第三章典型的嵌入式系统处理器
第3章 典型嵌入式处理器
第3章 典型嵌入式处理器
2. S3C44BOX主要技术特征
（9）A/D转换器：内部有10位8路A/D转换器，最大100kSPS，分辨 率10位。
（10）LCD控制器：内部支持彩色/单色/灰度LCD，支持单扫描和 双扫描显示，支持虚拟显示功能，系统内存可作为显示内存，专用 DMA用于从系统内存中提取图像数据，屏幕尺寸可编程，支持16级灰 度或256级彩色。
（2）系统存储管理采用大、小端模式管理：系统包含8个地址空间（6 个ROM、SRAM存储器以及2个ROM/SRAM/DRAM），每个地址空间位 32MB，共256MB地址空间；所有地址空间都可设置为8位、16位或32位数 据宽度对齐访问；有7个固定的起始地址和1个可编程的存储块（Bank）； 1个起始地址和尺寸可编程的存储块：在能量低的情况下支持 DRAM/SDRA2M自动刷新模式；支持DRAM的非对称、对称寻址。
（8）DMA控制器：内部有12路通用的无需CPU干涉的DMA控 制器；2路桥式DMA，支持I/O到内存、内存到I/O、I/O到I/O；采用6 种DMA请求方式（软件；4个内部功能块，即UART，SIO，实时钟、 I2S；外部管脚）；DMA之间可编程优先级次序；突发传送模式提高 到FPDRAM、EDODRAM和SDRAM的传送率。
第3章 典型嵌入式处理器
第3章 典型嵌入式处理器
3.1 LPC2000系列嵌入式微控制器
3．1．1 LPC2000系列嵌入式微控制器概述 LPC2000系列嵌入式微控制器是基于ARM7TDMI-S CPU内核的，它支持ARM和Thumb指
令集，芯片内集成丰富外设，而且具有非常低的功率消耗。该系列微控制特别是适用于工业 控制、医疗系统、访问控制和POS机等场合。有关其系列产品的主要信息见教材表3.1。
嵌入式处理器
2.2 嵌入式处理器的种类
处理器间认定的交叉： 提供X86微处理器的著名厂商AMD公司，将 Am186CC/ CW 等嵌入式处理器称之为 Microcontroller
Motorola公司把以 PowerPC为基础的 PPC505 和 PPC555 亦列入单片机行列
TI 公司亦将其 TMS320C2XXX 系列DSP作MCU 进行推广
流水线结构
计算机执行指令时，经过取指、译码、取数、执行运算 ，需要若干周期流水线技术重叠执行指令 取指令指令译码取数据执行指令结果写入
每一条完整指令所用时间相同，但整体效率提高
哈佛结构流水线技术基础
专用的硬件乘法器
早期微处理器：乘法由一系列加法实现，需多个指令周 期 D S P 芯片： 专用硬件乘法器—一个指令周期完成
ARM：RISC处理器IP核＋Fabless—SIP公司
知识点扩展-Fabless
无厂半导体公司：专注于设计与销售应用半导体芯片 的硬件装置，并透过将半导体的生产制造，外包予专业 晶圆代工半导体制造厂商来取得优势的公司 无厂半导体公司可将其资源集中在最终市场行销与与 产品设计研发，而不需投放资源到当前的半导体制造技 术与工厂 代表公司： ATI NVIDIA 联发科 MTK 山寨教父 Nhomakorabea
以某种微处理器内核为核心，芯片内部集成了 ROM/EPROM/FLASH 、RAM 、总线、总线逻辑、定 时/ 计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、 A/D、D/A等各种必要的功能和外设。 由于单片机的片上外设资源比较丰富，适合于控制， 因此称为微控制器 。 单片化大大减小了体积，降低了功耗和成本，提高了 可靠性，因而成为目前嵌入式系统的主流，占据了嵌 入式系统大约70%的市场份额。
天津科技大学嵌入式操作系统---第3章 基于linux的嵌入式软件开发
18:19
4
3.1.1 嵌入式软件体系结构
18:19
5
1. 设备驱动层
设备驱动层是嵌入式系统中必不可少的重 要部分，使用任何外部设备都需要有相应 驱动程序的支持，它为上层软件提供了设 备的操作接口。 上层软件不用理会设备的具体内部操作， 只需调用驱动层程序提供的接口即可。 驱动层一般包括硬件抽象层HAL、板级支 持包BSP和设备驱动程序。
18
3.2.2 基于开发板的二次开发
