32位微处理器
32位处理器之争,Cortus用安全核叫板ARM
32 位处理器之争，Cortus 用安全核叫板ARM
ARM 一直在微处理器和微控制器IP 核市场占着主导地位。
与此同时，32 位微处理器供应商Cortus 却在深度嵌入式市场与ARM Cortex M0 抗衡了9 年，此外Cortus 也坚信极简主义的方式是在连接器件市场立足的关键。
日前，Cortus 增添了基于第二代（v2）指令系统的产品。
而该公司表示代码密度的提升可以满足目前全新的连接器件需求。
为进一步降低SoC 设计的功耗，Cortus 已经研发出一套新指令集，可以减少指令存储器系统的尺寸。
第二代指令集的首个产品APS23 应用于低功耗系统，比如低功耗蓝牙（BLE）一类的时钟频率无苛刻要求的系统。
APS23 子系统
第二代指令集在第一代上提升了16%的代码密度，大大的减少了指
令寄存器的空间。
第十二章 32位微处理器80386
实地址方式
80386在刚加电或者复位时，便进入实地址方式。 在刚加电或者复位时，便进入实地址方式。 在刚加电或者复位时 实地址方式主要是为80386进行初始化用的。常常 进行初始化用的。 实地址方式主要是为 进行初始化用的 在实地址方式， 在实地址方式，为80386保护方式所需要的数据结 保护方式所需要的数据结 构做好各种配置和准备，因此， 构做好各种配置和准备 ， 因此 ， 这是一种为建立保 护方式作准备的方式。 护方式作准备的方式。 实地址方式下，采用类似于8086的体系结构。 的体系结构。 实地址方式下，采用类似于 的体系结构 因为在实地址方式下不允许分页， 因为在实地址方式下不允许分页 ， 所以线性地址和 物理地址相同， 均为段寄存器内容左移4位再加上 物理地址相同 ， 均为段寄存器内容左移 位再加上 有效地址而得到的值。 有效地址而得到的值。 80386具有 个特权级 ， 实地址方式下 ， 程序在最 具有4个特权级 具有 个特权级， 实地址方式下， 高级(0级 下执行 下执行。 高级 级)下执行。
第十二章
32位微处理器80386 32位微处理器80386 位微处理器
概述
1985年10月，Intel公司推出了 位微处理器 年 月 公司推出了32位微处理器 公司推出了 位微处理器80386。采 。 位数据总线， 位地址总线 直接寻址能力达4GB， 位地址总线， 用32位数据总线，32位地址总线，直接寻址能力达 位数据总线 ， 虚拟地址空间则为64TB字节。 字节。 虚拟地址空间则为 字节 最初的芯片采用16MHz时钟 ， 不久 时钟， 又推出25MHz和 最初的芯片采用 时钟 不久Intel又推出 又推出 和 33MHz主频的 主频的80386芯片。 芯片。 主频的 芯片 这之后，又相继推出了80486、Pentium。这样，使32位 这之后，又相继推出了 、 。这样， 位 微型计算机逐渐成为计算机世界的主流机型。 微型计算机逐渐成为计算机世界的主流机型。 32位微处理器和 位相比，则是从体系结构设计上有了概 位微处理器和16位相比， 位微处理器和 位相比 念性的改变和革新。比如， 位微处理器普遍采用了流水 念性的改变和革新 。 比如 ， 32位微处理器普遍采用了流水 线和指令重叠执行技术、 虚拟存储技术、 线和指令重叠执行技术 、 虚拟存储技术 、 片内存储管理技 存储体管理分段分页保护技术。这些技术为在32位微 术 、 存储体管理分段分页保护技术。 这些技术为在 位微 型机环境下实现多用户多任务操作系统提供了有力的支持。 型机环境下实现多用户多任务操作系统提供了有力的支持 。
32位RISC微处理器FPGA验证平台设计与实现
进行 了指令和 Ｖ ｗｏｋ 操作 系统的测试。 实践表 明该验证平 台大大缩短 了验证周期 ， ｘ ｒｓ 整个验证 平台原理 清晰， 结构简单， 扩展灵
活、 便 。 方
