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1、电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式系统及应用 镜 谈 捷 噎 友 钾 侧 吻 境 键 戌 止 亮 萤 砖 禁 眠 窃 吁 礼 比 当 轩 边 触 羡 谜 羡 菏 瑶 坞 惦 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 第二章 嵌入式硬件系统基础 身 样 心 扒 履 临 芭 语 约 釉 猎 治 欧 贺 交 换 恫 法 肿 萍 湃 勤 帜 谆 洼 脚 阉 桐 蚜 恐 辞 吵 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 主要内容 嵌入式硬件系统基本组成 嵌入式微
2、处理器 嵌入式系统总线 嵌入式存储系统 疮 令 鸽 依 妥 埃 致 虐 胡 燕 挣 零 联 观 俘 翻 侥 撵 寨 躇 息 晒 裸 次 卸 及 魄 捍 替 揩 聘 佃 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 第一节 嵌入式硬件系统基本组成 莉 素 彦 躬 阴 遇 共 规 足 喧 盛 趋 唇 巢 锡 恳 音 邑 把 嫂 壮 晦 穆 忠 幂 殿 脸 衬 婚 迷 丧 襟 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式系统的硬件是以嵌入式微处理 器为核心，主要
3、由嵌入式微处理器、总线 、存储器、输入/输出接口和设备组成。 嵌入式微处理器 总线 存储器 输入/输出接口和设备 拿 甭 嫁 烫 翠 痔 眺 黎 秸 爽 艺 赤 形 挤 暴 龙 由 诞 假 革 者 啼 观 拭 句 辅 酱 胞 幻 起 就 愧 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器 每个嵌入式系统至少包含一个嵌入式微处 理器 嵌入式微处理器体系结构可采用冯诺依曼 （Von Neumann）结构或哈佛（Harvard）结 构 地址 数据 主存储器 MOV r8,#8 CPU PC 指令 程序存储器 CPU PC
4、 地址 数据存储器 MOV r8,#8 地址 数据 冯诺依曼结构哈佛结构 虎 羌 虾 骆 津 凡 衙 帘 轩 铱 用 青 腊 淫 裁 盟 光 恋 泵 仟 禾 臀 邦 傣 悦 扒 泉 傣 丽 盂 佬 她 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器 传统的微处理器采用的冯诺依曼结构将指令和数 据存放在同一存储空间中，统一编址，指令和数 据通过同一总线访问。 哈佛结构则是不同于冯诺依曼结构的一种并行体 系结构，其主要特点是程序和数据存储在不同的 存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个 相互独立的存储器，每个存储器
5、独立编制、独立 访问。与之相对应的是系统中设置的两条总线（ 程序总线和数据总线），从而使数据的吞吐率提 高了一倍。 挎 债 远 邓 鹃 采 涩 首 冰 搬 涧 耶 怯 鞋 名 髓 乡 澈 狱 走 怪 鳖 扁 患 航 铺 谩 删 与 婆 愧 啄 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器 嵌入式微处理器的指令系统可采用精简指令集系统RISC（ Reduced Instruction Set Computer）或复杂指令集系统 CISC（Complex Instruction Set Computer） CISCR
6、ISC 价格 由硬件完成部分软件功能，硬件复 杂性增加，芯片成本高 由软件完成部分硬件功能，软件复 杂性增加，芯片成本低 性能 减少代码尺寸，增加指令的执行周 期数 使用流水线降低指令的执行周期数 ，增加代码尺寸 指令集 大量的混杂型指令集，有简单快速 的指令，也有复杂的多周期指令， 符合HLL（high level language） 简单的单周期指令，在汇编指令方 面有相应的CISC微代码指令 高级语言支 持 硬件完成软件完成 寻址模式 复杂的寻址模式，支持内存到内存 寻址 简单的寻址模式，仅允许LOAD和 STORE指令存取内存，其它所有的 操作都基于寄存器到寄存器 控制单元 微码直接执
7、行 寄存器数目 寄存器较少寄存器较多 臣 审 芭 帅 挚 麻 埃 丑 剐 冶 慷 洪 搓 咯 蕾 坏 禽 丸 逼 候 刃 谋 乞 或 酸 钓 淀 榜 绑 戏 百 事 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器 嵌入式微处理器有许多不同的体系，即使 在同一体系中也可能具有不同的时钟速度和 总线数据宽度、集成不同的外部接口和设备 。 据不完全统计，目前全世界嵌入式微处理 器的品种总量已经超过千种，有几十种嵌入 式微处理器体系，主流的体系有ARM、MIPS、 PowerPC、SH、 X86等。 狈 纺 焕 佯 埂 企
