第一章ARM微处理器概述
第一章 ARM Cortex-A8 处理器概述
美国WindRiver公司 一种嵌入式实时操作系统（RTOS） 在当前市场占有率最高的嵌入式实时操作系统 微软 是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统 具有模块化、结构化和基干Win32应用程序接口以及与 处理器无关等特点
（2）Windows CE
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三、嵌入式操作系统举例
US Seattle, Los Gatos, Walnut Creek, Austin, Boston, San Diego China Taiwan and Shanghai Japan Shin-Yokohama (Tokyo)
ARM营销模式
将技术授权给 其它芯片厂商
形成各具特色 的ARM芯片
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1.2 主流的ARM处理器介绍
ARM微处理器丰富的体系主要包括以下四个部分 ：
ARM Cortex应用程序处理器。 ARM Cortex嵌入式处理器。 经典ARM处理器。 ARM专家处理器
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1.2.1 ARM体系结构命名规则
ARM产品通常以ARM【x】【y】【z】【T】【D】 【M】【I】【E】【J】【F】【－S】形式出现。
（1）移动Internet的理想选择。 （2）高性能。Cortex-a设备可为其目标应用领域 提供各种可伸缩的能效性特点。 （3）多核技术。Cortex-A5、Cortex-A9、和 Cortex-A15处理器都支持ARM的第二代多核技术 。 （4）高级扩展。 Thumb-2 TrustZone 安全扩展 Jazelle技术
区别于Cortex应用程序处理器对操作系统和移动 Internet的支持偏向，Cortex嵌入式处理器旨在为 各种不同的市场提供服务。嵌入式处理器主要着 重于在各种功耗敏感性应用中提供具有高确定性 的实时行为。 ARM Cortex嵌入式处理器主要包括Cortex-M系列 和Cortex-R系列。
1-5章《ARM嵌入式C编程标准教程》
高等学校嵌入式系统设计教材
ARM9处理器C语言编程标准教程
侯殿有 才华 编著
人民邮电出版社
第一章 ARM技术简介
1.1 ARM处理器简介
火龙果整理
ARM处理器是一种低功耗高性能的32位RISC (精简指令系统) 处理器。本章将其从结构入手进行分析，基于目前流行的 ARM920T核详细描述其硬件结构和编程。 ARM处理器共有31个32位寄存器，而其中16个可以在任何模 式下看到。它的指令为简单的加载与存储指令（从内存加载某个 值，执行完操作后再将其放回内存）。ARM一个有趣的特点是 它所有的指令都带有条件。例如用户可以测试某个寄存器的值， 但是直到下次使用同一条件进行测试时，才能有条件地执行这些 指令。另一个特征是可以在加载数值的同时进行算术和移位操作。 它可以在几种模式下操作，包括通过使用SWI（softwarinterrupt 软件中断）指令从用户模式进入到系统模式。
火龙果整理
· 5级流水线结构，即取指（F）、指令译码（D）、 执行（E）、数据存储访问（M）和写寄存器 （W）。 · 16K字节数据缓存，16K字节指令缓存。 · 写缓冲器：16字的数据缓冲器，4地址的地址 缓冲器，软件控制消耗。 · 标准的ARMv4存储器管理单元（MMU）： 区域访问许可，允许以1/4页面大小对页面进行访 问，16个嵌入域，64个输入指令TLB及64个输入 数据TLB。 · 8位、16位、32位的指令总线与数据总线。
1.1.1 ARM7系列微处理器
火龙果整理
ARM7系列微处理器是低功耗的32位RISC处理器，最适合用于 对价位和功耗要求较低的消费类应用。ARM7系列有如下特点： ·具有嵌入式ICE—RT (Internet Communications Engine-Route 因特网通信)逻辑，调试开发方便。 ·极低的功耗，适合对功耗要求较低的应用，如便携式产品。 ·能够提供0.9MIPS(Million Instructions Per Second百万条/ 秒)/MHz的三级流水线结构。 ·对操作系统的支持广泛，如Windows CE、Linux、Palm OS等。 ·指令系统与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便 于用户的产品升级换代。 ·主频最高可达130MHz，高速的运算处理能力能胜任绝大多数 的复杂应用。
ARM体系结构与编程
和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小 ，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系统工业的 主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制 器。