所谓二次开发是利用现成的开发板进行开发，不同于通用 计算机和工作站上的软件开发工程，一个嵌入式软件的开 发过程具有很多特点和不确定性。其中最重要的一点是软 件跟硬件的紧密耦合特性。 由于嵌入式系统的灵活性和多样性，这样就给软件设计人 员带来了极大地困难。第一，在软件设计过程中过多地考 虑硬件，给开发和调试都带来了很多不便；第二，如果所 有的软件工作都需要在硬件平台就绪之后进行，自然就延 长了整个的系统开发周期。这些都是应该从方法上加以改 进和避免的问题。 为了解决这个问题，通常的做法是基于某种开发板做二次 开发，从这个角度看，硬件开发所占的比重不到20%，而 软件开发的比重占到了80%。
3.1 嵌入式软件结构 3.2 嵌入式软件开发流程 3.3 嵌入式linux开发环境 3.4 嵌入式系统引导代码 3.5 linux内核结构及移植 3.6 嵌入式文件系统及移植 3.7 linux设备驱动概述 3.8 设备驱动程序接口 3.9 linux设备驱动开发流程
18:19 3
3.1 嵌入式软件结构
?在嵌入式开发中经常要面对设备驱动程序的开发嵌入式系统通常有许多设备用于与用户交互象触摸屏小键盘滚动轮传感器在嵌入式开发中经常要面对设备驱动程序的开发嵌入式系统通常有许多设备用于与用户交互象触摸屏小键盘滚动轮传感器rs232接口lcd等等
嵌入式处理器
嵌入式处理器子系统
嵌入式系统适用的处理器包括通用微处理 器、嵌入式微控制器、嵌入式微处理器、 DSP等，有时还可以使用可编程逻辑器件 （FPGA或CPLD等）作为内核处理单元。
通用微处理器
相似处
对外的接口：各类总线及辅助电路接口 处理功能：近似的指令功能分类
不同特征
指令系统中指令的个数：如浮点功能的有/无 指令的形式：精简指令集计算机（RISC）和复杂指 令集计算机（CISC） 处理器的结构设计：如流水线结构 处理器的工艺和应用指标：如工作的温度条件等
Microchip系列嵌入式控制器
高性能、低价格、小包装，广泛应用于消 费者市场、计算机外设、办公室自动化、 自动控制系统安全、无线电通信应用。 PIC16C5X 12位编程字 PIC16CXXX 14位编程字 PIC17CXXX 16位编程字 PIC18CXXX 增强的16位编程字 PIC12CXXX 8管脚12位/14位的编程字
PIC18CXXX 16位结构系列
结合模数转换器的高性能、CMOS、全静 态的16位MCU。 采用高级RISC结构。 Harvard结构。
Philips LPC嵌入式控制器系列
51LPC系列OTP嵌入式微控制器与80C51 系列兼容；时钟频率可高达20MHz。 20个引脚，I/O端口功能丰富。
Philips LPC主要性能和特点
嵌入式微处理器
特点：
需要扩展。一般需要大量的外围电路，包括存储器 和I/O接口电路 处理能力一般大于微控制器：大量的芯片面积集成 了处理器内核，具有较高时钟频率和较宽的字长 寻址能力大于微控制器 一般适合于高端应用 型号多 通用性强
ARM、Atmel、Intel、Motorola、National Semiconductors等公司
常见的嵌入式处理器比较分析
常见的嵌入式处理器比较分析常见的嵌入式处理器比较分析嵌入式系统本身是一个相对模糊的定义。
嵌入式系统已经渗透到我们生活中的每个角落，工业、服务业、消费电子……，而恰恰由于这种范围的扩大，使得“嵌入式系统”更加难于明确定义。
下面是店铺整理的关于常见的嵌入式处理器比较分析，欢迎大家参考!几款常用的常用嵌入式处理器性能(1) ARM它采用32位元精简指令集(RISC)架构或者复杂指令集CISC架构，流行的产品系列主要有ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、SecurCore及StrongARM ARM11系列。
其中ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10为4个通用处理器系列，每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求，共有37个寄存器，通过它本身的代码开发优化可节省30%～40%以上的存储空间。
SecurCore系列专门为安全要求较高的应用而设计。
ARM处理器具有体积小、低功耗、低成本、高性能;大量使用寄存器，指令执行速度更快;指令长度固定。
支持Thumb/ARM双指令集，能很好的兼容8位/16位器件; 寻址方式灵活简单，执行效率高;大多数数据操作都在寄存器中完成等特点，得到广泛的应用，ARM公司也凭借其雄厚的资金实力，不断的开发出新的产品供业界参考，最近还有消息要进入服务器市场。