关 键 词 ： 处 理 器 ：Ｐ 微 Ｆ ＧＡ： 证 平 台 ； ｘ ｒ ｓ操 作 系统 验 Ｖ Ｗｏｋ
文 章 编 号 ：０ ２ ８ ３ （ ０ ７ ０ － １ ０ ０ 文 献 标 识 码 ： 中国 分 类ห้องสมุดไป่ตู้号 ： Ｐ ０ １０ — ３ １２ ０ ）５ ０ １ — ３ Ａ Ｔ ３６
．
Ｃｏ ｕ ｅ －ｅ ｒｎ ｎ ｐｉａ ｏ ｓ ２ ０ ４ Ｓ） １ ０ １ ２ ｍｐ ｔｒ Ｅｎ ｎ ｅｉ ｇ ａ ｄ Ａｐ ｌ ｔ ｎ ， ０ ７，３（ ： １ — １ ． ｃｉ
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海 ， 晓桠 ， 樊 张盛兵
Ｈａ ， ＡＮ Ｘｉｏ ｙ Ｚ ｉＦ ａ — ａ， ＨＡＮＧ Ｓ ｅ ｇ ｂ ｎ ｈ ｎ － ｉｇ
西 北 工业 大学 航 空微 电子 中心 ， 西安 ７ ０ ７ １０ ２
Ａｖ ａｉ ｎ Ｍｉｒ ｅ ｅ ｔ ｎ ｃ Ｃｅ ｔｒ Ｎｏｔ ｗ ｓｅ ｎ Ｐ ｌｔ ｃ ｎｃ ｉｅ ｓ ｙ Ｘｉ ａ １ ０ ２， ｉ ａ ｉｔ ｃｏ ｌ ｃｒ ｉ ｎ ｅ ， ｒ ｅ ｔ ｒ ｏｙｅ ｈ ｉ ａ Ｕｎ ｖ ｒｉ ｏ ｏ ｈ ｌ ｔ ’ ｎ ７ ０ ７ Ｃｈ ｎ
32位嵌入式微处理器ARM(2)共64页
▪ 3 条指令 ▪ 占据3 个字 ▪ 3 个时钟周期
指令条件码
• 可能的指令条件码如下所示 – 注意： AL 是默认的，不需要被特别指出。
后缀 EQ NE CS/HS CC/LO MI PL VS VC HI LS GE LT GT LE AL
描述 相等 不相等 无符号高于或相同 无符号低于 为负 为正或零 溢出 无溢出 无符号高于 无符号低于或相同 大于或等于 小于 大于 小于或等于 总是
• 比较指令仅仅设置了条件标志位 –无需指定Rd
– CMP r0, r3
• 数据传送指令并不指定Rd
– MOV r0, r1
• 第二个操作数通过桶型移位器传输到ALU
第二个操作数
操作数 1
操作数 2
桶型移位器
ALU
结果
寄存器方式, 可附加移位操作 – 移位的值可为以下的两种: • 5位的无符号整数（0－31） • 其它寄存器的最低字节 – 用来实现乘以一个常数 • ADD r0, r5, r5 LSL 1 r0 = r5 x 3
0
相当于乘2
Destination
CF
相当于除以2, 保留符号位
LSR: 逻辑右移
ROR: 循环右移
...0
Destination
CF
Destination
CF
相当于除以2
最低有效位旋转至最高有效位
RRX: 扩展的循环右移
Destination
CF
寄存器数值右移一位，C标志位填补空出的位，移出的位代替C标志位
CMP r0, r1 ADDGT r2, r2, #1 ADDLE r3, r3, #1
r0 - r1, 比较 r0 和 r1 并设置标志位 if r0>r1 r2=r2+1 标志位保持不变 if r0<=r1 r3=r3+1 标志位保持不变
新编16_32位微型计算机原理及应用(李继灿主编)课件第2章
2. I/O空间: 486利用低16位地址线访问I/O端口，所 以I/O端口最多有216=64K，I/O地址空间为 0000H～FFFFH。 注意：I/O地址空间不分段 I/O地址空间与存储空间不重叠 CPU有一条控制线M/IO，在硬件设计上用 M/IO=1，参与存储器寻址，用M/IO=0参与 I/O寻址。 从PC/XT～Pentium，基于Intel微处理器的 系统机，实际上只使用低10位地址线，寻址 210=1024个I/O端口。
指 代码流 预取 令 译 指令 码 24位 2*16 总线 器
数据总线 线性地址总线 32 32
A2~A31 BE0~BE3 系统 地址总线
D0~D31 系统 数据总线
控制 总线