嵌入式微控制器
嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通用 系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、 C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。另外还有许多半通 用系列如：支持USB接口的MCU 8XC930/931、C540、C541； 支持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列。目前
2021/2/5
ARM分类
基于指令集体系结构（构架ISA）的分类 ARM V1 体系是最初版本，只有26位的寻址空间，没有乘法指 令，最终没有商业化 ARM V2 体系与V1体系同为26位寻址空间，具有乘法和加法指 令，支持协处理器 ARM V3 体系的寻址范围扩展到32位，具有乘法和加法指令， 支持协处理器 ARM V4 体系增加了半字存储操作，对调试的支持以及支持嵌 入的ICE ARM V5 体系增加了DSP指令支持和对Java指令的支持 ARM V6 体系增加了媒体指令，ARMv6指令集合中加入了超过 60条SIMD单指令多数据指令 ARM V7 体系定义了三种独立的内核型－－A(应用领域)， R( 实时领域)，M(控制领域)
ARM应用系统开发详解(入门资料)
ARM应用系统开发详解（入门资料）第1章ARM微处理器概述本章简介ARM微处理器的一些基本概念、应用领域及特点，引导读者进入ARM技术的殿堂。
本章主要内容：－ ARM及相关技术简介－ ARM微处理器的应用领域及特点－ ARM微处理器系列－ ARM微处理器的体系结构－ ARM微处理器的应用选型1.1 ARM－ADV ANCED RISC MachinesARM（ADV ANCED 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，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，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。
1.2 ARM微处理器的应用领域及特点1.2.1 ARM微处理器的应用领域到目前为止，ARM微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域：1、工业控制领域：作为32的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。
ARM芯片
ARM芯片ARM芯片是一种广泛应用于移动设备、物联网和嵌入式系统中的微处理器架构。
ARM（Advanced RISC Machines）公司是一家总部位于英国的半导体公司，专门设计和许可ARM架构的芯片和技术。
ARM芯片以其低功耗、高性能和灵活性而闻名，成为移动设备行业的主要选择。
ARM架构的设计理念主要基于精简指令集计算（RISC）的原则。
这种架构采用了简洁的指令集和较小的指令字长，使得处理器能够更高效地执行指令，提高性能和能效比。
相较于复杂指令集计算（CISC）的架构，ARM芯片更加适用于移动设备等功耗敏感的应用场景。
ARM芯片在移动设备领域的应用非常广泛。
从智能手机到平板电脑，从可穿戴设备到智能家居，ARM芯片几乎成为了移动设备的标配。
凭借其低能耗和高性能的特点，ARM芯片不仅能够提供出色的用户体验，还能延长设备的电池寿命。
物联网是另一个重要应用领域，ARM芯片为物联网设备提供了强大的计算和通信能力。
物联网设备通常需要小巧、低功耗的芯片来保证其长时间的稳定运行，而ARM芯片正好满足了这些要求。
无论是智能家居设备、智能穿戴设备还是工业自动化设备，ARM芯片都能提供高性能和低功耗的解决方案。
嵌入式系统也是ARM芯片的另一个主要应用领域。
嵌入式系统是指集成了计算、通信和控制功能的特定设备，例如汽车电子、控制器和医疗仪器等。
对于嵌入式系统来说，可靠性和实时性是至关重要的，而ARM芯片通过其灵活的架构和强大的计算能力，为嵌入式系统提供了稳定可靠的解决方案。
除了以上应用领域，ARM芯片还广泛用于网络设备、数据中心和机器学习等领域。
虽然ARM芯片在过去更多地用于低功耗的移动设备，但近年来，随着ARM架构的不断演进和ARM芯片性能的提升，其在高性能计算、人工智能和大数据处理等领域的应用也越来越受到关注。
ARM芯片的成功离不开ARM公司的合作伙伴生态系统。
ARM公司与众多半导体公司合作，许可其架构和技术，并且提供了丰富的开发工具和资源。
ARM体系简介解析
2、采用哈佛结构
根据计算机的存储器结构及其总线连接形式，计算机系统可以分为冯· 诺 依曼结构和哈佛结构。ARM9采用的就是哈佛结构，而ARM7采用的则是 冯·诺依曼结构。
主流的ARM处理器介绍
冯· 诺依曼结构
数据存储器
哈佛结构
地址 数据 地址 指令 CPU PC
程序存储器
