第1章_ARm发展历程

ARM 嵌入式系统 第1章 嵌入式系统概述 章

学好ARM就有机会!

ARM微处理器概述ARM-Advanced RISC Machines - ARM微处理器的应用领域 微处理器的应用领域 ARM微处理器的特点 微处理器的特点 ARM微处理器系列 微处理器系列 ARM微处理器的体系结构 微处理器的体系结构 ARM微处理器的应用选型 微处理器的应用选型

ARM-Advanced RISC MachinesIP(Intellectual Property) ( ) 知识产权。硅知识产权核是用于 等当中， 知识产权。硅知识产权核是用于ASIC、ASSP、PLD等当中，并且是预 、 、 等当中 先设计好的电路功能模块。 核分为软核 核分为软核、 先设计好的电路功能模块。IP核分为软核、硬核和固核 Fabless (无生产线) 无生产线) 无生产线 RISC Reduced Instruction Set Computer 精简指令集计算机

ARM:RISC处理器 核+Fabless : 处理器IP核 处理器

ARM微处理器的应用领域无线通信领域：手机、 无线通信领域：手机、PDA 消费类电子产品：数字媒体播放器、 消费类电子产品：数字媒体播放器、游戏机 网络应用：语音及视频处理、数字机顶盒、 网络应用：语音及视频处理、数字机顶盒、VoIP 成像和安全产品：数码相机、打印机、SIM智能卡 成像和安全产品：数码相机、打印机、 智能卡 工业控制与仪器仪表： 工业控制与仪器仪表： 其他领域

ARM Powered ProductsSamsung ML5100A Diamond Multimedia Rio 600 3Com 10/100 PCI NIC

JVC "Pixstar" GC-X1

Alba Bush Internet TV

Nintendo Gameboy Advance Lexmark Z52 Color Jetprinter HP Jornado 820

Iomega HipZip

Sony MZ-R90 MiniDisc

Ericsson R380 Nokia 8810

HP CapShare

Nokia Mediamaster

Psion Revo Plus

ARM微处理器的特点体积小、低功耗、低成本、 体积小、低功耗、低成本、高性能 支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集 ( 位 支持 ( 位 大量使用寄存器，指令执行速度更快 大量使用寄存器， 大多数数据操作都在寄存器中完成 寻址方式灵活简单， 寻址方式灵活简单，执行效率高 指令长度固定

ARM微处理器系列ARM7 ARM9 ARM9E ARM10E ARM11 SecurCore Intel的StrongARM、Xscale 的 、 目前仍在不断发展

ARM7系列微处理器(1)特点： 特点： 低功耗 嵌入式ICE-RT逻辑 - 逻辑 嵌入式 0.9MIPS/MHz的3级流水线结构 的 级流水线 级流水线结构 32位ARM指令集和 位的Thumb指令集 位 指令集和16位的 指令集 指令集和 位的 主频最高可达130MHz 主频最高可达 ICE:In Circuit Emulation,在电路仿真 ： , MIPS:Million Instruction Per Second :每秒百万条指令

ARM7系列微处理器(2)类型： 类型： ARM7TDMI ARM7TDMI-S ARM720T ARM7EJ TDMI的基本含义为： 的基本含义为： 的基本含义为 T: 支持 位压缩指令集 ： 支持16位压缩指令集 位压缩指令集Thumb D: 支持片上 ： 支

持片上Debug M: 内嵌硬件乘法器(Multiplier) : 内嵌硬件乘法器( ) I: 嵌入式 ： 嵌入式ICE,支持片上断点和调试点 ，

ARM7系列微处理器(3)典型芯片： 典型芯片： ATMEL: Samsung: ST: AT91M40800/55800A S3C44B0/4510B STR710x

ARM9系列微处理器(1)特点： 特点： 1.1MIPS/MHz的哈佛结构，5级流水线 的哈佛结构， 级流水线 的哈佛结构 32位ARM指令集和 位Thumb指令集 位 指令集和16位 指令集和 指令集 支持32位的高速 支持 位的高速AMBA总线接口 位的高速 总线接口 全性能的MMU,支持Windows CE、Linux、Palm OS ,支持 全性能的 、 、 等多种主流嵌入式操作系统 支持数据Cache和指令 和指令Cache,具有更高的指令和数据 支持数据 和指令 ， 处理能力 MMU:Memory Management Unit :

ARM9系列微处理器(2)类型： 类型： ARM920T ARM922T ARM940T

ARM9系列微处理器(3)典型芯片： 典型芯片： ATMEL: AT91RM9200(ARM920T) ( ) (ARM920T) ) (ARM925 + C55x) ) (ARM926EJ-S + C64x) ) Samsung:S3C2410 : TI: OMAP5910 DaVinci