控制ROM 控制部分
系统 控制总线
指令队列
译码部分 指令预取部分
总线接口部分
一. 7个功能块： 1.总线接口单元： 产生三总线信号，进行存储器和I/O端口 的访问。
地址（32位） A2~A31、BE0~BE3 地址驱动器 系统地址总线
数据（32位） 写缓冲器 4*80 D0~D31 数据（32位） 数据总线收发器 系统数据总线 控制总线 系统控制总线
2.高速缓冲存储器(CPU内部的Cache)： 存放从存储器中取出的最近要执行的指 令和数据，这样CPU就只需从Cache中取指令， 不必经常访问存储器了。
指 运算部分 微指令 令 代码流 控制部分 指令 译 24位 码 总线 器
指 令 预 取 队 列
5.控制器： 控制器采用微程序设计，根据指令译码 器送来的信息产生微指令，对运算器、存储 器管理部分……发出控制信号。 存储管 指 控制与保护 理部分 令 微指令 部件 译 运算部分 码 控制ROM 器 控制器
航顺高性能32位MCU系列产品特点及其产品应用介绍
1前言传统的低功耗MCU设计都是以8位MCU为主，因为8位内核阈门相对较少，运行或泄露电流低，售价也相对低廉。
但是，随着物联网、5G、云计算、大数据以及智慧城市、智慧家庭、智慧园区的应用，8位内处理效率已经不能满足市场需求。
近年来，鉴于以下缘由，32位低功耗MCU得以兴起。
①手持式消费性电子产品与无线功能的需求越来越高、设计越来越复杂，要提高性能的同时又要兼顾低功耗，需要有一高性能低功耗的主控MCU来作为平台。
②工业上的智能化也在展开，如远程监控、数字化、网络化等。
简单说来，就是人物之连结（云端应用）、物物之连结（物联网）需求越来越多，导致产品功能越来越复杂，运算量越来越高，③制程微缩技术的进步，嵌入式闪存制程普及化及降价，主要成本来自内存大小及模拟外围和I/O管脚数量，CPU内核的成本差异已大幅缩短，更促进了高性价比32位低功耗MCU的快速发展。
应该看到，随着集成电路制造技术的不断进步,单个芯片上集成的晶体管越来越多。
这使得大规模集成电路（VLSI）的功耗成为芯片设计的关键问题，尤其是，当工艺发展到深亚微米时，功耗对电路的影响使它成为集成电路设计中必须考虑的因素。
低功耗设计对提高电路可靠性和降低成本有着非常积极的作用。
就数字CMOS电路功耗主要由动态开关功耗、漏电功耗和短路功耗三部分组成，其中动态开关功耗占据了总功耗的绝大部分，因此降低功耗主要通过降低动态开关功耗实现，而降低动态开关功耗又可以通过减小翻转率、减小负载电容和降低芯片供电电压等手段实现。
今天，不管是通用MCU，还是低功耗MCU对于国产MCU产业面临的现实困境，想要在通用MCU 领域和国外企业直面竞争，是非常不现实的。
我们更倾向于在细分领域形成差异化优势，根据客户实际的需求对产品的功能、外围电路、模拟特性等进行定制化设计，以此打开市场。
与此同时，航顺芯片也在加快32位MCU产品系列的扩充，其量产的通用8位MCU（HK32S003XX 家族），32位MCU-M3家族（HK32F103）和M0家族（HK32F030/031）已有近百个单品型号，功耗更低，稳定性可以通过车规级测试标准。
x86是多少位
x86是多少位x86，亦称为x86架构或x86体系结构，是一种32位和64位微处理器架构。
它是Intel于1978年首次引入的一种基于CISC （Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）的处理器架构。
自那时以来，x86架构已经成为市场上最为广泛使用的计算机架构之一。
x86架构的第一个处理器是Intel 8086，它是一款16位处理器。
然而，由于对内存限制的需求以及市场的发展，Intel随后推出了Intel 80286（i286）处理器，后者是一款32位处理器，向后兼容8086指令集。