在RISC架构的处理器中大约有30%的指令是Load-Store指令，而采 用哈佛结构将大大提升这两个指令的执行速度，提高系统效率。
ARM9是本书所采用的微处理器，下面关于ARM9的介绍也是更多地 集中于ARM9E。
主流的ARM处理器介绍
• ARM9处理器的特点 • 1、流水线
对嵌入式系统设计者来说，硬件通常是第一考虑的因素。每一级流水 都对应CPU的一个时钟周期，如果一级流水中的逻辑过于复杂，使得执 行时间居高不下，必然导致所需的时钟周期变长，造成CPU的主频不能 提升。所以流水线的拉长，有利于CPU主频的提高。Arm7使用三级流水 线、ARM9使用五级流水线。
Cortex-M系列基本特征：
成本低 能耗低可兼容性好 易于使用
主流的ARM处理器介绍
• ARM Cortex嵌入式处理器应用领域
Cortex-R系列基本特征 快速 确定性 安全 成本效益
Cortex-M系列应用领域
Cortex-R系列应用领域
主流的ARM处理器介绍
• 经典ARM处理器
S3C2440A处理器
• 我们使用的开发板是基于S3C2440A处理器的。S3C2440A是一款由 Samsung公司使用ARM920T核，它的低功耗、精简而出色的全静态设计 特别适用于对成本和功耗敏感的领域。S3C2440A实现了MMU、 AMBA（Advanced Micro controller Bus Architecture）BUS和哈佛高 速缓冲体系结构。
微处理器系统结构课程介绍
04 微处理器的工作原理
微处理器的时钟系统
时钟信号
时钟信号是微处理器中最重要的 信号之一，它控制着微处理器的
工作节奏和同步操作。
时钟源
时钟源是产生时钟信号的源头，通 常由晶体振荡器或石英振荡器提供 稳定的时钟频率。
时钟分频与倍频
为了满足微处理器内部不同模块的 工作需求，时钟信号需要进行分频 或倍频处理，以提供合适的时钟周 期。
微处理器的发展历程
第一代微处理器
第二代微处理器
第三代微处理器
第四代微处理器
64位微处理器
1971年，Intel公司推出 了第一款商用微处理器 4004，它由2300个晶体 管组成，字长4位，标志 着微处理器时代的开始。
随着技术的不断发展，8 位微处理器如Z80和 8080等相继问世，广泛 应用于家用和工业控制 等领域。
微处理器的应用领域
工业控制
微处理器可以用于各种工业控 制系统中，如自动化生产线、 智能仪表等。
通信设备
微处理器在通信设备中用于实 现信号处理、调制解调、协议 控制等功能。
计算机系统
微处理器是计算机系统的核心 部件，负责计算机的运算和控 制功能。
汽车电子
现代汽车中广泛应用微处理器 实现发动机控制、安全气囊、 ABS防抱死刹车等功能。
微处理器系统结构课程介绍
目 录
• 课程介绍 • 微处理器基础知识 • 微处理器系统结构 • 微处理器的工作原理 • 微处理器的编程与优化 • 微处理器的发展趋势与未来展望
01 课程介绍
课程目标
掌握微处理器系统结构的基本原理和概念。
理解微处理器内部结构、指令集、存储器层次结 构等关键要素。
培养学生对微处理器系统设计和应用的能力，提 高解决实际问题的能力。
什么是ARM处理器
什么是ARM处理器爱学习的小伙伴们，你们知道ARM是什么处理器吗?不知道的话跟着店铺一起来学习ARM处理器。
ARM处理器的介绍随着移动设备平台的日益壮大，甚至有取代桌面平台的势头，“ARM”这个词越来越多地出现在人们的视野中，特别是手机或平板处理器上，然而却从不见ARM的处理器，而是“采用ARM最新架构”的处理器。
其实，ARM(Adanced RISC Machines)，不仅是是一种处理器的通称，也是一个公司名字，还可以认为是一种技术名字。
1991年ARM公司成立于英国Cambridge，主要销售晶片设计技术的授权。
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方面。
(ARM生态系统)ARM公司是专门从事基于RISC技术晶片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事晶片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的晶片，世界各大半导体生产商(RFID射频快报注：如PHILIPS、TI、Intel、BroadCom、ATMEL等)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微处理器晶片进入市场。
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，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。
ARM的来历, 如果说，“嵌入式”是2001年电子工程师谈论得最多的词之一，2002年谈论得最多的一个词就是“ARM”。
究竟什么是ARM呢，他是英国一家电子公司的名字，全名的意思是Advanced RISC Machine。
该公司成立于1990年11月，是苹果电脑，Acorn电脑集团和VLSI Technology的合资企业。