32位嵌入式微处理器ARM1
ARM、8051、AVR、MSP430、DSP、FPGA六种体系比较区别
ARM、8051、AVR、MSP430、DSP、FPGA六种体系比较区别1.前言嵌入式系统最大特征是“嵌入”二字，也就是说你的控制系统是嵌入于你的控制对象之中，所以首先是服从于对象的需求和特征，脱离对象空论谁好谁坏有何依据？学习单片机无所谓选那款，关键在于你能否掌握其本质，快速的触类旁通，你的产品是否成功就在于你能否最佳的选择好符合嵌入对象特征的MCU。
2.ARM Vs 80511.8051是8位的 ARM是32的2.速度：.ARM的主频可以达到700M而8051超过50M就很了不起了3.ARM运算处理能力强，8051侧重处理逻辑运算，算术浮点运行比较差。
4.ARM的硬件资源丰富，8051硬件资源比较单一和简单。
5.ARM的FLASH和RAM超大，8051太小，干不了大活。
3.ARM Vs AVR（低功耗）ARM是IP核，可供各大芯片商集成到各自的设计中，好比是软件语言中的C++，如果你想换一家厂商或者某家的货太贵，都会有其它的厂商来竞争，至少从理论上，你不会被一家厂商套住。
AVR这方面就差点，ATMEL一家，别无分号。
你只能在他的系列中选一个型号，无法选厂家。
好比是软件语言中的Java，虽然现在免费（指Java的SDK，不是AVR）或价格低，但市场前景更多的掌握在厂商手中。
功能方面，ARM大大优于AVR，ARM可以做PDA,手机，AVR显然不行，最糟糕的是ARM上可以跑Linux，Linux可以做多少事啊，虽说国内实际在ARM平台上跑出Linux而又愿意公开技术的人几乎没有（我正在努力朝这个方向发展），但前途绝对是光明的。
功能上的优势意味着ARM比AVR有着更广的应用范围4.ARM Vs MSP430MSP430会向着专用，更低电压，更低功耗的方向发展，不求功能大而全。
应该会有更多的型号出现以供不同场合的测量使用。
430的编程方法是在低功耗模式与任务之间切换来降低系统功耗，满足便携和节能的要求。
单片机mcu1
单片机应用系统的基本组成
1. 系统硬件基本组成
信号采集 及处理
A/D MCU 开关量输入 显示子系统
键盘子系统
D/A 数据存储 子 系 统 (E2PROM 、 Flash)
信号 放大
开关量输出
显示子系统：负责系统的显示，可用LED发光二极 管、LED数码管、LCD等作为显示器件。 A/D和D/A：分别负责系统的模拟信号采集(可用来测 温、测压等)和模拟信号输出(可用来控制调节阀等执 行机构)功能。 开关量输入和输出：分别负责系统的数字信号采集 和数字信号输出功能。 数据存储子系统：在某些仪表或设备中，经常需要 存储大量的数据(如，温度表可存储1天的历史温度 值，且掉电不丢)，则可加上数据存储子系统(使用 Flash、E2PROM芯片)用来存储数据。
一、嵌入式系统
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础， 并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠 性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系 统。 它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式 操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用
于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。
二、复杂指令集和精简指令集
CPU架构:
CISC(Complex Instruction Set Computer，复杂 指令集计算机)和RISC(Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机)是当前CPU的 两种架构。 区别在于不同的CPU设计理念和方法。
（4）、其他常用系列单片机
摩托罗拉(motorola)的MC68HC05/11/12/16, 68300等； 德州仪器(TI)的MSP 430系列； ATMEL公司的AVR系列；
ARM课后习题及答案_百度文库.