这是x86架构的第一个32位处理器，为今后的发展奠定了基础。
随着计算机技术的进步和市场需求的推动，x86架构建立了其领导地位。
Intel在后续的产品中引入了更先进的处理器，如80386（i386），80486（i486）和Pentium系列，将x86架构推向新的高度。
这些处理器通过增加处理器位宽度并改进指令集来提高计算能力和效率。
虽然32位x86架构在市场上非常成功，但随着技术的进步，对更高计算能力和内存访问的需求也越来越迫切。
为了应对这一需求，x86架构进一步演变为64位架构。
Intel在2003年推出了第一款x86 64位处理器，称为Intel Itanium。
紧接着，Intel又发布了x86架构的64位版本，称为Intel EM64T。
AMD还引入了自己的64位架构，称为AMD64或x86-64。
这些64位处理器不仅可以兼容运行32位操作系统和应用程序，还可以运行64位操作系统和应用程序，提供更高的内存寻址能力。
x86架构的位数指的是处理器的寻址能力和寄存器的位宽度。
在32位x86架构中，处理器能够寻址32位内存地址，这意味着它最多可以寻址2^32（大约4GB）的内存。
而在64位x86架构中，处理器能够寻址64位内存地址，最多可以寻址2^64（约16EB）的内存，实现了更高的内存寻址能力。
微机原理16位32位CPU(8086)
中 断 允 许
半 进 借 位 标 志
奇 偶 标 志
进 借 位 标 志
1-有进、借位 0-无进、借位
1-低4位向高4位有进、借位 0-低4位向高4位无进、借位
④标志寄存器
根据功能，标志可以分为两类：状态标志和控制标志
状态标志：表示前面的操作执行后，ALU所处的状态，这种状态像某 种先决条件一样影响后面的操作。 控制标志：表示对某一种特定的功能起控制作用。指令系统中有专门 的指令用于控制标志的设置和清除。 状态标志有6个，即SF、ZF、AF、PF、CF和OF ①符号标志SF（Sign Flag） 和运算结果的最高位相同。表示前面运
若TF=0 正常执行程序
返回
④标志寄存器
举例:
+ 0101 0100 0011 1001 0100 0111 0110 1010
3.8086的总线周期的概念
为了取得指令或传送数据，就需要CPU的总线接口部件执行一个 总线周期。 总线周期（机器周期）：CPU通过总线与存储器或I/O接口进行一 次数据传输所需的时间。 在8086/8088中，一个最基本的总线周期由4个时钟周期组成，将4
80386
80486 Pentium Pentium IV
32
32 32 32
27.5万
120万 310万 4200万
12.5M，后提高到 20M，25M，33M
25MHz逐步提高到 33MHz、50MHz 60MHZ和66MHZ， 后提高到200MHZ 2.4G
0.1us
2.1 16位微处理器8086
式下各位引脚功能，如出现功能不同的引脚再具体讲解 。
DIP双列直插式封装
QFP塑料方型扁平式封装
Pentium4 3.2GHz LGA775 栅格阵列封装
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32位微处理器(1)
按Intel的定义，0～32个中断是CPU出错用的，称为异常。
32～255是给系统自己定义使用的。
在DOS中，系统使用被分成了两个部分，一个部分是硬件的IRQ，IRQ就是级连的中断控制器。
其他的则被分配给软件使用。
现在64位的CPU中，中断扩充成16位，则理论上可有64KB个中断。
80286芯片能在实模式和保护模式两种方式下工作。
在实模式下，80286与8086芯片一样，与操作系统DOS和绝大部分硬件系统兼容；在保护模式下，每个同时运行的程序都在分开的空间内独自运行。
