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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,嵌入式系統(tǒng)硬件平臺是整個嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序運行的硬件平臺，不同的應(yīng)用通常有不同的硬件環(huán)境。在嵌入式系統(tǒng)中硬件平臺具有多樣性的特點。,1嵌入式系統(tǒng)硬件平臺,（,1,）嵌入式,RISC,微處理器,（,2,）嵌入式,CISC,微處理器,表,1-1 RISC,和,CISC,之間主要的區(qū)別,指 標(biāo),RISC,CISC,指令集,一個周期執(zhí)行一條指令，通過簡單指令的組合實現(xiàn)復(fù)雜操作；指令長度固定,指令長度不固定，執(zhí)行需要多個周期,流水線,流水線每周期前進一步,指令的執(zhí)行需要調(diào)用微代碼的一個微程序,寄存器,更多通用寄

2、存器,用于特定目的的專用寄存器,Load/Store,結(jié)構(gòu),獨立的,Load,和,Store,指令完成數(shù)據(jù)在寄存器和外部存儲器之間的傳輸,處理器能夠直接處理存儲器中的數(shù)據(jù),嵌入式操作系統(tǒng)完成系統(tǒng)初始化及嵌入式應(yīng)用的任務(wù)調(diào)度和控制等核心功能，其內(nèi)核精簡，具有可配置特性，并與高層應(yīng)用緊密關(guān)聯(lián)。嵌入式操作系統(tǒng)具有相對不變性。嵌入式操作系統(tǒng)的主要特點如下。,2嵌入式操作系統(tǒng),（,1,）體積小,（,2,）實時性,（,3,）特殊的開發(fā)調(diào)試環(huán)境,1.4ARM系列處理器簡介,ARM,（,Advanced RISC Machines,）有,3,種含義，它是一個公司的名稱，是一類微處理器的通稱，還是一種技術(shù)的名稱

3、。,Arm,公司簡介,成立于,1990,年,11,月,前身為,Acorn,計算機公司,Advance RISC Machine(ARM),主要設(shè)計,ARM,系列,RISC,處理器內(nèi)核,授權(quán),ARM,內(nèi)核給生產(chǎn)和銷售半導(dǎo)體的合作伙伴,ARM,公司不生產(chǎn)芯片也不銷售芯片,另外,也提供基于,ARM,架構(gòu)的開發(fā)設(shè)計技術(shù),軟件工具,評估板,調(diào)試工具,應(yīng)用軟件,總線,架構(gòu),外圍設(shè)備單元，等等,Arm,公司合作伙伴,Arm-32,位嵌入式處理器的老大地位,ARM,體系結(jié)構(gòu)命名規(guī)則,ARM,產(chǎn)品通常以下面形式出現(xiàn)：,ARMxyzTDM,IEJF-S,后綴變量,含義,x,系列號，如,ARM7,、,ARM9,y,

4、存儲管理保護單元,z,Cache,T,Thumb,指令集,D,Debug,，內(nèi)含,JTAG,調(diào)試器,M,長乘法指令,I,嵌入式,ICE,（,In-Circuit-Emulator,）,E,增強型的,DSP,指令,J,Jazelle,加速,F,向量浮點單元,-S,可綜合的軟內(nèi)核,表,1-2 ARM,各系列處理器所包含的不同類型,ARM,系列,包 含 類 型,ARM7,系列,ARM7EJ-S,ARM7TDMI,ARM7TDMI-S,ARM720T,ARM9/9E,系列,ARM920T,ARM922T,ARM926EJ-S,ARM940T,ARM946E-S,ARM966E-S,ARM968E-S,

5、向量浮點運算（,Vector Floating Point,）系列,VFP9-S,VFP10,ARM,系列,包 含 類 型,ARM10E,系列,ARM1020E,ARM1022E,ARM1026EJ-S,ARM11,系列,ARM1136J-S,ARM1136JF-S,ARM1156T2(F)-S,ARM1176JZ(F)-S,ARM11,MPCore,SecurCore,系列,SC100,SC110,SC200,SC210,其他合作伙伴產(chǎn)品,StrongARM,XScale,Cortex-M3,MBX,ARM7,內(nèi)核采用馮,諾伊曼體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)和指令使用同一條總線。內(nèi)核有一條,3,級流水線，執(zhí)

6、行,ARMv4,指令集。,ARM7,系列處理器主要用于對功耗和成本要求比較苛刻的消費類產(chǎn)品。其最高主頻可以到達,130MIPS,。,ARM7,系列包括,ARM7TDMI,、,ARM7TDMI-S,、,ARM7EJ-S,和,ARM720T,四種類型，主要用于適應(yīng)不同的市場需求。,1.4.1,ARM7處理器系列,馮,諾依曼體系結(jié)構(gòu)模型,指令寄存器,控制器,運算器,輸入,輸出,中央處理器,存儲器,程序,指令0,指令1,指令2,指令3,指令4,數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)0,數(shù)據(jù)1,數(shù)據(jù)2,地址,指令/數(shù)據(jù),ARM9,系列于,1997,年問世。由于采用了,5,級指令流水線，,ARM9,處理器能夠運行在比,ARM7,更高