第一章思考与练习 1、举出3个书本中未提到的嵌入式系统的例子。
答:红绿灯控制,数字空调,机顶盒 2、什么叫嵌入式系统嵌入式系统：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
3、什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。
嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU 嵌入式DSP 处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP 嵌入式片上系统(System On Chip 4、什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，首先，嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。
其次，提高了开发效率，缩短了开发周期。
再次，嵌入式实时操作系统充分发挥了 32 位 CPU 的多任务潜力。
第二章 1、嵌入式系统项目开发的生命周期分哪几个阶段？各自的具体任务是什么？项目的生命周期一般分为识别需求、提出解决方案、执行项目和结束项目4 个阶段。
识别需求阶段的主要任务是确认需求，分析投资收益比，研究项目的可行性，分析厂商所应具备的条件。
提出解决方案阶段由各厂商向客户提交标书、介绍解决方案。
执行项目阶段细化目标，制定工作计划，协调人力和其他资源；定期监控进展，分析项目偏差，采取必要措施以实现目标。
结束项目阶段主要包括移交工作成果，帮助客户实现商务目标；系统交接给维护人员；结清各种款项。
2、为何要进行风险分析？嵌入式项目主要有哪些方面的风险？在一个项目中，有许多的因素会影响到项目进行，因此在项目进行的初期，在客户和开发团队都还未投入大量资源之前，风险的评估可以用来预估项目进行可能会遭遇的难题。
需求风险；时间风险；资金风险；项目管理风险 3、何谓系统规范？制定系统规范的目的是什么？规格制定阶段的目的在于将客户的需求，由模糊的描述，转换成有意义的量化数据。
嵌入式ARM简介
1
嵌入式系统学习方法
2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ARM简介
ARM简介
• ARM是什么？ 1. ARM——32位RISC结构IP核提供商
2. ARM——Advanced RISC Machines IP核 3. ARM ——ARM处理器
3.1 ARM简介
• ARM简介
将技术授权给 其它芯片厂商
...
形成各具特色 的ARM芯片
ARM产业链
ARM 公司分支
ARM嵌入式处理器的市场份额
ARM应用领域
ARM微处理器的应用领域
• • • • • 工业控制领域 无线通讯领域 网络应用 消费电子产品 成像和安全产品
ARM微处理器系列
• • • • • • • ARM7系列 ARM9系列 ARM9E系列 ARM10E系列 ARM11系列 SecurCore系列 Cortex系列
• THUMB指令集 ( ‘T’)
THUMB 指令集: 32位ARM指令集的子集，按16位指 令重新编码
代码尺寸小 ( up to 36 % compression) 简化设计
？
ARM7TDMI
ARM7 T D M I - S
ARM7TDMI 的可综合（synthesizable）版 本（软核），对应用工程师来说其编程模 型与ARM7TDMI 一致； 支持EmbededICE观察硬件； 支持64位乘法； 支持片上调试； 支持高密度16位的Thumb指令集；
体系结构 –T
• Intel的StrongARM和Xscale系列
ARM体系结构的命名规则
ARM{X}{y}{z}{T}{D}{M}{I}{E}{J}{F}{-S} x——系列 y——存储管理/保护单元 z——Cache T——Thumb16位译码器 D——JTAG调试器 M——快速乘法器 I——嵌入式跟踪宏单元 E——增强DSP指令 J——Jazelle F——向量浮点单元 S——可综合版本，以源代码形式提供的ARM核
嵌入式填空题
填空题1、ARM微处理器有7种工作模式它们分为两类非特权模式、特权模式。
其中用户模式属于非特权模式2、ARM支持两个指令集，ARM核因运行的指令集不同，分别有两个状态ARM、Thumb，状态存放器CPSR的T位反映了处理器运行不同指令的当前状态3、ARM核有多个存放器，其局部用于通用存放器，有小局部作为专用存放器，R15存放器用于存储PC，R13通常用来存储SP。
