嵌入式系统ARM体系结构PPT课件
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嵌入式技术与应用ARM硬件结构幻灯片PPT
CAPn.1 与CAPn.0对应位功能相同（略）
CAPn.2 与CAPn.0对应位功能相同（略）
CAPn.3 与CAPn.0对应位功能相同（略）
复位值 0
0
0 0 0 0
• 寄存器描述 ——捕获功能寄存器
定时器计数器 TC
捕获控制 CCR
捕获寄存器 CR0～CRR33
每个捕获寄存器都与一个或几个器件管脚相关联。当管 脚发生特定的事件时，可将定时器计数值装入该寄存器。 捕获控制寄存器的设定决定捕获功能是否使能，以及捕 获事件在管脚的上升沿、下降沿或是双边沿发生。
操作流程
计算定时器的 计数频率
设置匹配值及 工作模式
设置捕获方式
设置定时器中断 VIC
操作流程
计算定时器C的代码：
V计oid数T频im率e0Init(void)
{
设置T匹0T配C 值=及0; 工T作0P模R 式= 0;
位 0
1
2 5:3 8:6 11 : 9
功能
描述
中断 (MR0)
为1时，MR0与TC值的匹配将产生中断。为0时禁止。
复位 (MR0)
匹配控制
匹配值
定时器计数器
为M1C时R ，MR0与TCM值R的0～匹M配R将3 使TC复位。为TC0时禁止。
停止 为1时，MR0与TC值的匹配将清零TCR的bit0位，使TC (MR0) 和PC停止。为0时该匹特配性输被出禁止。
在发生捕获事件时，捕获控制寄存器用于控制是否将定 时器计数值装入寄存器。同时还可以设置被捕获信号的 特征。
定时器计数器 TC
捕获控制 CCR
捕获寄存器 CR0～CR3
• 寄存器描述 ——捕获功能寄存器
捕获控制 CCR
基于ARM的嵌入式系统硬件结构设计PPT课件
SRAM对5号存储块是否使用UB/LB控制位。 0 = 不使用UB/LB (引脚对应nWBE[3:0])； 1 = 使用UB/LB (引脚对应nBE[3:0])。
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初始值 0
0 0 0
0 0 0
5.1.1 存储器控制器
WS5 DW5 ST4
WS4 DW4 ST3
WS3 DW3
[22] [21:20] [19]
起始 _ffff
_ffff
_ffff
_ffff
_ffff
7号地址
地址 0x3020 起始 _0000
0x3040 _0000
0x3080 _0000
0x3100 _0000
0x3200 _0000
结束 0x303f 0x307f 0x30ff 0x31ff 0x33ff
地址 _ffff
_ffff
_ffff
第1页/共141页
Samsung S3C44B0X
• Samsung S3C44B0X微处理器是三星公司专为手持 设备和一般应用提供的高性价比和高性能的微控制 器解决方案，它使用ARM7TDMI核，工作在66MHZ。
• 芯片还集成了8KB Cache、外部存储器控制器、 LCD控制器、4个DMA通道、2通道UART、1个多主 I2C总线控制器、1个IIS总线控制器，5通道PWM定 时器及一个内部定时器、71个通用I/O口、8个外部 中断源、实时时钟、8通道10位ADC等。
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AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture) 可将 RISC处理器集成在其它 IP芯核和外设中，
2.0版AMBA标准定义了 三组总线：AHB(高性能 总线)、ASB(系统总线)、 和APB(AMBA外设总线)。
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初始值 0
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5.1.1 存储器控制器
WS5 DW5 ST4
WS4 DW4 ST3
WS3 DW3
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起始 _ffff
_ffff
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7号地址
地址 0x3020 起始 _0000
0x3040 _0000
0x3080 _0000
0x3100 _0000
0x3200 _0000