7、的時鐘頻率上，改善了處理器的整體性能；存儲器系統(tǒng)根據(jù)哈佛體系結(jié)構(gòu)（程序和數(shù)據(jù)空間獨立的體系結(jié)構(gòu)）重新設(shè)計，區(qū)分了數(shù)據(jù)總線和指令總線。,1.4.2ARM9處理器系列,哈佛體系結(jié)構(gòu),指令寄存器,控制器,運算器,輸入,輸出,中央處理器,程序存儲器,指令0,指令1,指令2,數(shù)據(jù)存儲器,數(shù)據(jù)0,數(shù)據(jù)1,數(shù)據(jù)2,地址,指令,地址,數(shù)據(jù),ARM9,系列的第一個處理器是,ARM920T,，它包含獨立的數(shù)據(jù)指令,Cache,和,MMU,（,Memory Management Unit,，存儲器管理單元）。此處理器能夠被用在要求有虛擬存儲器支持的操作系統(tǒng)上。,ARM940T,包含一個更小的數(shù)據(jù)指令,Cache,和

8、一個,MPU,（,Micro Processor Unit,，微處理器）。它是針對不要求運行操作系統(tǒng)的應(yīng)用而設(shè)計的。,ARM920T,、,ARM940T,都執(zhí)行,v4T,架構(gòu)指令。,ARM9,系列的下一代處理器基于,ARM9E-S,內(nèi)核。這個內(nèi)核是,ARM9,內(nèi)核帶有,E,擴展的一個可綜合版本，包括,ARM946E-S,和,ARM966E-S,兩個變種。兩者都執(zhí)行,v5TE,架構(gòu)指令。它們也支持可選的嵌入式跟蹤宏單元，支持開發(fā)者實時跟蹤處理器上指令和數(shù)據(jù)的執(zhí)行。當(dāng)調(diào)試對時間敏感的程序段時，這種方法非常重要。,1.4.,3,ARM9E處理器系列,ARM946E-S,包括,TCM,（,Tightl

9、y Coupled Memory,，緊耦合存儲器）、,Cache,和一個,MPU,。,TCM,和,Cache,的大小可配置。該處理器是針對要求有確定的實時響應(yīng)的嵌入式控制而設(shè)計的。,ARM966E-S,有可配置的,TCM,，但沒有,MPU,和,Cache,擴展。,ARM9,系列的,ARM926EJ-S,內(nèi)核為可綜合的處理器內(nèi)核，發(fā)布于,2000,年。它是針對小型便攜式,Java,設(shè)備，如,3G,手機和,PDA,應(yīng)用而設(shè)計的。,ARM926EJ-S,是第一個包含,Jazelle,技術(shù)，可加速,Java,字節(jié)碼執(zhí)行的,ARM,處理器內(nèi)核。它還有一個,MMU,、可配置的,TCM,及具有零或非零等待存

10、儲器的數(shù)據(jù),/,指令,Cache,。,ARM10,發(fā)布于,1999,年，具有高性能、低功耗的特點。它所采用的新的體系使其在所有,ARM,產(chǎn)品中具有最高的,MIPS/MHz,。它將,ARM9,的流水線擴展到,6,級，也支持可選的向量浮點（,Vector Float Point,）單元，對,ARM10,的流水線加入了第,7,段。,VFP,明顯增強了浮點運算性能并與,IEEE 754.1985,浮點標(biāo)準(zhǔn)兼容。,1.4.,4,ARM10處理器系列,ARM10E,系列處理器采用了新的節(jié)能模式，提供了,64,位的,Load/Store,體系，支持包括向量操作的滿足,IEEE 754,的浮點運算協(xié)處理器，系

11、統(tǒng)集成更加方便，擁有完整的硬件和軟件開發(fā)工具。,ARM10E,系列包括,ARM1020E,、,ARM1022E,和,ARM1026EJ-S,三種類型。,1.4.,5,ARM10E處理器系列,ARM1136J-S,發(fā)布于,2003,年，是針對高性能和高能效應(yīng)而設(shè)計的。,ARM1136J-S,是第一個執(zhí)行,ARMv6,架構(gòu)指令的處理器。它集成了一條具有獨立的,Load/,Stroe,和算術(shù)流水線的,8,級流水線。,ARMv6,指令包含了針對媒體處理的單指令流多數(shù)據(jù)流擴展，采用特殊的設(shè)計改善視頻處理能力。,1.4.,6,ARM11處理器系列,SecureCore,系列處理器提供了基于高性能的,32,