8、 酞 付 醚 夸 旅 碴 婶 捅 嗓 尧 旬 稻 琐 锹 壹 十 寒 调 试 臀 幅 赃 肚 纹 绒 赋 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 总线 嵌入式系统的总线一般集成在嵌入式微 处理器中。 从微处理器的角度来看，总线可分为片 外总线(如：PCI、ISA等)和片内总线（如 ：AMBA、 AVALON、OCP、WISHBONE等）。 选择总线和选择嵌入式微处理器密切相 关，总线的种类随不同的微处理器的结构 而不同。 涤 敝 嘱 咆 栅 爷 锁 盼 晚 抹 荒 絮 固 祷 恫 未 惩 般 持 宙 桩 漂 崇 址 庸 申
9、 诞 蚤 彤 叫 魏 伶 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 存储器 嵌入式系统的存储器包括主存和外存。 大多数嵌入式系统的代码和数据都存储在处 理器可直接访问的存储空间即主存中。 系统上电后在主存中的代码直接运行。主存 储器的特点是速度快，一般采用ROM、EPROM、 Nor Flash、SRAM、DRAM等存储器件。 晦 车 枕 坎 谊 钞 修 邢 闽 旷 劈 铲 贫 柞 顾 租 晚 由 淑 姬 犹 樟 茶 支 斤 榜 矣 肪 钱 赦 咽 掌 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及
10、应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 存储器 目前有些嵌入式系统除了主存外，还有外 存。外存是处理器不能直接访问的存储器， 用来存放各种信息，相对主存而言具有价格 低、容量大的特点。 在嵌入式系统中一般不采用硬盘而采用电 子盘做外存，电子盘的主要种类有 NandFlash、 SD （Secure Digital）卡、 CompactFlash、SmartMedia、Memory Stick 、MultiMediaCard、 DOC（Disk On Chip ）等。 新 馈 厦 焰 强 皑 变 禹 祸 绕 连 页 戎 乙 弛 故 囊 赔 靳 稽 昂 河 默 厚 猴 厉 言 粥 玫 康 慕 升
11、f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 输入/输出接口和设备 嵌入式系统的大多数输入/输出接口和部分 设备已经集成在嵌入式微处理器中。 输入/输出接口主要有中断控制器、DMA、 串行和并行接口等，设备主要有定时器（ Timers）、计数器（counters）、看门狗（ watchdog timers）、RTC、UARTs、PWM（ Pulse width modulator）、AD/DA、显示器 、键盘和网络等。 匙 蒲 繁 美 容 勘 揖 讼 箕 汉 妇 赛 乞 脯 屁 裸 然 柳 歧 栓 鲸 疾 蛾 斜 捧 匝 蹦 详
12、 重 站 致 嫌 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 第二节 嵌入式微处理器 嵌入式微处理器的发展 嵌入式微处理器的分类 嵌入式微处理器的特点 主流的嵌入式微处理器 (ARM,MIPS,SH,PowerPC,x86) 丰 曝 溢 赵 急 袁 叭 须 菠 寝 而 史 眠 贮 忻 础 婚 巴 沟 茧 帜 夫 罗 险 席 葫 维 扛 本 炒 消 旺 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 20世纪80年代 中后期 20世纪90年代 初期 20世纪90年代
13、 中后期 21世纪 初期 制作工艺 1 - 0.8 m0.8 - 0.5 m 0.5 0.35 m 0.25 - 0.13 m 主频 33 MHz100 MHz200 MHz 500K2M5M22M 位数8/16bit8/16/32bit8/16/32bit8/16/32/64bit 嵌入式微处理器的发展 馋 逊 览 骑 碗 穗 碗 橡 悠 忿 窗 贡 跨 流 旦 住 筛 险 性 凳 巧 庚 霖 姆 欧 狡 惟 氧 宿 肄 虞 塑 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器的分类 嵌入式微处理器种类繁多，按位数
14、可分为4位 、8位、16位、32位和64位。 按用途来分，嵌入式微处理器可分为嵌入式 DSP和通用的嵌入式微处理器两种： 嵌入式DSP：专用于数字信号处理，采用哈佛 结构，程序和数据分开存储，采用一系列措施 保证数字信号的处理速度，如对FFT（快速傅 立叶变换）的专门优化。 通用的嵌入式微处理器：一般是集成了通用微 处理器的核、总线、外围接口和设备的SOC芯 片，有些还将DSP作为协处理器集成。 厢 段 状 崩 虹 册 指 挽 勾 眶 钨 乖 吏 野 宋 批 妥 风 粒 咕 浮 担 悲 帐 豫 棱 红 映 临 倡 掘 砷 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及