结束 0x303f 0x307f 0x30ff 0x31ff 0x33ff
地址 _ffff
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Samsung S3C44B0X
• Samsung S3C44B0X微处理器是三星公司专为手持 设备和一般应用提供的高性价比和高性能的微控制 器解决方案，它使用ARM7TDMI核，工作在66MHZ。
• 芯片还集成了8KB Cache、外部存储器控制器、 LCD控制器、4个DMA通道、2通道UART、1个多主 I2C总线控制器、1个IIS总线控制器，5通道PWM定 时器及一个内部定时器、71个通用I/O口、8个外部 中断源、实时时钟、8通道10位ADC等。
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AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture) 可将 RISC处理器集成在其它 IP芯核和外设中，
2.0版AMBA标准定义了 三组总线：AHB(高性能 总线)、ASB(系统总线)、 和APB(AMBA外设总线)。
嵌入式系统设计与开发第7章 ARM处理器体系结构1PPT课件
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ARM体系结构版本-2
V3版本推出32位寻址能力,结构扩展变化为
T—16位压缩指令集
M—增强型乘法器,产生全64位结果(32X3264or32X32+64 64)
V4版本增加了半字load和store指令 V5版本改进了ARM和Thumb之间的交互,结构
扩展变化为
E---增强型DSP指令集 J----支持新的JAVA
消费电子产品
数字音频播放器 数字机顶盒 游戏机
成像和安全产品
绝大部分的数码相机和打印机 32位SIM智能卡
08.11.2020
信息学院-通信教研室-油海东
6
第2章 ARM处理器体系结构
1.ARM简介 2.ARM体系结构概览 3.ARM编程模型 4.ARM指令集
08.11.2020
信息学院-通信教研室-油海东
08.11.2020
信息学院-通信教研室-油海东
16
ARM体系结构版本-1
Version1
基本数据处理 字节,字以及多字 load/store 软件中断 26 bit 地址总线
Version2
支持协处理器 支持线程同步 26 bit 地址总线
08.11.2020
信息学院-通信教研室-油海东
08.11.2020
信息学院-通信教研室-油海东
18
ARM7 Family
Unified 内存管理 流水线 Thumb DSP Jaze
Cache
级别
ARM7TDMI
无
无
3
有
无
无
ARM7TDMI-S
无
无
3
有
无
无
ห้องสมุดไป่ตู้
嵌入式系统应用与开发之ARM架构培训课件PPT(共 65张)
3.多处理器状态模式
ARM可以支持用户、快中断、中断、 管理、中止、系统和未定义等七种处理 器模式，除了用户模式外，其余的均为 特权模式。这也是ARM的特色之一，可以 大大提高ARM处理器的效率。
表2.2 ARM version4 processor modes
4.嵌入式在线仿真调试
ARM架构的处理器芯片都嵌入了在线 仿真ICE—RT逻辑，便于通过了JTAG来仿 真调试ARM架构芯片。另外，在处理器核 中还可以嵌入跟踪宏单元ETM（Embedded Trace Macrocell），用于监控内部总线， 实时跟踪指令和数据的执行。
ARM9系列微处理器主要应用于下一代无 线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、 存储设备和网络设备等领域。ARM9E系列微 处理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和 ARM966E-S三种类型。
ARM9E系列微处理器的主要特点如下： •支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场 合。
第二章 ARM体系结构
ARM公司是嵌入式RISC处理器的知 识产权IP供应商,它为ARM架构处理器提 供了ARM处理器内核(如ARM7TDMI、 ARM9TDMI、ARM10TDMI等)和ARM处 理器核(ARM710T/720T/740T、 ARM920T/922T/940T、ARM926E/966E 及ARM1020E等)。
2. Thumb指令集