(2) 单片机单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力CPU、RAM、ROM、I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
常用单片机芯片包括：PIC、EMC、ATMEL、PHLIPIS 51LPC系列、HOLTEK、德州仪器等公司生产的单片机产品。
简单的说它就是一块芯片就成了一台计算机。
它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。
单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，靠程序运行的并且可以修改。
浅谈几种常见的嵌入式处理器比较分析
浅谈几种常见的嵌入式处理器比较分析嵌入式处理器是一种专门用于控制设备的微处理器。
在嵌入式系统中，处理器应当尽可能地节约资源，以达到低功耗和低成本的目的。
常见的嵌入式处理器有ARM、AVR、PIC、MSP等，下文将从性能、功耗、可扩展性、开发环境等方面对它们进行比较分析。
ARMARM架构的处理器广泛应用于手机、平板电脑、数字电视、音乐播放器等消费类电子设备上。
ARM的主要特点是采用精简指令集（Reduced Instruction Set Computing, RISC）的架构，具有高性能、低成本、低功耗等特点，因此广泛应用于电子设备。
ARM还有一个优势，就是它的生态系统完善。
有很多公司提供已经调试好的ARM件和软件，使得嵌入式系统的开发变得更加容易。
AVRAVR是一款基于Harvard架构的嵌入式处理器，主要由Atmel公司开发。
AVR 处理器具有低功耗，可扩展性和良好稳定性等特点。
AVR固件可以轻松地配置和建立基于Arduino板的嵌入式系统，还支持多种编程语言，如C、C++ 和Assembly等。
AVR的缺点是易于受到高噪音电磁干扰的影响。
PICPIC是一款以Harvard架构为基础，由微芯科技公司开发的嵌入式微处理器。
与ARM架构不同，PIC采用复杂指令集（Complex Instruction Set Computing，CISC）架构，具有较高的代码密度，可以减少程序代码和ROM存储器的使用量。
另外，PIC具有低成本和高可扩展性，可作为家庭电器及电子设备的处理单元。
需要注意的是，由于PIC占用的存储器较小，其处理速度也相对较慢。
MSPMSP是美国德州仪器（TI）公司推出的一种嵌入式微控制器。
与ARM、AVR等相比，MSP的功耗更低，整体成本也更为便宜。
MSP具有高度可扩展性，开发者可以选择不同的内存、硬件和引脚，以满足各种应用的需求。
MSP还可以使用MSP430Ware套件，使开发人员更容易地开发出嵌入式系统。
嵌入式系统讲义3a_嵌入式处理器
7
第三章 嵌入式处理器
1 嵌入式微处理器（续）
PowerPC
特点——可伸缩性好，方便灵活 品种很多，有通用处理器、嵌入式处理器和CPU核 • 通用处理器——主要型号是PowerPC 750系列，主 频最高为700MHz • 嵌入式处理器——有PowerPC 405（主频最高为 266MHz）和PowerPC 440（主频最高为550MHz） • CPU核——用于各种集成的系统芯片（System-OnChip，SOC）设备上 生产公司：Freescale(IBM)、Motorolax/C64xx系列——32位，定点 C67xx系列——32位，浮点 运行频率高达 1GHz 应用领域包括无线、数字视频、电信和成像
2016/3/21
25
第三章 嵌入式处理器
TI的TMS320系列（续）
C5000低功耗系列
16位，定点 性能高达 900MIPS 超低功耗，低至 0.5mW/MHz 适用于个人和便携式产品，如数字音乐播放器、VoIP、 GPS 接收器和便携式医疗设备
OMAP多核系列
与ARM核集成 一拖二、四
2016/3/21
26
第三章 嵌入式处理器
3.4 嵌入式处理器的发展趋势
内部结构
SoC设计，与DSP、Flash、FPGA融合 性能更强，集成更多的功能部件 双核或多核结构
功耗更低
工作电流只有0.1μA（电池供电）
可靠性更高
处理器I/O接口选择
总线的需求 GPIO的需求 有没有基本通信接口UART 、I2C、SPI 是否需要USB总线 是否需要CAN总线 是否需要Ethernet总线 是否需要A/D、D/A 是否需要LCD控制器 是否需要Zigbee、蓝牙等
嵌入式部分复习题、练习题-含答案