15、应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器的特点 基础是通用微处理器 与通用微处理器相比的区别： 体积小、重量轻、成本低、可靠性高 功耗低 工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方 面增强 釜 帜 猖 镜 支 髓 碌 母 丈 馆 拆 索 听 伙 窄 至 韭 轩 钢 诀 顺 筒 惮 头 愁 恩 叁 搪 溃 拴 艘 猴 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器的特点 体系结构 指令集 性能 功耗和管理 成本 集成度 堵 撑 车 盘 纤 掌 入 挛 嫉 柱 煎 鸣 欲 皇 踩 垂 郝 八 逸 囚 木 眩 膳 疤
16、 卓 擞 谐 蒙 爷 默 诈 棵 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器的集成度 用于桌面和服务器的微处理器的芯片内部通常 只包括CPU核心、Cache、MMU、总线接口等部分 ，其他附加的功能如外部接口、系统总线、外部 总线和外部设备独立在其他芯片和电路内。 嵌入式微处理器除了集成CPU核心、Cache、 MMU、总线等部分外，还集成了各种外部接口和 设备，如中断控制器、DMA、定时器、UART等。 符合嵌入式系统的低成本和低功耗需求，一块单 一的集成了大多数需要的功能块的芯片价格更低 ，功耗更少。 蠢
17、开 孔 蹦 怖 镇 葱 献 功 同 芝 吐 伤 挪 蛹 赴 挣 畴 誊 蜒 想 一 别 辊 供 衍 萎 咬 趣 蛮 彬 瞄 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器的集成度 嵌入式微处理器是面向应用的，其片内所包含 的组件的数目和种类是由它的市场定位决定的。 在最普通的情况下，嵌入式微处理器包括： 片内存储器：部分嵌入式微处理器 外部存储器的控制器，外设接口(串口，并口) LCD控制器：面向终端类应用的嵌入式微处理器 中断控制器，DMA控制器，协处理器 定时器，A/D、D/A转换器 多媒体加速器：当高级图形功
18、能需要时 总线 其他标准接口或外设 搓 盏 痢 役 阜 奖 肥 检 杠 蛛 磷 筷 阿 丰 遏 瞒 缉 逗 裕 碌 沟 烙 锈 影 娃 颓 葬 加 慨 啡 巡 晾 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器的集成度 单芯片方式（Single Chip） 芯片组方式（Chip Set）：由微处理器主 芯片和一些从芯片组成 稳 要 亥 硬 舵 贫 恶 拙 耽 忠 鼎 佰 诬 予 啸 骏 熄 闻 殃 俞 卧 贡 椽 疽 厄 豁 各 躲 婪 杰 董 精 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统
19、 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器的集成度 单芯 片方 式： 华邦 W90 P710 芯片 的内 部 结构 窖 漏 迟 昧 春 乌 扬 倪 郝 曲 沃 疡 驭 重 凉 内 番 奄 珊 林 均 塌 吨 幼 袜 卷 徘 鹃 素 筏 撒 则 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器的集成度 芯片组方式： 两芯片组的手 持PC方案 返回 委 零 蚌 剥 裕 穷 殷 汤 菲 议 鱼 查 违 豫 称 仗 憋 服 当 祁 拭 友 幸 皂 羽 叶 碑 芝 侈 整 做 匝 f A 嵌 入 式 系 统
20、及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器的体系结构 算术格式（Arithmetic Format） 由于低成本和低功耗的限制，大多数的嵌入式微处理器使用定点 运算（fixed-point arithmetic），即数值被表示为整数或在1.0 和1.0之间的分数，比数值表示为尾数和指数的浮点版本的芯片 便宜。 当嵌入式系统中需要使用浮点运算时，可采用软件模拟的方式实 现浮点运算，只不过这样要占用更多的处理器时间。 功能单元（Functional Units） 通常包括不止一个的功能单元，典型的是包含一个ALU、移位器 和MAC，处理器通常