由于RISC型处理器的指令功能相对比较弱， ARM为了弥补此不足，在新型ARM架构（V4T版以 上）定义了16位的Thumb指令集。Thumb指令集比 通常的8位和16位CISC/RISC处理器具有更好的代 码密度，而芯片面积只增加6%。可以使程序存储 器更加小。
Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与 等价的ARM代码相比较，可节省30％～40％以上 的存储空间，同时具备32位代码的所有优点。
嵌入式系统技术--ARM体系结构介绍 ppt课件
T： D： M： I：
支持16位压缩指令集Thumb； 支持片上Debug； 内嵌硬件乘法器（Multiplier）； 嵌入式ICE，支持片上断点和调试点；
ppt课件
11
流水线
流水线是指在一个指令周期内处理器进行多种 行为的处理，以增加处理器指令流的速度。
如三级流水级，就一个指令周期内有三种行为 发生，取指译码执行。这三种行为同时发 生，每种行为都对应一条指令的执行过程的某 个环节，而不是三种行为对应一条指令的执行 过程。比如译码行为针对的是上一个指令的译 码 PC指针指向的是取指的指令。
－ 支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。 － 支持VFP9浮点处理协处理器。 － 主频最高可达300MIPS。
ARM9E系列微处理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和 ppt课件 ARM966E-S三种类型，以适用于不同的应用场合。
14
ARM10E和SecurCore微处理器系列
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。ppt课件 13ARM9E微处理器系列
ARM9E系列微处理器使用单一的处理器内核提供了微控制器、 DSP、Java应用系统的解决方案，减少了芯片的面积和系统 的复杂程度。ARM9E系列微处理器提供了增强的DSP处理能 力，适合于需要同时使用DSP和微控制器的应用场合。 ARM9E系列除具有ARM9处理器的特点外还有如下特点：
ARM7系列微处理器包括如下几种类型的核：ARM7TDMI、 ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI是目前使 用最广泛的32位嵌入式RISC处理器，属低端 ARM处理器核。 10 ppt课件
嵌入式系统基础-第3章--ARM体系结构-PPT
N
N=1表示运算的结果为负数；N=0表示运算的结果为正
数或零
共页
41
标志位
含义
Z
Z=1表示运算的结果为零；Z=0表示运算的结果为非
零。
C
当运算结果产生了进位时（无符号数溢出），C=1；
否则C=0
V
V=1表示有溢出；V=0表示无溢出
Q
在ARM v5及以上版本的E系列处理器中，用Q标志位
指示增强的DSP运算指令是否发生了溢出。在其他版
将上图中的CPU部分叫做处理器核。
把处理器核与其通用功能模块的组 合叫做处理器。
共页
11
把在处理器基础上经芯片厂商二次开 发，以芯片形式提供的用于嵌入式系统的 产品叫做嵌入式处理器。
IP商提供的是处理器核和处理器的知 识产权，而半导体芯片生产厂商生产的则 是嵌入式处理器芯片。
世界上知名的IP商当属ARM公司和 MIPS公司。
共页
3
3.1.1 SoC与嵌入式处理器 计算机SoC的概念如下图所示：
共页
4
计算机的这种单片系统特别适合于嵌 入式应用，所以这种SoC也叫做嵌入式处 理器。
3.1.2 嵌入式处理器的研发和生产方式
宿主对象的多样化，势必决定了嵌 入式系统的多样化、个性化。
1、在SoC技术出现之前
共页
5
CPU和与其配合的接口及功能模块都 是单独的芯片。 2、在SoC技术出现之后
37
3、程序计数器R15（PC）
在ARM中，基本寄存器R15固定地作为 程序计数器来使用。为了提高程序的可读 性，也通常使用PC来标识。
4、程序状态寄存器PSR
基本寄存器R16专门用作程序状态寄 存器。同样为了提高程序的可读性，在程 序中用PSR来标识他。
嵌入式系统基础 第3章--ARM体系结构 PPT
特权模式
特权 模式
系统模式（SYS）
系统模式（SYS）
异常 模式
快中断模式（FIQ） 中断模式（IRQ） 中止模式（ABT）
未定义指令中止模 式（UND）
ARM处理器的运行模式是由程序状态 寄存器PSR的D0~D4位的值来决定的。除用 户模式之外的其他运行模式都可以通过修 改这5位值的方法来切换处理器的运行模 式。
优点：移位操作的速度快，且移位操 作所耗费的时间与移动的位数无关。 3、高速乘法器