286的保护模式还是有很多不兼容缺陷，到了386才算有真正的改革，操作系统才真正进一步发挥作用，从16位真正跨入32位程序。
2.3 32位微处理器
1985年，真正的32位微处理器80386DX诞生，为32位软件的开发提供了广阔的舞台。
1989年，Intel推出80486芯片，把387的浮点运算器合于486之中，并且采用流水线技术，令CPU每个周期可以执行一条指令，速度上突破100 MHz，超过了RISC的CPU。
1992年，Intel 发布奔腾芯片，采用多流水线技术及并行执行的能力，从此，CPU可以每个周期执行多个指令。
1995年的奔腾Pro能力上再进了一步，产生动态执行技术，使CPU可以乱序执行。
我们知道，从80386开始到现在的P4的CPU，它们的体系结构一直都是相同的，增加的只是内部的实现方式，所以，这些体系结构对大多数程序员来说就是透明的。
2.3.1 寄存器组成
80386寄存器的宽度大多是32位，可分为如下几组：通用寄存器、段寄存器、指令指针及标志寄存器、系统地址寄存器、调试寄存器、控制寄存器和测试寄存器。
应用程序主要使用前面三组寄存器，只有系统才会使用其他寄存器。
这些寄存器是8080、8086、80286寄存器的超集，所以，80386包含了先前处理器的全部16位寄存器。
80386的部分寄存器如图2.6所示。
图2.6 80386的部分寄存器
1. 通用寄存器
80386有8个通用寄存器，这8个寄存器分别定名为EAX、EBX、ECX、EDX、ESP、EBP、ESI 和EDI。
它们都由原先的16位寄存器扩展而成。
这些通用寄存器的低16位还是可以作为16位寄存器存取，并不受影响。
以前的AX、BX、CX、DX这4个寄存器还可以单独使用这16位中的高8位和低8位，即分别是AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH和DL。
在80386中，8个32位通用寄存器都可以作为指针寄存器使用，所以32位通用寄存器更加通用。
2. 段寄存器
80386中有6个16位的段寄存器，分别命名为CS、SS、DS、ES、FS和GS。
其中，FS和GS 是80386新增加的寄存器。
在实模式下，内存的逻辑地址仍是“段值：偏移”形式，而在保护模式下，情况就复杂很多了。
它总体上是通过可见部分寄存器指向不可见的内存部分。
有关内容将在2.3.2节中介绍。
所有这些寄存器的可见的部分和不可见的部分在IA64中可以直接处理IA 32位的一切，就像80386中的VM86一样，即如在Windows上执行DOS窗一样。
3. 指令指针和标志寄存器
80386的指令指针寄存器扩展到了32位，记为EIP。
EIP的低16位是16位的指令指针IP，与以前的X86系统相同。
由于在实模式下，段的最大范围是64KB，所以EIP的高16位必须全是0，仍相当于16位的IP作用。
80386中，标志寄存器也扩展到了32位，记为EFLAG，如图2.7所示。
图2.7 80386的标志寄存器
其中，增加了IO特权标志IOPL（I/O Privilege Level）、嵌套任务标志NT（Nest Task）、重启动标志RF（Reset Flag）、虚拟8086方式标志VM（Virtual 8086 Mode）。
AMD采用了X86架构并将之扩展至64位，开创了X86-64架构。
（1）处理器在32位的X86位纯模式下工作，可以
运行现在的32位操作系统和应用软件。
（2）处理器在“长模式”下工作，运行64位的操作系统，既能执行32位应用程序，又能执行64位应用程序。
（3）只有在“64位模式”下，才能进行64位寻址和访问64位寄存器。
（4）扩展是简单并且兼容的，所以处理器可以以最高的速度和性能支持X86和X86-64。
32位兼容性的情况下迁移至64位的寻址和数据类型，沿用主流PC架构的发展而不是重新创作。
AMD-64寄存器如上图所示。