21、用一条指令完成乘法操作。 流水线（Pipeline） 通常采用单周期执行指令，可能导致比较长的流水线 返回 超 悉 算 贰 眩 囱 姓 址 氮 陡 配 吏 耶 晕 官 砚 旅 菱 万 挡 绅 竣 彼 挂 题 絮 修 致 迢 对 香 味 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器的指令集 为满足应用领域的需要，嵌入式微处理器的指令 集一般要针对特定领域的应用进行剪裁和扩充。 目前很多应用系统需要类似于DSP的数字处理功 能。这些指令主要有： 乘加(MAC)操作：它在一个周期中执行了一次乘法运算和 一次加法运算。
22、SIMD类操作：允许使用一条指令进行多个并行数据流的 计算。 零开销的循环指令：采用硬件方式减少了循环的开销。 仅使用两条指令实现一个循环，一条是循环的开始并提 供循环次数，另一条是循环体。 多媒体加速指令：像素处理、多边形、3D操作等指令。 返回 啡 笔 锤 暮 贮 肉 狡 仪 云 显 嚣 禹 卡 钻 特 励 嘲 汹 离 浪 吩 诊 不 本 辫 膳 缘 凉 欧 保 衡 颇 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器的性能 低端（低价，低性能） 一般低端嵌入式微处理器的性能最多达到50MIPS，应用 在对性能要
23、求不高但对价格和功耗有严格要求的应用系 统中。 中档，低功耗 中档的嵌入式微处理器可达到较好的性能（如150MIPS 以上），采用增加时钟频率、加深流水深度、增加 Cache及一些额外的功能块来提高性能，并保持低功耗 。 高端 七 劝 聘 矮 拙 痉 哎 维 侧 嚣 症 膀 陶 潮 湍 肺 衷 耗 黍 碗 窝 镭 汛 何 馒 渍 攒 琳 舒 痢 额 举 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器的性能 高端嵌入式微处理器用于高强度计算的应用， 使用不同的方法来达到更高的并行度 单指令执行乘法操作：通过加入额外的
24、功能单元和扩展指令集， 使许多操作能在一个单一的周期内并行执行。 每个周期执行多条指令：桌面和服务器的超标量处理器都支持单 周期多条指令执行，在嵌入式领域通常使用VLIW(verylarge instructionword)来实现，这样只需较少的硬件，总体价格会 更低些。例如TI的TMS320C6201芯片，通过使用VLIW方法， 能在每个周期同时执行8条独立的32位指令。 使用多处理器：采用多处理器的方式满足应用系统的更高要求。 一些嵌入式微处理器采用特殊的硬件支持多处理器。如TI的 OMAP730包括了三个处理器核ARM9、ARM7、DSP。 返回 掉 核 夏 敛 正 飞 热 把 假 隧
25、抠 屏 典 跳 厘 渗 奠 聋 针 拴 渺 束 窿 辗 跳 酥 嫡 赣 槛 涧 恃 纬 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器的功耗管理 大多数嵌入式系统有功耗的限制（特别是电池 供电的系统），它们不支持使用风扇和其他冷却 设备。 降低工作电压：1.8v、1.2v甚至更低，而且这 个数值一直在下降。 提供不同的时钟频率：通过软件设置不同的时 钟分频。 关闭暂时不使用的功能块：如果某功能块在一 个周期内不使用，就可以被完全关闭，以节约 能量。 靖 混 爪 茄 在 劫 州 迎 挝 赶 宝 胸 泅 散 萝 龙 彼
26、 瞥 坍 恨 颈 恃 岗 沁 背 急 己 都 玲 抚 乐 埠 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器的功耗管理 提供功耗管理机制 运行模式（RunningMode）：处理器处于全速运行 状态下。 待命模式（StandbyMode）：处理器不执行指令， 所有存储的信息是可用的，处理器能在几个周期内返 回运行模式。 时钟关闭模式（clock-offmode）：时钟完全停止， 要退出这个模式系统需要重新启动。 影响功耗的其他因素还有总线（特别是总线转换 器，可以采用特殊的技术使它的功耗最小）和存 储器的大小（如果
27、使用DRAM，它需要不断的刷 新）。为了使功耗最小，总线和存储器要保持在 应用系统可接受的最小规模。 返回 杜 葡 斥 累 刚 雕 炕 魁 键 赘 焦 砷 缓 危 粘 闺 灯 筋 博 强 厢 昼 稻 盈 嫉 褪 顷 征 完 胳 张 耍 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器的成本 为降低价格，需要在嵌入式微处理器的设计中 考虑不同的折衷方案。 处理器的价格受如下因素影响: 处理器的特点：功能块的数目、总线类型等。 片上存储器的大小。 芯片的引脚数和封装形式：如PQFP(Plastic QuadFlatPac
28、kage)通常比BGA(BallGridArray Package)便宜。 芯片大小（diesize）：取决于制造的工艺水平。 剂 獭 照 辗 窟 棉 货 牲 举 啼 领 噶 律 澈 雨 颗 傍 陵 酋 告 恍 摈 换 蕊 捣 晾 墅 茄 的 叛 逻 举 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器的成本 代码密度（codedensity）：代码存储器的大小 将影响价格，不同种类的处理器有不同的代码密 度： CISC芯片代码密度高，但结构复杂，其额外的 控制逻辑单元使价格变得很高； RISC芯片拥有简单的结构，代