ARM把传统的根据一位乘数“加-移位” 的乘法运算方法改为根据两位乘数“加移位”方法，提高乘法运算速度。
4、寄存器
ARM处理器共有37个32位寄存器。
4、指令流水线
目前ARM采用的指令流水线有3级、5 级、6级、8级几种。
部分使用ARM核和处理器IP来生产产 品的厂商的部分产品如下表所示：
3.2 ARM处理器核的结构
ARM处理器核的结构如图所示：
1、算术逻辑运算单元ALU ALU是一个可以进行算术和逻辑运算
的电路，是处理器进行运算的核心部件。 2、桶式移位寄存器
为了加速数据的移位运算，ARM采用 了如下所示的桶式移位寄存器。
半导体芯片生产厂商向核心的研发者 购买知识产权的使用权，然后根据市场的 需求，在购得的知识产权基础上进行二次 开发来生产适合各种类型应用的嵌入式处 理器芯片。
将上图中的CPU部分叫做处理器核。
把处理器核与其通用功能模块的组 合叫做处理器。
把在处理器基础上经芯片厂商二次开 发，以芯片形式提供的用于嵌入式系统的 产品叫做嵌入式处理器。
3.3 冯.诺依曼结构及哈佛结构在ARM 中的应用
1、冯.诺依曼结构
冯.诺依曼结构也称为普林斯顿结构， 是一种将程序指令存储器和数据存储器合 并在一起的存储器结构。
特权 模式
系统模式（SYS）
系统模式（SYS）
异常 模式
快中断模式（FIQ） 中断模式（IRQ） 中止模式（ABT）
未定义指令中止模 式（UND）
ARM处理器的运行模式是由程序状态 寄存器PSR的D0~D4位的值来决定的。除用 户模式之外的其他运行模式都可以通过修 改这5位值的方法来切换处理器的运行模 式。
优点：移位操作的速度快，且移位操 作所耗费的时间与移动的位数无关。 3、高速乘法器
ARM把传统的根据一位乘数“加-移位” 的乘法运算方法改为根据两位乘数“加移位”方法，提高乘法运算速度。
4、寄存器
ARM处理器共有37个32位寄存器。
4、指令流水线
目前ARM采用的指令流水线有3级、5 级、6级、8级几种。
部分使用ARM核和处理器IP来生产产 品的厂商的部分产品如下表所示：
3.2 ARM处理器核的结构
ARM处理器核的结构如图所示：
1、算术逻辑运算单元ALU ALU是一个可以进行算术和逻辑运算
的电路，是处理器进行运算的核心部件。 2、桶式移位寄存器
为了加速数据的移位运算，ARM采用 了如下所示的桶式移位寄存器。
半导体芯片生产厂商向核心的研发者 购买知识产权的使用权，然后根据市场的 需求，在购得的知识产权基础上进行二次 开发来生产适合各种类型应用的嵌入式处 理器芯片。
将上图中的CPU部分叫做处理器核。
把处理器核与其通用功能模块的组 合叫做处理器。
把在处理器基础上经芯片厂商二次开 发，以芯片形式提供的用于嵌入式系统的 产品叫做嵌入式处理器。
3.3 冯.诺依曼结构及哈佛结构在ARM 中的应用
1、冯.诺依曼结构
冯.诺依曼结构也称为普林斯顿结构， 是一种将程序指令存储器和数据存储器合 并在一起的存储器结构。
最新版《嵌入式系统技术》精品课件第3章ARM体系结构
ARM体系结构的3级流水线
由于取指的存储器访问和执行的数据通路占用都是不可同时共享的资 源，因此对多周期指令来说，会产生流水线阻塞。如图3-12所示下图的影 印框周期都是与存储器访问有关的。因此在流水线设计中不允许重叠 。
ARM体系结构的5级流水线
5级流水线把存储器的取指与 数据存取分开，增加了I-Cache 和D-Cache以提高存储器存取的 效率，增加了数据写回的专门 通路和寄存器，以减少数据通 路冲突。 这样，5级流水线分为：取指、 指令译码、执行、数据缓存和 写回。
高速乘法器
ARM 为了提高运算速度，采用两位乘法的方法 。 两位 乘法根据乘数的2位来实现“加-移位”运算。
乘数An-1An： 00--原部分积S右移2位； 01--原部分积S加被乘数后右移2位； 10--原部分积S加2倍被乘数后，右移2位； 11--原部分积S加3倍被乘数后，右移2位。
2倍被乘数可通过将被乘 数左乘1位来实现； 3倍可看作4-1(11＝1001)，故先减1倍被乘数， 再加4倍被乘数来实现。 4倍被乘数的操作实际上 是在该2位乘数11的高1位 乘数加“1”，且此“1” 可暂存在Cout进位触发器 中。
3.1.2 ARM处理器结构
1 ARM的体系结构 2 ARM的流水线结构 3 ARM存储器结构
4
ARM I/O结构
5 ARM协处理器接口
6 7 ARM AMBA接口
ARM JTAG 调试接口
ARM存储器结构
ARM架构的处理器，有的带有指令Cache和数据Cache，但片内不带有 片内RAM和片内ROM，系统所需的RAM和ROM须通过总线外接，如下图。