ARM处理器有两种总线架构，数据和指令使用同一接口的是诺依曼，数据和收指令分开使用不同接口的是哈佛构造4、ARM微处理器复位后PC的地址通常是0*0初始的工作模式是Supervisor。
5、ARM微处理器支持虚拟存它是通过系统控制协处理器CP15和MMU存储管理部件来进展虚拟存的存储和管理。
当系统发生数据异常和指令领取异常时异常处理程序透过嵌入式操作系统的存管理机制通过MMU交换物理存和虚拟存的页面以保证程序正常执行。
6、编译代码时有两种存储代码和数据的字节顺序一种是小端对齐另一种是大端对齐。
7、构建嵌入式系统开发环境的工具链有多种其中开放源码的工具链是GNU工具链ARM公司提供的工具链是ADS工具链计算机有CISC和RISC两种类型以ARM微处理器为核心的计算机属于RISC 类型其指令长度是定长的9.一般而言嵌入式系统的构架可以分为4个局部分别是处理器、存储器、输入/输出和软件一般软件亦分为操作系统相关和应用软件两个主要局部。
10、根据嵌入式系统使用的微处理器可以将嵌入式系统分为嵌入式微控制器、嵌入式DSP 处理器、嵌入式微处理器以及片上系统。
11、操作系统是联接硬件与应用程序的系统程序,其根本功能有进程管理、进程间通信、存管理、I/O资源管理。
12、从嵌入式操作系统特点可以将嵌入式操作系统分为实时操作系统和分时操作系统其中实时系统亦可分为硬实时系统和软实时系统。
13、核负责管理各个任务或者为每个任务分配CPU时间并且负责任务之间的通信，核的根本效劳是任务切换。
什么是ARM_什么是嵌入式系统
什么是ARM?什么是嵌入式系统？发布时间: 2008-11-19 来源:电力～电子设计网站作者: kapor 浏览: 2677随着ARM处理器的流行，为了使更多工程师了解ARM傅立叶撰写了系列开发文章，主要解决什么是ARM,ARM在产品项目中的开发流程，LINUX,WINCE,VXWORKS等操作系统在ARM处理器上的应用等内容。
希望对初学者有所帮助。
第一篇、嵌入式系统和ARM开发（傅立叶电子科技ARM技术研发部710065）1．嵌入式系统概述应该肯定地讲我们每一位都已经使用过嵌入式系统有关的产品，嵌入式系统已经深入到我们生活的每一个角落。
他所涉及的领域广泛到我们的想象力能及的任何地方。
嵌入式系统是相对桌面系统来讲的，凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可以称为嵌入式系统。
作为系统核心的微处理器又包括三类：微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)、嵌入式微处理器(MPU)。
嵌入式比较准确一个定义如下：系统以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
嵌入式系统的应用和组成嵌入式系统就是可精简计算机系统，现在一个ARM7的处理器比一个486还要快，可以挂很多设备并且价格很低。
嵌入式技术目的就是在不适宜用工控机的场合替代pc系统，而对于很多场合工控机的很多功能没有用处而用户必须要付出成本，嵌入式系统解决了这个问题，兼顾功能而又节省成本把不需要的设备裁减掉。
嵌入式系统无处不在，他的核心是处理器。
包括单片机也是嵌入式处理器的一种，在实际应用中不同等级的处理器应用方向也不同。
嵌入式微处理器的应用对比表：为什么要用位处理器？随着电子设备日新月异的发展，电子设备功能越来越完备，无论军品、工业品还是民品设计理念都越来越人性化。
很简单的讲，您家里空调、电视、DVD每样设备都单独使用一台遥控器，我们是否能够把他们几合一呢？岂不是更加方便？管理这么一堆设备从软件上来讲肯定是复杂的多了，从硬件方面当然也需要功能更加强大、功耗极低、价格更廉价的处理器来支持，32位的ARM处理器能够轻松完成以上需求。
ARM架构
R13(SP)
R13
R13
R13_svc R13_svc R14_svc R14_svc
2-3-1 ARM状态下的寄存器组织
寄存器类别 寄存器在汇编中的名 称 用户 用户 R0(a1) R1(a2) R2(a3) R3(a4) R4(v1) R5(v2) R6(v3) 通用寄存器 和程序计数 器 R7(V4) R8(V4) R9(SB,v6) R0 R0 R1 R1 R2 R2 R3 R3 R4 R4 R5 R5 R6 R6 R7 R7 R8 R8 R9 R9 R10 R10 R11 R11 R8 R9 各模式下实际访问的寄存器 系统 系统 管理 管理 中止 中止 R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8_fiq R8_fiq R9_fiq R9_fiq R10_fiq R10_fiq R11_fiq R11_fiq 未定义 未定义 中断 中断 快中断 快中断