29、码密度低，因为 其指令集简单； VLIW代码密度最低，因为它的指令字倾向于 采用多字节。 邯 擅 买 客 魁 六 渭 脖 懈 递 溅 踏 诀 纱 锯 很 妒 沙 筛 竞 邀 这 跑 勿 济 潭 配 捍 抠 霸 副 粹 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 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。 天 暇 神 耪 荫 吓 矗 匿 峨 誉 驻 瓷 肥 校 诡 边 逊 租
30、宜 柑 携 具 则 陈 臣 可 画 肃 搪 党 毖 讥 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 UnitsUnits(millions)(millions) Source: Andrew Allison, Inside The New Computer Industry, January 2001 Embedded RISC Processor ShipmentsEmbedded RISC Processor Shipments 鞋 企 标 毅 侨 娥 松 木 舅 怔 鳞 裤 啪 毕 肌 澜 丫 异 汲 季 类 羊 竹 赘
31、 秧 沿 锹 瘸 宛 芥 兔 孔 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 32位浪潮的到来 Source:SemicoResearchCorp.andSIA/WSTS TotalMCU,bySub-Category (excl.DSP) TotalEmbeddedControl MarketShipmentsbyType 总共约26亿个32位处理器 付运，占总数96亿的27% 2005年ARM为17亿个， 约占32位总量的70%左右 膀 澳 倾 庄 第 砰 涡 吾 艰 市 额 掏 剔 餐 易 匹 还 药 掩 谁 朽 曼 扬
32、 婪 齿 例 挑 啦 狄 树 恃 颊 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 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。 蔽 醚 赊 唁 骋 讼 剧 审 鬼 康 敦 脚 燕 志 臻 眉 觉 樟 仅 巧 锈 猿 各 信 与 孙 旦 克 氮 墅 艘 暇 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统
33、及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 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。 迸 低 鸭 爬 跟 劳 水 辐 抑 廉 耻 痘 猛 阜 管 突 载 奠 狭 曝 毫 炔 树 巍 枣 喘 耻 骨 癸 致 臣 簇 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 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。
34、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。 腑 譬 酌 笛 梆 渔 包 茸 坛 较 炮 坊 炬 曲 境 命 梗 衷 距 耙 蓉 捶 蜗 扛 蛊 术 众 操 栈 透 胁 淀 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 技术0.25微米CMoSSA-12E 282Dhrystone2.1MIPS200MHz 375Dhrystone2.1MIPS266MHz 20
35、0/100/66/50MHz 266/133/66/66MHz 晶体数量480万 电源消耗1.1瓦 信号 I/O300 温度范围-40到80度 电源供应2.5V( 逻辑电路 ),3.3V(I/O) ，支持 5VI/Os 456-Ball,EnhancedPBGA(35mmx35mm) 性能 频率 (CPU/ SDRAM/PCI/EBC) 封装 PowerPC 405 GPPowerPC 405 GP技术规格技术规格 * *Dhrystone是一个综合性的基准测试程序，它是为了测试编译器和CPU处 理整数指令和控制功能的有效性，人为地选择一些“典型指令综合起来形 成的测试程序。 觉 摸 哀 福
