的T（Thumb指令）和E（DSP指令）扩展，使代码压缩和DSP处理特点得到延续；为了加速Java代码执行速度的ARM Jazalle技术也继续在ARMv6架构中发挥重要作用。,第二章 ARM体系机构,Crotex 体系结构 Cortex-A

41、 系列 ARM Cortex-A 系列的应用型处理器可向托管丰富的操作系统平台的设备和用户应用提供全方位的解决方案，包括超低成本的手机、智能手机、移动计算平台、数字电视、机顶盒、企业网络、打印机和服务器解决方案。 高性能的 Cortex-A15; 可伸缩的 Cortex-A9; 经过市场验证的 Cortex-A8 处理器; 高效的 Cortex-A5 处理器 均共享ARM Cortex-A体系结构，因此具有完整的应用兼容性，支持传统的 ARM、Thumb 指令集和新增的高性能紧凑型 Thumb-2 指令集。,第二章 ARM体系机构,Crotex 体系结构 Cortex-R 系列 ARM Cor

42、tex-R 实时处理器为具有严格的实时响应限制的深层嵌入式系统提供高性能计算解决方案。目标应用包括： 智能手机和基带调制解调器中的移动手机处理; 企业系统，如硬盘驱动器、联网和打印; 家庭消费性电子产品、机顶盒、数字电视、媒体播放器和相机; 用于医疗行业、工业和汽车行业的可靠系统的嵌入式微控制器 在这些应用中，采用的是对处理响应设置时标系统，如果要避免数据丢失或机械损伤，则必须符合所设置的这些硬截止时间。因此 Cortex-R 处理器是专为高性能、可靠性和容错能力而设计的，其行为具有高确定性，同时保持很高的能效和成本效益。,第二章 ARM体系机构,Crotex 体系结构 Cortex-M 系列

43、 ARM Cortex-M 处理器系列是一系列可向上兼容的高能效、易于使用的处理器，这些处理器旨在帮助开发人员满足将来的嵌入式应用的需要。这些需要包括以更低的成本提供更多功能、不断增加连接、改善代码重用提高能效。 Cortex-M 系列针对成本和功耗敏感的 MCU 和终端应用 智能测量; 人机接口设备; 汽车和工业控制系统; 大型家用电器; 消费性产品; 医疗器械,第三章 Crotex M3处理器技术,ARM Cortex-M 技术 RISC 处理器内核 高性能 32 位 CPU 具有确定性的运算 预3 级流水线管道,第三章 Crotex M3处理器技术,ARM Cortex-M 技术 低能耗

44、模式 集成的睡眠状态支持 多电源域 基于架构的软件控制 嵌套矢量中断控制器 (NVIC) 低延迟、低抖动中断响应 不需要汇编编程 以纯 C 语言编写的中断服务例程 工具和 RTOS 支持 广泛的第三方工具支持 Cortex 微控制器软件接口标准 (CMSIS) 最大限度地增加软件成果重用,第三章 Crotex M3处理器技术,ARM Cortex-M 技术 CoreSight 调试与跟踪 支持多处理器，支持实时跟踪 JTAG SWD（ 2 针串行线调试连接） ARM Cortex-M0 要用SWD,第三章 Crotex M3处理器技术,ARM Cortex-M 技术 Thumb-2 技术 改进

45、了代码密度，具有性能效率和功效 Thumb-2 技术是以 ARM Cortex 体系结构为基础的指令集，它提升了众多嵌入式应用的性能、能效和代码密度。 Thumb-2 技术以获得成功的 Thumb为基础进行构建，以增强 ARM 微处理器内核的功能。 该技术与现有 ARM 和 Thumb 解决方案向后兼容，同时显著扩展了 Thumb 指令集的可用功能。这将使得更多应用程序从 Thumb 的同类最佳代码密度中获益。 为获得性能优化的代码，Thumb-2 技术使用少于 31% 的内存以降低系统成本，同时，提供比现有高密度代码高出 38% 的性能，因此可用于延长电池寿命，或丰富产品功能集。 16/32

46、 位指令的最佳混合 小于 8 位设备 3 倍的代码大小 对性能没有负面影响,第三章 Crotex M3处理器技术,Crotex M3主要特性： 体系结构：ARMv7-M（哈佛）； 指令系统：支持Thumb / Thumb-2 ； 管道：3 级流水线 + 分支预测； 速度：1.25 DMIPS/MHz 内存保护：带有子区域和后台区域的可选 8 区域 MPU； 中断：不可屏蔽的中断 (NMI) + 1 到 240 个物理中断 中断延迟：12 个周期； 中断间延迟：6 个周期； 中断优先级：8 到 256 个优先级； 唤醒中断控制器：最多 240 个唤醒中断： 睡眠模式： 集成的 WFI 和 WFE

47、 指令和“退出时睡眠”功能； 睡眠和深度睡眠信号； 随 ARM 电源管理工具包提供的可选保留模式。 位操作：集成的指令和位段； 增强的指令：硬件除法（2-12 个周期）和单周期 (3232) 乘法； 调试：可选 JTAG 和串行线调试端口。最多 8 个断点和 4 个检测点； 跟踪：可选指令跟踪 (ETM)、数据跟踪 (DWT) 和测量跟踪 (ITM)；,第三章 Crotex M3处理器技术,ARM Cortex-M 3 体系结构 概述 ARM Cortex- M3 处理器是32 位处理器，适用于具有高确定性的实时应用（包含微控制器、汽车车体系统、工业控制系统以及无线网络和传感器），具有高性能低

48、成本的特定。该处理器特点： 实时； 低动态和静态功率； 低功耗。,第三章 Crotex M3处理器技术,ARM Cortex-M 3 体系结构 指令结构 Cortex-M3处理器采用ARMv7-M架构，它包括： 16位Thumb指令集 32位Thumb-2指令集架构 Cortex-M3处理器不能执行ARM指令集。Thumb-2在Thumb指令集架构上进行了大量的改进，它与Thumb相比，具有更高的代码密度并提供16/32位指令的更高性能。,第三章 Crotex M3处理器技术,ARM Cortex-M 3 体系结构 工作模式 Cortex-M3处理器支持2种工作模式： 线程模式 在复位时处理器

49、进入“线程模式”,异常返回时也会进入该模式, 特权和用户（非特权）模式代码能够在“线程模式”下运行。 处理模式。 出现异常模式时处理器进入“处理模式”，在处理模式下，所有代码都是特权访问的。,第三章 Crotex M3处理器技术,ARM Cortex-M 3 体系结构 工作状态 Coretx-M3处理器有2种工作状态。 Thumb状态： 这是16位“半字对齐”的Thumb和32位Thumb-2指令的执行状态。 调试状态： 处理器停止并进行调试，进入该状态。,第三章 Crotex M3处理器技术,ARM Cortex-M 3 体系结构 管道：3 级流水线 + 分支预测； 3 级流水线概念,第三章 Crotex M3处理器技术,ARM Cortex-M 3 体系结构 管道：3 级