3.1.2 ARM处理器结构
1 ARM的体系结构 2 ARM的流水线结构 3 ARM存储器结构
ARM嵌入式系统结构与编程_部分4(共计842页)192页PPT
TM
1
内容提要
9．1 9．2 9．3 9．4 9．5 9．6
处理器简介 S3C44B0/ S3C2410存储控制器 S3C2410 NAND Flash控制器 S3C44B0/ S3C2410时钟电源管理 S3C44B0/ S3C2410通用 I/O端口 S3C44B0/S3C2410中断机制
TM
TM
18
18
9．5．1端口控制描述
1．端口配置寄存器
在S3C44B0和S3C2410中，大多数引脚是复合式 的。所以，需要决定每个引脚所选择的功能。端口 控制寄存器决定每个引脚的功能。
在S3C44B0中，如果PG0-PG7用于在掉电模式下 的唤醒信号，这些端口需要配置成中断模式。
在S3C2410中，如果GPF0-GPF7和GPG0-GPG7 用于断电模式下的唤醒信号，这些端口必须配置能 中断模式。
TM
21
21
4．外部中断控制寄存器
S3C44B0 的8个外部中断与S3C2410的24个 外部中断通过多种信号方法被请求。
TM
22
22
9．5．2 端口控制寄存器
1．S3C44B0端口寄存器
（1）端口A寄存器（PCONA,PDATA）
1．时钟结构： S3C44B0的时钟发生器模块
TM
4
4
S3C2410的时钟发生器模块
见教材《ARM嵌入式系统结构与编程》第 241页9-20
TM
5
5
2．时钟源的选择：
控制模式引脚（OM3和OM2）与 S3C44B0/S3C2410时钟源选择的结合关系 如表9-18所示。OM[3:2]状态通过查阅OM3 和OM2引脚在nRESET上升沿时的值内部锁 存的。
ARM嵌入式体系结构与接口技术--ARM技术概述 ppt课件
ARM7系列处理器主要具有以下特点： （1）成熟的大批量的32位RICS芯片； （2）最高主频达到130MIPS； （3）功耗低； （4）代码密度高，兼容16位微处理器；
2.2 ARM微处理器简介
2.2.1 ARM7 处理器系列
（5）开发工具多，EDA仿真模型多； （6）调试机制完善； （7）提供0.25 m、0.18 m及0.13 m的生产工艺； （8）代码与ARM9系列、ARM9E系列及ARM10E系列兼容。
SIMD Instructions
6
Multi-processing
V6 Memory architecture (VMSA)
Unaligned data
support
ARM1136EJ-S
Cortex系列处理器
H
Applications Processor Market
L
Cortex-A8 2000+ MIPS Uni-Proc ARM11 MPCore 2000+ MIPS Multi-proc ARM1176JZ(F)-S 600+ MIPS Uni-Proc ARM1136J(F)-S 600+ MIPS Uni-Proc
byte support
System
2
mode
SA-110 SA-1110
3
Early ARM architectures
Thumb instruction set
ARห้องสมุดไป่ตู้7TDMI
4T
ARM9TDMI
ARM720T
ARM940T
Improved
ARM/Thumb 5TE
Interworking CLZ
2.2 ARM微处理器简介
2.2.1 ARM7 处理器系列
（5）开发工具多，EDA仿真模型多； （6）调试机制完善； （7）提供0.25 m、0.18 m及0.13 m的生产工艺； （8）代码与ARM9系列、ARM9E系列及ARM10E系列兼容。
SIMD Instructions
6
Multi-processing
V6 Memory architecture (VMSA)
Unaligned data
support
ARM1136EJ-S
Cortex系列处理器
H
Applications Processor Market
L
Cortex-A8 2000+ MIPS Uni-Proc ARM11 MPCore 2000+ MIPS Multi-proc ARM1176JZ(F)-S 600+ MIPS Uni-Proc ARM1136J(F)-S 600+ MIPS Uni-Proc
byte support
System
2
mode
SA-110 SA-1110
3
Early ARM architectures
Thumb instruction set