ARM9E系列微处理器ARM9E系列微处理器为可综合处理器，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，极大的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，很适合于那些需要 同时使用DSP和微控制器的应用场合。 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。 5级流水线，指令执行效率更高。 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。 支持VFP9浮点处理协处理器。 全性能的MMU,支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操 作系统。 MPU支持实时操作系统。 支持数据Cache和指令Cache,具有更高的指令和数据处理能力。 主频最高可达300MIPS。 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，以适用于不同的应用场合。

ARM10E系列微处理器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。 ARM10E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。 6级整数流水线，指令执行效率更高。 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。 支持64位的高速AMBA总线接口。 支持VFP10浮点处理协处理器。 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 主频最高可达400MIPS。 内嵌并行读/写操作部件。 ARM10E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、通信和信息系统等领域。 ARM10E系列微处理器包含ARM1020E、ARM1022E和ARM1026EJ-S三种类型，以适 用于不同的应用场合。

ARM11E系列微处理器ARM公司在2003年4月29日宣布了其下一代ARM 架构的CPU-ARM11(又名Jaguar),基于 ARM11的微处理器具有更强的性能，尤其是多媒 体处理能力。 ARM11微处理器采用0.13微米工艺，低端产品 运行在350MHz~500MHz,高端产品运行在 533~750MHz,如果将加工工艺减小到0.10微 米，那么芯片速度将达1GHz。 目前的ARM7和ARM9内核的芯片最大速度只能到 400MHz。目前最快的嵌入式处理器为Intel的 Xscale,最高主频为500MHz。

SecurCore系列微处理器SecurCore系列微处理器专为安全需要而设计，提供了完善的32位 RISC技术的安全解决方案，因此，SecurCore系列微处理器除了具 有ARM体系结构的低功耗、高性能的特点外，还具有其独特的优势， 即提供了对安全解决方案的支持。 SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构各种主要特点外， 还在系统安全方面具有如下的特点： 带有灵活的保护单元，以确保操作系统和应用数据的安全。 采用软内核技术，防止外部对其进行扫描探测。 可集成用户自己的安全特性和其他协处理器。 SecurCore系列微处理器主要应用于一些对安全性要求较高的应用 产品及应用系统，如电子商务、电子政务、电子银行业务、网络和 认证系统等领域。 SecurCore系列微处理器包含SecurCore SC100、SecurCore SC110、SecurCore SC200和SecurCore SC210四种类型，以 适用于不同的应用场合。

Intel的StrongARM、Xscale

系列微处理器

Intel公司推出的面向无线移动终端开发的体系结构“ Personal 公司推出的面向无线移动终端开发的体系结构“ 公司推出的面向无线移动终端开发的体系结构 Internet Client Architecture (PCA)” 是一个开放的嵌入式 系统开发应用平台，它以 系列嵌入式处理器为核心， 系统开发应用平台，它以XSCALE系列嵌入式处理器为核心，支持 系列嵌入式处理器为核心 Linux、和VxWorks等操作系统，是一个理想的面向无线 、 等操作系统， . 和 等操作系统 互连的应用平台。 互连的应用平台。 Xscale 处理器是基于 处理器是基于ARMv5TE体系结构的解决方案，是一款全性能、 体系结构的解决方案，是一款全性能、 体系结构的解决方案 高性价比、低功耗的处理器。它支持 指令集， 高性价比、低功耗的处理器。它支持DSP指令集，已使用在数字移动电 指令集 话、个人

数字助理和网络产品等场合。 个人数字助理和网络产品等场合。 Xscale 处理器是 处理器是Intel目前主要推广的一款 目前主要推广的一款ARM微处理器。 微处理器。 目前主要推广的一款 微处理器 典型芯片： 典型芯片：PXA250/255/270/272

ARM微处理器的体系结构(1)RISC体系结构特点： 体系结构特点： 体系结构特点 在进行指令系统设计时，只选择使用频率很高的指令， 在进行指令系统设计时，只选择使用频率很高的指令，在此基础上增加 少量能有效支持操作系统和高级语言实现以及其他功能的指令， 少量能有效支持操作系统和高级语言实现以及其他功能的指令，使指令 条数大大减少 采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有2~3种 采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有 ~ 种 使用单周期指令， 使用单周期指令，便于流水线操作执行 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 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， 令可以访问存储器，以提高指令的执行效率 为提高指令执行速度，大部分指令直接采用硬件电路实现， 为提高指令执行速度，大部分指令直接采用硬件电路实现，少量采用微 码实现

ARM微处理器的体系结构(2)ARM体系结构还采用了一些特别的技术，在保证高性能的前 体系结构还采用了一些特别的技术， 体系结构还采用了一些特别的技术 提下尽量缩小芯片的面积，并降低功耗。 提下尽量缩小芯片的面积，并降低功耗。 大多数的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行， 大多数的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，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， 可用加载 存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率 存储指令批量传输数据 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

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