1-4-1 常见ARM微处理器系列介绍
ARM9系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供 最佳的性能：
5级整数流水线，指令执行效率更高。 提供1.1MIPS/MHz的哈佛结构。 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。 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。
2-1 ARM微处理器的工作状态
处理器状态: ARM9处理器内核使用V4T版本的ARM结构，具有 两种操作状态：
ARM状态：32位，这种状态下执行的是字方式的ARM指令 Thumb状态：16位，这种状态下执行半字方式的ARM指令。
ARM微处理器 S3C2410的简介
ARM微处理器 S3C2410的简介1.1 ARM微处理器的介绍1）ARM微处理器的工作状态和工作模式从编程的角度看，ARM微处理器的工作状态有两种，可在两种状态之间切换：第一种为ARM状态，此时处理器执行32位的字对齐的ARM指令；第二种为Thumb状态，此时处理器执行16位的、半字对齐的Thumb指令。
2）ARM微处理器支持7种运行模式，分别为：用户模式（USR）：ARM处理器正常程序执行的模式。
快速中断模式（ FIQ ）：用于高速数据传输或通道处理用于快速中断服务程序。
当处理器的快速中断请求引脚有效，且CPSR（6位）中F位为0时（开中断），会产生FIQ异常。
外部中断模式（ IRQ ）：用于通用的中断处理，当处理器的外部中断请求引脚有效，且CPSR（7位）中I位为0时（开中断），会产生IRQ异常。
系统的外设可通过该异常请求中服务。
特权模式或管理员模式（SVE）：操作系统使用的保护。
执行软件中断SWI 指令和复位指令时，就进入管理模式，在对操作系统运行时工作在该模式下。
1.2 S3C2410微处理器1.2.1 概述S3C2410是韩国三星公司的一款基于ARM920T内核的16/32位RISC嵌入式微处理器，主要面向手持设备以及高性价比，低功耗的应用。
运行的频率可以达到203MHz。
ARM920T核由ARM9TDMI，存储管理单元（MMU）和高速缓存三部分组成。
其中MMU可以管理虚拟内存，高速缓存由独立的16KB地址和16KB数据高速Cache 组成。
ARM920T有两个协处理器：CP14和CP15。
CP14用于调试控制，CP15用于存储系统控制以及测试控制。
ARM920T体系结构框图图2-1 ARM920T体系结构框图1.2.2 S3C2410微处理器的结构S3C2410内部结构原理内部原理框图如下：图2-2S3C2410内部结构原理ARM 微处理器中共定义了37个编程可见寄存器，每个寄存器的长度均为32位。
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? 注意：相同体系可能有完全不同的实现
只支持Thumb-2
– ARM7TDMI - arch v4T. 冯诺依曼结构，3级流水线
– ARM920T - arch v4T. 哈佛结构，5级流水线，具有MMU
各种体系的ARM内核列表
处理器核心
体系结构
? ARM7TDMI系列
v4T
– ARM720T, ARM740T
r8 r9 r10 r11 r12 r13 (sp) r14 (lr)
r13 (sp) r14 (lr)
r13 (sp) r14 (lr)
r13 (sp) r14 (lr)
cpsr
当前模式
spsr
spsr
spsr
Banked out registers
spsr
spsr
ARM寄存器集（ Thumb State ）
时进入
模
FIQ
一个高优先级的快速中断产生时进入
常
IRQ
异
一个低优先级的普通中断问异常
特权模式
Undef
用来处理未定义的指令
System User
特权模式，与用户模式使用相同寄存器
大多数应用程序/操作系统任务执行时 的模式
非特权模 式
ARM寄存器集（ARM State）
? ARM11系列
v6
– ARM1136J(F)-S
– ARM1156T2(F)-S
v6T2
– ARM1176JZ(F)-S
v6Z
? Cortex 系列
– ARM Cortex-A8
v7A
– ARM Cortex-R4
v7R
– ARM Cortex-M3
v7M
? 附录里有关于ARM处理器内核的命名习惯和特性的说明
Control Coprocessor