ARห้องสมุดไป่ตู้7TDMI
4T
ARM9TDMI
ARM720T
ARM940T
Improved
ARM/Thumb 5TE
Interworking CLZ
ARM体系结构培训课件(ppt 84页)
寄只换换时的C特访些P存允处进，寄权问特SR除这这器 许 理 入 处 存模 用 权，用五两和）器外理式户任而户种种一特模，器，，模务且模模些权式也进以不式可它式式片模，可入避受的以们外称都内式而以相免用寄使使，为不外下用由应异户存用用其异能设访户特的常模器这完它常由在问模定模退式就个全模异硬。式的式出的比模相式常件此不异。时限较式同均。进设外能常每用制方访的为它入计，直进种户。便问寄特们，上特接入异模操，一存权除想只权切。常式作而些器模了要允模换当的系且受组式可进许式到特状统操控。以。入（可别定都态在作的系通A必或以的的有不该系资统R过须者自模异一可模统源M模程修可由式常些靠式的。内式序改选的。出独下一部是切为切现立
3. ARM处理器的流水线概念及运行原理
三级流水线
ARM处理器使用流水线来增加处理器指令流的速 度，这样可使几个操作同时进行，并使处理和存储器系 统连续操作，能提供0.9MIPS/MHz的指令执行速度。
ARM7TDMI的流水线分3级，分别为：
取指
译码
执行
处理指令并将结果写回寄存器 识别将要被执行的指令 从寄存器装载一条指令
程序和数据分开独立放在不同的内存 块中，彼此完全分离的结构称为哈佛 结构。譬如大部分的单片机（MCS51 、ARM9等）均采用哈佛结构。
优劣对比
冯诺依曼结构中程序和数据不区分的 放在一起，因此安全和稳定性是个问 题，好处是处理起来简单。
哈佛结构中程序（一般放在ROM、 flash中）和数据（一般放在RAM中） 独立分开存放，因此好处是安全和稳 定性高，缺点是软件处理复杂一些（ 需要统一规划链接地址等）
整个编程及运行过程
• 程序员用汇编指令编程 --经汇编器汇编成 二进制可执行程序文件-->二进制文件被 CPU读取进去-->CPU内部电路对二进制文 件解码-->解码通过则CPU执行指令、完成 指令动作。
ARM体系结构PPT课件
2020/3/8
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
嵌入式片上系统
从整个系统的功能和性能出发，用软硬 件结合的设计和验证方法，将微处理器 核和存储器等集成在单一芯片上。
SoC可分为2类
通用：Infineon公司的TriCore、Motorola公 司的M-Core，某些ARM系列器件及Echelon 公司和Motorola公司联合研制的Neuron芯片
主流的嵌入式微处理器
ARM MIPS PowerPC X86等
2020/3/8
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
嵌入式微控制器
最初的表现形式是单片机 将整个计算机系统的主要硬件集成到一
块芯片上。 主流的MCU
MCS51 P51XA MCS-251等
ARM 公司是专门从事基于RISC 技术芯片 设计开发的公司，作为知识产权供应商， 本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许 可，由合作公司生产各具特色的芯片。
2020/3/8
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
2.3.2 ARM系列微处理器
－ ARM7系列 － ARM9/9E系列 － ARM10E系列 － SecurCore系列 － Intel的Xscale － Intel的Strong ARM
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
教学要求
掌握嵌入式系统硬件平台 理解ARM体系结构和指令集
2020/3/8
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
本章内容
2.1 嵌入式系统硬件平台 2.2 嵌入式微处理器 2.3 ARM微处理器体系结构
2020/3/8
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
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嵌入式片上系统
从整个系统的功能和性能出发，用软硬 件结合的设计和验证方法，将微处理器 核和存储器等集成在单一芯片上。
SoC可分为2类