第1章：ARM和嵌入式系统介绍嵌入式系统的概念ARM嵌入式处理器的版本Cortex系列处理器的组成和特点嵌入式操作系统第2章：ARM体系结构ARM、CM3处理器状态：Thumb状态和调试状态CM3处理器工作模式：Handler模式和Thread模式代码特权分级：特权级和非特权（用户）级CM3内部寄存器：r0-r12，r13，r14，r15，状态寄存器xPSR存储器映射机制：大端格式和小端格式数据对齐方式：字对齐、半字对齐、非字对齐、非半字对齐异常概念、CM3异常机制特点第3章：Cortex-M3控制器及外围硬件简介嵌入式最小系统组成第4章：指令系统和时钟ARM、Thumb、Thumb-2和CM3指令集的特点和关系STM32时钟系统结构原理和初始化编程启动代码第5章：GPIO实验、第6章：UART实验、第9章：中断实验第10章：RTC实验原理和编程第7章：模/数转换、第8章：定时器实验原理即可，不考程序1. 什么是嵌入式系统？嵌入式系统有哪些应用？2. 什么是嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？3. 说明使用实时操作系统的必要性。
4. 简要说明ARM Cortex内核处理器分为哪几个系列？各有什么特点？5. ARM Cortex-M3处理器有哪些优势符合嵌入式操作系统的要求？6. 简述NVIC的初始化步骤。
7. 什么是嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？二、填空1. STM32F103ZET6有个引脚， KB片内FLAM ROM， KB 片内SRAM。
2. Cortex-M3处理器支持两种特权分级：特权级和。
Cortex-M3处理器支持两种工作模式，：模式和模式。
3. PSR中，标志位C是，Z是 N是，V是。
4. CM3内部寄存器中，R13的作用是，R14的作用是，R15的作用是。
5. 经典ARM7处理器有和两种状态，CM3处理器只有状态。
6. Cortex-M3的流水线分3级，分别为、、。
7. STM32F10x的管理着包括Cortex-M3核异常等中断，其和ARM 处理器核的接口紧密相连，可以实现的中断处理，并有效地处理迟来中断。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ARM体系结构的字长为32位，它们都支持Byte（8 位）、Halfword（16位）和Word（32位）3种数据类型 。ARM处理器支持7种处理器模式 ：
处理器模式 User FRQ IRQ Supervisor Abort Undefined System
描述 普通程序执行模式 用于高速数据传输或通道处理 用于通用中断处理 操作系统的保护模式 用于实现虚拟或存储保护 支持软件模拟或硬件协处理器 运行特权操作系统任务
ARM微处理器具RISC的典型特征，还具有以 下特点：
在每条数据处理指令当中，都控制算术逻辑单元（ALU）和移位器 ，以使ALU和移位器获得最大的利用率； 自动递增和自动递减的寻址模式，以优化程序中的循环； 同时Load和Store多条指令，以增加数据吞吐量； 所有指令都根据条件执行，以增大执行吞吐量。
性能 Cache大 紧密耦合 小（指令/ 存储器（
类型 数据） TCM）
ARM92 4-128K/4- 有 6EJ-S 128K
存储器 AHB接 Thumb DSP 管理 口总线
MMU 双AHB 有
有
Jazelle 有
ARM94 4-1MB/4- 有 6E-S 1MB
MMU AHB 有
有
有
ARM96 无
无
无
DMI-S
ARM7E 无
无
无
有
有
有
有
J
ARM72 8K
无
MMU 有
有
无
无
0T
ARM9系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪 表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数 字摄像机等。
ARM9性能特征表
性能 Cache 紧密耦 存储器 AHB接 Thumb DSP 大小（ 合存储 管理 口总线
ARM 处理器共有37个寄存器，其中31个是 32位的通用寄存器，包括一个程序计数器。6 个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态及程 序的运行状态，均为32位，目前只使用了其中 的一部分。
