最新启动过程分析及应用研究

启动过程分析及应用

研究

长沙师范专科学校

电子信息工程系计算机应用专业级

毕业论文（设计）

题目:ARM启动过程分析及应用研究

姓名：宋政艳学号：2009540830139

指导教师（签名）：

年月日

前言

自从电子技术发展起来之后，ARM因其体积小、低功耗、低成本高性能的优势，正以惊人的速度向前发展，在工业控制，浪费类电子产品和成像安全产品、无线网络与通讯等领域得到了广泛应用，极大地改进了这些行业的生产效率、提高了生产力、除此之外，ARM微处理器及技术还应用到许多不同的领域，并会在将来取得更加广泛的应用，ARM技术在许多不同领域的地位日益巩固。

本文以嵌入式系统设计作为具体的研究对象，选取ARM微处理器作为嵌入和式设计的核心，系统地介绍了ARM和嵌入式操作系统、工作原理和启动过程分析。

目录

前言 (1)

第一章 ARM 概述 (1)

1.1 ARM简介 (1)

1.1.1 RISC结构特性 (2)

1.1.2常用ARM处理器系列 (3)

1.2 ARM微处理器的应用领域及特点 (6)

1.2.1 A RM 微处理器的应用领域 (6)

1.2.2ARM处理器的特点 (7)

第二章 ARM9简述 (8)

2.1 ARM9简介 (8)

2.2 ARM9体系结构 (9)

2.2.1 A RM工作状态 (9)

2.2.2ARM9处理器的主要结构及其特点 (9)

第三章 ARM9分析启动 (10)

3.1ARM9启动过程 (10)

第四章总结 (15)

第一章 ARM 概述

1.1 ARM简介

ARM（Advanced RISC Machines），既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。

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、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75%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。

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，它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，世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM公司的授权，因此既使得ARM技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，从而使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。

1.1.1 RISC结构特性

ARM内核采用精简指令集计算机（RISC）体系结构，它是一个小门数的计算机，其指令集和相关的译码机制比复杂指令集计算机（CISC）要简单得多，其目标就是设计出一套能在高时钟频率下单周期执行，简单而有效地的指令集。RISC的设计重点在于降低处理器中指令执行部件的硬件复杂度，这是因为软件比硬件更容易提供更大的灵活性和更高的智能化，因此ARM具备了非常典型的RISC结构特性：

（1）具有大量的通用寄存器；

（2）通过装载/保存（load-store）结构使用独立的load和store指令完成数据在寄存器和外部存储器之间的传送，处理器只处理寄存器中的数据，从而可以避免多次访问存储器；

（3）寻址方式非常简单，所有装载/保存的地址都只由寄存器内容和指令域决定；

（4）使用统一和固定长度的指令格式。

此外，ARM体系结构还提供：

（1）每一条数据处理指令都可以同时包含算术逻辑单元（ALU）的运算和移位处理，以实现对ALU和移位器的最大利用；

（2）使用地址自动增加和自动减少的寻址方式优化程序中的循环处理；

（3）load/store指令可以批量传输数据，从而实现了最大数据吞吐量；

（4）大多数ARM指令是可“条件执行”的，也就是说只有当某个特定条件满足时指令才会被执行。通过使用条件执行，可以减少指令的数目，从而改善程序的执行效率和提高代码密度。

这些在基本RISC结构上增强的特性使ARM处理器在高性能、低代码规模、低功耗和小的硅片尺寸方面取得良好的平衡。

从1985年ARM1诞生至今，ARM指令集体系结构发生了巨大的改变，还在不断地完善和发展。为了清楚地表达每个ARM应用实例所使用的指令集，ARM公司定义了7种主要的ARM 指令集体系结构版本，以版本号V1~V7表示。

1.1.2 常用ARM处理器系列

ARM公司开发了很多系列的ARM处理器核，应用比较多的是ARM7系列、ARM9系列、ARM10系列、ARM11系列、Intel的Xscale 系列和MPCore系列，还有针对低端8位MCU市场最新推出的Cortex－M3系列，其具有32位CPU的性能、8位MCU的价格。

1．CortexTM-M3处理器

ARM CortexTM-M3处理器是一个面向低成本，小管脚数目以及低功耗应用，并且具有极高运算能力和中断响应能力的一个处

理器内核。其问世于2006年，第一个推向市场的是美国LuminaryMicro半导体公司的LM3S系列ARM。

CortexTM-M3处理器采用了纯Thumb2指令的执行方式，使得这个具有32位高性能的ARM内核能够实现8位和16位处理器级数的代码存储密度，非常适用于那些只需几K存储器的MCU市场。在增强代码密度的同时，该处理器内核是ARM所设计的内核中最小的一个，其核心的门数只有33K，在包含了必要的外设之后的门数也只为60K。这使它的封装更为小型，成本更加低廉。在实现这些的同时，它还提供性能优异的中断能力，通过其独特的寄存器管理并以硬件处理各种异常和中断的方式，最大程度的提高了中断响应和中断切换的速度。 2．CortexTM-R4处理器

CortexTM-R4处理器是首款基于ARM v7架构的高级嵌入式处理器，其目标主要为产量巨大的高级嵌入式应用方案，如硬盘，喷墨式打印机，以及汽车安全系统等等。

CortexTM-R4处理器在节省成本与功耗上为开发者们带来了关键性的突破，在与其他处理器相近的芯片面积上提供了更为优越的性。CortexTM-R4采用了90纳米生产工艺，最高运行频率可达400MHz，该内核整体设计的侧重点在于效率和可配置性。3．CortexTM-R4F处理器