通用：Infineon公司的TriCore、Motorola公 司的M-Core，某些ARM系列器件及Echelon 公司和Motorola公司联合研制的Neuron芯片
主流的嵌入式微处理器
ARM MIPS PowerPC X86等
2020/3/8
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嵌入式微控制器
最初的表现形式是单片机 将整个计算机系统的主要硬件集成到一
块芯片上。 主流的MCU
MCS51 P51XA MCS-251等
ARM 公司是专门从事基于RISC 技术芯片 设计开发的公司，作为知识产权供应商， 本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许 可，由合作公司生产各具特色的芯片。
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2.3.2 ARM系列微处理器
－ ARM7系列 － ARM9/9E系列 － ARM10E系列 － SecurCore系列 － Intel的Xscale － Intel的Strong ARM
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
教学要求
掌握嵌入式系统硬件平台 理解ARM体系结构和指令集
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本章内容
2.1 嵌入式系统硬件平台 2.2 嵌入式微处理器 2.3 ARM微处理器体系结构
2020/3/8
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2.1 ARM简介
• CortexTM-A8处理器简介
该处理器是ARM公司所开发的基于ARMv7架构的首款 应用级处理器，其特色是运用了可增加代码密度和加 强性能的技术、可支持多媒体以及信号处理能力的 NEONTM技术、以及能够支持Java和其他文字代码语言的 提前和即时编译的Jazelle@RTC技术。
众多先进的技术使其适用于家电以及电子行业 等各种高端的应用领域。
2.1 ARM简介
• ARM7系列简介
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软件调试方式，适用于更大规模的SoC设 计中。
2.1 ARM简介
• CortexTM-R4处理器简介
该处理器是首款基于ARMv7架构的高级嵌入式处理器， 其主要目标为产量巨大的高级嵌入式应用系统，如硬 盘，喷墨式打印机，以及汽车安全系统等等。
• CortexTM-R4F处理器简介
该处理器在CortexTM-R4处理器的基础上加入了代码错 误校正(ECC)技术，浮点运算单元(FPU)以及DMA综合配置 的能力，增强了处理器在存储器保护单元、缓存、紧密 耦合存储器、DMA访问以及调试方面的能力。
基于ARMv7版本的ARM Cortex系列产品由A、R、 M三个系列组成，具体分类延续了一直以来ARM面向具体 应用设计CPU的思路。
ARM Cortex
A应用处理器（Application Processor ）系列 R实时控制处理（Real Time Control ）系列 M微控制器（Micro Controller ）系列
2.1 ARM简介
• ARM体系结构
为了使ARM能够更好地满足嵌入式应用的需要， ARM体系结构还有以下特点：
每条数据处理指令可同时包含算术逻辑单元（ALU） 的运算和移位处理，实现ALU和移位器的最大利用； 使用地址自增和自减的寻址方式优化程序循环； 装载/保存指令对数据的批量传输，实现最大数据吞 吐量; 大多数指令的条件执行，实现最快速的代码执行。
2.1 ARM简介
• 常用ARM处理器系列
ARM公司开发了很多系列的ARM处理器核，目 前最新的系列是Cortex，而ARM6核以及更早的系列已 经很罕见了。当前应用比较多的ARM处理器核系列有：
ARM7 Xscale
ARM9
ARM9E
ARM10E
ARM11
Cortex
2.1 ARM简介
• ARM Cortex系列简介
ARM7系列广泛应用于多媒体和嵌入式设备， 包括Internet设备、网络和调制解调器设备，以及移 动电话、PDA等无线设备。
2.1 ARM简介
• ARM9系列简介
该系列包括ARM9TDMI、ARM920T和带有高速缓 存处理器宏单元的ARM940T。除了兼容ARM7系列，而且 能够更加灵活的设计。
2.1 ARM简介
• 司简介
将技术授权给 其它芯片厂商
...