在任何一种处理器模式下，其中的16个通 用寄存器都是可见的。其他的寄存器用来加速 异常处理。ARM指令当中指定的所有寄存器都 可以从这16个可见的寄存器中寻址。
RISC体系结构具有如下特点：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；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/存储指令可以访问 存储器，以提高指令的执行效率。
在CISC 指令集的各种指令中，其使用频 率却相差悬殊，大约有20%的指令会被反复使 用，占整个程序代码的80%。而余下的80%的 指令却不经常使用，在程序设计中只占20%。
、uCOS、BeOS等。
ARM7系列微处理器最适合用于对价位和功耗要求 较高的消费类应用。
ARM7性能特征表
性能 Cache大 紧密耦 存储器 AHB接 Thumb DSP
小（指 合存储 管理 口总线
类型
令/数据 器（
）
TCM）
ARM7T 无
无
无
有
有
无
DMI
Jazelle 无
ARM7T 无
无
无
有ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
有
31个通用寄存器分为几个相互重叠的组， 每一组寄存器用于一种特定的处理器状态。
通常，一种状态下可见的寄存器为15个通 用寄存器（R0—R14）、一个或两个状态寄存 器和程序计数器PC。
R0—R7被称为unbanked register，表示在所 有处理器模式中，它们都代表相同的32位物理 寄存器。它们没有特殊的功用，仅当作通用寄 存器使用。
有
6E-S
MMU AHB 有
有
有
ARM10E系列微处理器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。
第三章 典型的嵌入式系统 处理器
在本章中将会让读者了解几款典型的 嵌入式系统，在介绍典型的处理器过程 中会配合例子进行说明，以便让读者更 好更深地掌握嵌入式硬件设计。
3.1 ARM处理器
ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片 设计技术的授权。作为知识产权供应商，ARM 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。
寄存器R8—R14被称作banked register，它们实际代 表的32位物理寄存器与当前的处理器状态有关。它们 可以在指令中用作通用寄存器，同时，ARM体系结构 还为它们中的一部分赋予了特殊的作用：R13用作堆栈 指针SP，R14用作链接寄存器LR。
另外6个寄存器是程序状态寄存器，它们也是32位 宽的寄存器，但是只用到了32位中的12位。这6个寄存 器也被称为程序状态寄存器。当前程序状态寄存器（ CPSR）在所有的处理器模式下都可以访问。它包含了 条件码、中断屏蔽码、当前处理器模式和其他的状态
、控制信息。
ARM微处理器在较新的体系结构中支持两种指令集 ：ARM指令集和Thumb指令集。ARM指令为32位的长 度，Thumb指令为16位长度。Thumb指令集为ARM指令 集的功能子集，但与等价的ARM 代码相比较，可节省 30%～40%以上的存储空间，同时具备32位代码的所有 优点。
ARM芯片还获得了许多实时操作系统（Real Time Operating System）供应商的支持，比较知名的有： Windows CE、Linux、pSOS、VxWorks, Nucleus、EPOC
ARM 32位嵌入式RISC处理器扩展到世界范 围，占据了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系 统应用领域的领先地位。
ARM公司使用通用的基础体系结构，以极低 的成本和功耗提供了高性能、多系列的32 RISC 处理器核。ARM处理器在耗电、数据传送、数 据处理速度以及带DSP功能方面业界领先，很快 成为移动通信、手持计算、多媒体数字消费和嵌 入式解决市场的RISC标准。
类型
指令/数 器（ 据） TCM）
ARM92 16K/16 无
MMU 有
有
无
0T
K
Jazelle 无
ARM92 8K/8K 无
MMU 有
有
无
无
2T
ARM94 4K/4K 无
MMU 有
有
无
无
0T
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性能特征表