US B
Fast core clock domain
Slower bus clock domain
Memory System
ARM体系结构的发展
4T
5TE
6
7
Thumb-2
半字以及有符号 半字/字节支持
系统模式
Thumb指令集
增强的ARM/Thumb 指令交互
? TCM – 紧耦合内存 – 快速的本地内存 – 特定的地址范围
? Write buffe（r 写缓存区） – 减少了写数据到外部内存的次数
System on Chip
ARM926EJ-S core
ARM9E Integer Core
TCM
Write buffer
Interface
Cache
MMU or MPU
B
DEBUG
AH
A
nIRQ
B
nFIQ
M
A
Interrupt
Controller
ARM Primecell
B AP
Peripherals
A B
M
A
GPIO
DMA Port
External Memory Interface
On chip RAM
APB Bridge
ARM based SoC
FLASH SDRAM
CLZ指令 饱和运算 DSP乘加指令
SIMD指令 多处理技术 V6内存体系 支持非对齐数据
CoreSight
7A (Applications) NEON
扩展： Jazelle (5TEJ)
扩展：
7R (Real-time) 支持硬件除法
Thumb-2 (6T2)
TrustZone (6Z)
7M (Microcontroller)
主要内容
? 体系结构 ? 编程模型 ? 指令集介绍 ? ARM处理器内核 ? 内存及IO
8
数据宽度和指令集
? ARM属于RISC体系 – 许多指令能够在单周期内执行
? ARM是32位读取/存储架构 ? 数据类型
– 字节型数据（Byte ）：数据宽度为8bits – 半字数据类型（ HalfWord ）： 数据宽度为 16bits ，
存取式必须以2字节对齐的方式 – 字数据类型（ Word ）： 数据宽度为 32bits ，存取式
必须以4字节对齐的方式
数据宽度和指令集
? 大部分的ARM处理器都实现了两种指令集 – 32位ARM 指令集 – 16位 Thumb 指令集
? 最新的ARM核引入了新的指令集 Thumb-2 – 提供了32位和16位的混合指令 – 在增强了灵活性的同时保持了代码高密度
? 包含一个中断控制器
– 内核只支持两种中断 ? 包含Primecel外l 设
– 需要从ARM公司取得授权 ? 用AMBA相连的器件
(AdvancedMicrocontrollerBus Architecture)
Clocks and Reset Controller
ARM
Processor
core
? ARM9TDMI系列
v4T
– ARM920T,ARM922T,ARM940T ? ARM9E 系列
v5TE, v5TEJ
– ARM946E-S, ARM966E-S, ARM926EJ-S
? ARM10E 系列
v5TE, v5TEJ
– ARM1020E, ARM1022E, ARM1026EJ-S
User mode
IRQ
FIQ
Undef Abort
SVC
r0 r1 r2 r3 r4 r5 r6 r7 r8 r9 r10 r11 r12 r13 (sp) r14 (lr) r15 (pc)
ARM有37个寄存器，都是32位宽 这些寄存器的子集只能在相应模 式被访问
r13 (sp) r14 (lr)
? Jazelle核可以执行 Java字节码(Java bytecode)
处理器模式
? ARM处理器有七种基本的操作模式： – 每一种模式只能访问： ? 自己的栈空间和不同的寄存器子集 – 有一些操作只能在特权模式下执行
模式
描述
Supervisor 当复位或者软中断（SWI）指令被执行
式
(SVC)
嵌入式系统及应用
32位嵌入式微处理器ARM（1）
ARM体系结构及 处理器内核
主要内容
? 体系结构 ? 编程模型 ? 指令集介绍 ? ARM处理器内核 ? 内存及IO
3
基于ARM的系统举例
? ARM核深度嵌入于SoC中
– 通过JTAG 口进行外部调 试
? 设计既有外部内存又有内部 内存
– 支持不同的内存宽度、速 度和大小
高速缓存内核术语
? MPU – 内存保护单元
– 控制内存访问权限 – 控制内存区域的属性
（cacheable, bufferable ） ? MMU – 内存管理单元
– 具有MPU的所有特性
– 另外提供虚拟地址到物理地址的 转换
? Cache（高速缓存） – 快速的本地内存 – 存放最近被访问过的内存的副本