12、位,RISC,技術(shù)的安全解決方案。,SecureCore,系列處理器除了具有體積小、功耗低、代碼密度高等特點外，還具有它自己特別優(yōu)勢，即提供了安全解決方案支持。,1.4.,7,SecureCore處理器系列,StrongARM,處理器最初是,ARM,公司與,Digital Semiconductor,公司合作開發(fā)的，現(xiàn)在由,Intel,公司單獨許可，在低功耗、高性能的產(chǎn)品中應(yīng)用很廣泛。它采用哈佛架構(gòu)，具有獨立的數(shù)據(jù)和指令,Cache,，有,MMU,。,StrongARM,是第一個包含,5,級流水線的高性能,ARM,處理器，但它不支持,Thumb,指令集。,1.4.8,StrongARM和Xsc

13、ale處理器系列,Intel,公司的,Xscale,是,StrongARM,的后續(xù)產(chǎn)品，在性能上有顯著改善。它執(zhí)行,v5TE,架構(gòu)指令，也采用哈佛結(jié)構(gòu)，類似于,StrongARM,也包含一個,MMU,。前面說過，,Xscale,已經(jīng)被,Intel,賣給了,Marvell,公司。,為了適應(yīng)市場的需要，,ARM,推出了一系列新的處理器：,Cortex-M3,和,MPCore,。,Cortex-M3,主要針對微控制器市場，而,MPCore,主要針對高端消費類產(chǎn)品。,1.4.,9,Cortex和MPCore處理器系列,Cortex-M3,改進了代碼密度，減少了中斷延時并有更低的功耗。,Cortex-M

14、3,中實現(xiàn)了最新的,Thumb-2,指令集。,MPCore,提供了,Cache,的一致性，每個支持,1,4,個,ARM11,核，這種設(shè)計為現(xiàn)代消費類產(chǎn)品對性能和功耗的需求進行了很好的平衡。,1.4.10,各種處理器系列之間的比較,表,1-3 ARM,系列處理器屬性比較,項 目,ARM7,ARM9,ARM10,ARM11,流水線深度,3,級,5,級,6,級,8,級,典型頻率（,MHz,）,80,150,260,335,功耗（,mw/MHz,）,0.06,0.19,（,+Cache,）,0.5,（,+Cache,）,0.4,（,+Cache,）,MIPS/MHz,0.97,1.1,1.3,1.2,

15、架構(gòu),馮,諾伊曼,哈佛,哈佛,哈佛,乘法器,832,832,1632,1632,表,1-4ARM,處理器不同功能特性,CPU,核,MMU/MPU,Cache,Jazelle,Thumb,指令集,E,ARM7TDMI,無,無,否,是,v4T,否,ARM7EJ-S,無,無,是,是,v5TEJ,是,ARM720T,MMU,統(tǒng)一,8KBCache,否,是,v4T,否,ARM920T,MMU,獨立,16KB,指令和數(shù)據(jù),Cache,否,是,v4T,否,ARM922T,MMU,獨立,8KB,指令和數(shù)據(jù),Cache,否,是,v4T,否,ARM926EJ-S,MMU,Cache,和,TCM,可配置,是,是,v

16、5TEJ,是,ARM940T,MPU,獨立,4KB,指令和數(shù)據(jù),Cache,否,是,v4T,否,ARM946E-S,MPU,Cache,和,TCM,可配置,否,是,v5TE,是,ARM966E-S,無,Cache,和,TCM,可配置,否,是,v5TE,是,ARM1020E,MMU,獨立,32KB,指令和數(shù)據(jù),Cache,否,是,v5TE,是,ARM1022E,MMU,獨立,16KB,指令和數(shù)據(jù),Cache,否,是,v5TE,是,ARM1026EJ-S,MMU,Cache,和,TCM,可配置,是,是,v5TE,是,ARM1036J-S,MMU,Cache,和,TCM,可配置,是,是,v6,是,ARM1136JF-S,MMU,Cache,和,TCM,可配置,是,是,v6,是,本 章 小 結(jié),本章對嵌入式系統(tǒng)、,ARM,處理器的基本概念做了簡單的介紹，希望同學(xué)們能夠通過本章的學(xué)習(xí)對嵌入式技術(shù)及,ARM,處理器有個總體上的認(rèn)識。,Marvell,Marvell,（邁威科技集團有限公司，現(xiàn)更名美滿），成立于,1995,年，總部在硅谷，在,中國上海,設(shè)有研發(fā)中心，是一家提供全套寬帶通信和存儲解決方