形成各具特色 的ARM芯片
2.1 ARM简介
• RISC结构特性
RISC是精简指令集计算机的缩写，其目标是设 计出在高时钟频率下单周期执行，简单而有效的指令集。 ARM内核采用RISC体系结构，因此具有RISC的结构特点：
具有大量的通用存储器； 独特的装载/保存（load-store）结构； 简单的寻址模式; 统一和固定长度的指令格式。
可以用于视频游戏机和高性能打印机等场合。
2.1 ARM简介
• Xscale简介
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。
主要应用于手提式通讯和消费电子类设备。
ARM7体系结构
1.ARM简介
6.ARM内部寄存器
2.1 ARM简介
• CortexTM-M3处理器简介
该处理器是首款基于ARMv7-M架构的处理器，采用了 纯Thumb2指令的执行方式，具有极高的运算能力和中 断相应能力。
Cortex-M3主要应用于汽车车身系统，工业控 制系统和无线网络等对功耗和成本敏感的嵌入式应用 领域。目前最便宜的基于该内核的ARM单片机售价为1 美元。
2.1 ARM简介
• ARM公司简介
ARM是Advanced RISC Machines的缩写，它是 一家微处理器行业的知名企业，该企业设计了大量 高性能、廉价、耗能低的RISC （精简指令集）处 理器。
公司的特点是只设计芯片，而不生 产。它将技术授权给世界上许多著名的半导体、软 件和OEM厂商，并提供服务。
ARM7TDMI-S
2.ARM7TDMI
7.当前程序状态寄存 器
3和.A功RM能的框模图块、内核
8.ARM体系的异常、 中断及其向量表
4.ARM处理器状态 9.ARM体系的存储系
5.ARM处理器模式
统
2.2 ARM7TDMI
• 简介
A注RM意7T：DM“I是AR基M核于”A并RM非体芯系片结，构VA4R版M核本与的其低它端部A件RM 核如。RAM其、弥RO补M、了片AR内M6外很设难组在合低在于一5起V电才压能下构稳成定现工实作的的芯不 足片，。还增加了后缀所对应的功能：
ARM9E系列主要应用于下一代无线设备、数 字消费品、成像设备、工业控制、存储设备和网络设 备等领域。
2.1 ARM简介
• ARM10E系列简介
该系列包括ARM1020E和ARM1020E处理器核， 其核心在于使用向量浮点（VFP）单元VFP10提供高性 能的浮点解决方案，从而极大提高了处理器的整型和 浮点运算性能。
ARM9系列主要应用于引擎管理、仪器仪表、 安全系统和机顶盒等领域。
2.1 ARM简介
• ARM9E系列简介
该系列为含有DSP指令集的综合处理器，包括 ARM926EJ-S、带有高速缓存处理器宏单元的ARM966ES/ARM946E-S。其内核在ARM7处理器内核的基础上使用 了Jazelle增强技术，该技术支持一种新的Java操作状 态，允许在硬件中执行Java字节码。