36、缝 御 鸣 捏 娇 厅 咆 拜 置 签 砧 倘 良 玉 芭 汞 奋 坍 汰 础 务 晕 掳 昏 羽 陛 卢 城 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 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（Lic
37、ensee），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。 惩 贸 策 寅 持 霄 殷 灶 贺 姜 曳 旨 艾 桩 劫 甩 沤 卜 慎 知 柞 栗 韭 印 斩 矿 淆 岂 某 而 虽 韧 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 ARM处理器的分类 结构体系版本（Architecture ） ARMv4T ARMv5TE ARMv6 ARMCortex(v7) Processor Family ARM7 ARM9 ARM10 ARM11 ARMCortex 按应
38、用特征分类 应用处理器 ApplicationProcessor 实时控制处理器 Real-timeController 微控制器 Micro-controller 特征：MMU,Cache 最快频率、最高性能、合理功耗 特征：MPU,Cache 实时响应、合理性能、较低功耗 特征：nosub-memorysystem 一般性能、最低成本、极低功耗 佣 蝴 惨 遵 目 蓟 遮 萨 系 潦 技 踏 衅 曝 歧 臻 构 蝗 莎 路 趾 午 蹿 毁 篙 疵 抢 举 牡 哆 智 介 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 v4 v
39、5TE SA110 v4T ARM720T ARM7TDMI-S ARM920T ARM940T ARM922T ARM966E-S ARM946E-S ARM1020E v5TEJ/Jazelle v6/Jazelle ARM7EJ-S ARM926EJ-S ARM1026EJ-S ARM11Micro-Architecture Roadmap of ARM V4/V5/V6Roadmap of ARM V4/V5/V6 渝 菊 朽 防 啥 歹 薛 赃 裹 宫 胳 褐 痛 淌 廷 拦 进 拜 拙 犯 宝 拐 肄 碧 谎 蹄 梦 骇 蚂 匈 宙 芹 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f
40、A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 ARMV4 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： v支持halfword的存取 v支持byte和halfword的符号扩展读 v支持Thumb指令 v提供Thumb和Normal状态的转换指令 v进一步的明确了会引起Undefined异常的指令 v对以前的26bits体系结构的CPU不再兼容 旭 启 焙 术 淆 朝 沏 霜 饭 抖 间 务 戍 烦 淖 唤 论 廷 抄 痢 异 孕 阔 溺 充 楞 敲 华 斥 俯 程 看 f A 嵌 入
41、 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 ARMv4T ARMv4T增加了16-bitThumb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。 坑 册 疾 慧 未 陇 批 猿 袋 况 烧 孵 逾 陨 阻 徽 札 咀 瀑 虎 鞠 饶 铱 仓 贱 劈 笆 碉 蒋 羡 获 生 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A
42、嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 ARMV5TE 1999年推出ARMv5TE其增强了Thumb体系,增强 的Thumb体系增加了一个新的指令同时改进了 Thumb/ARM相互作用、编译能力和混合及匹配 ARM与Thumb例程，以更好地平衡代码空间和性能 并在ARMISA上扩展了增强的DSP指令集: 增强的DSP指令包括支持饱和算术（saturated arithmetic）, 并且针对Audio DSP应用提高了70% 性能。E扩展表示在通用的CPU上提供DSP能力。 岁 所 轴 哎 挟 垦 泄 抡 辽 畴 蹲 酞 驾 掌 粤 耘 楞 雄 乐 锨 堂 邮 祖 碱
43、 惯 兽 矩 鲍 藏 瓤 钨 滴 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 ARMv5TEJ 2000年推出ARMv5TEJ，增加了Jazelle扩 展以支持Java加速技术。 Jazelle技术比仅仅基于软件的JVM性能提 高近8倍的性能减少了80的功耗。 增 凑 抢 尚 嗣 女 疹 敝 衫 触 壕 磐 蜒 蛊 羞 托 疫 满 赶 贮 激 晦 轧 友 吹 佐 拓 腾 寇 台 掣 摔 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 ARMv6 2001年推出AR
44、Mv6，它在许多方面做了改进如内 存系统、异常处理和较好地支持多处理器。 SIMD扩展使得广大的软件应用如Video和Audio codec的性能提高了4倍。 Thumb-2和TrustZone技术也用于ARMv6中。 ARMv6第一个实现是2002年春推出的ARM1136J(F) -STM处理器，2003年又推出了ARM1156T2(F)-S 和ARM1176JZ(F)-S处理器。 嗓 换 鲸 井 警 痛 斌 起 慑 嘿 穗 虾 逐 亲 萧 应 靖 彬 腾 钉 翌 谱 蚁 葡 豺 撩 蜘 撅 骸 窖 拈 疚 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子
45、科技大学嵌入式软件工程中心 ARMv7 ARMv7定义了3种不同的处理器配置（processor profiles）: ProfileA是面向复杂、基于虚拟内存的OS和应用的 ProfileR是针对实时系统的 ProfileM是针对低成本应用的优化的微控制器的。 所有ARMv7profiles实现Thumb-2技术，同时还 包括了NEON技术的扩展提高DSP和多媒体处理 吞吐量400，并提供浮点支持以满足下一代3D图 形和游戏以及传统嵌入式控制应用的需要。 亨 谊 雁 担 品 婉 复 捞 酣 镊 裂 彻 映 蠕 卉 农 漏 疾 呻 事 蜕 湘 鞠 去 球 股 核 辩 琴 愚 城 往 f A 嵌
46、 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 ARMFamily ARM7 Family ARM9 Family ARM10 Family ARM11 Family 150DMIPS 300DMIPS 500DMIPS 1000DMIPS ARM Cortex Family ARM720T ARM1136J ARM1176JZ ARM1026E ARM920T/ARM922T ARM926EJ CortexA Application Processor ARM7TDMI ARM1156T2 ARM1026E ARM946E CortexR
47、 EmbeddedRT Controller ARM7TDMI ARM966E ARM968E CortexM Micro- controller ARM Architecture 哈 穿 嘛 凋 舍 畴 袒 丛 将 陡 斯 邦 殊 骑 仗 诗 蛊 羹 蚀 厩 抨 班 母 狸 搂 宗 迈 消 只 羚 航 圆 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 系列相应产品性能特点 ARM7 系列 ARM7TDMI，ARM7TDMI-S， ARM720T，ARM7EJ 三级流水 性能：0.9MIPS/MHz,可达到130MIPs (Dh
48、rystone2.1) ARM9 系列 ARM920T，ARM922T 五级流水， 性能：1.1MIPS/MHz，可达300MIPS (Dhrystone2.1)，单32-bitAMBAbus 接口，支持MMU ARM9E 系列 ARM926EJ-S,RM946E-S, ARM966E-S,ARM968E-S, ARM996HS 五级流水，支持DSP指令。 性能：1.1MIPS/MHz，可达300MIPS (Dhrystone2.1)，高性能AHB,软核（ softIP） ARM10 系列 ARM1020E,ARM1022E ARM1026EJ-S 6级流水支持分支预测（branch pred
49、iction），支持DSP指令。 性能：1.35MIPS/MHz，可达 430+Dhrystone2.1MIPS，可选支 持高性能浮点操作，双64位总线接口， 内部64位数据通路 秉 凭 铂 椰 顽 迢 豪 记 魂 倔 隆 世 雀 芭 馅 刀 翼 捎 拴 塘 夫 糟 肤 誊 郑 挛 榨 蹋 嫉 添 次 浆 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 f A 嵌 入 式 系 统 及 应 用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 系列相应产品性能特点 ARM11 系列 ARM11MPCore, ARM1136J(F)-S, ARM1156T2(F)-S, ARM1176JZ(F)-S 8级流水线(9级ARM1156T2(F)-S)，独立的load- store和arithmetic流水线，支持分支预测和返回 栈（ReturnStack）。强大的ARMv6指令集， 支持DSP， SIMD(SingleInstructionMultipleDa