嵌入式系统技术与设计》1资料课件

嵌入式系统技术与设计嵌入式系统技术与设计第1章嵌入式系统概述2013.012013.012 2汉口学院汉口学院信科院信科院廖凯贤廖凯贤嵌入式系统简介嵌入式系统简介1.1嵌入式系统发展趋势嵌入式系统发展趋势1.2嵌入式系统的硬件和软件特征嵌入式系统的硬件和软件特征1.3ARMARM系列处理器简介系列处理器简介1.42013.013汉口学院信科院廖凯贤&参考教材参考教材&田泽田泽 嵌入式系统开发与应用实验嵌入式系统开发与应用实验教程教程北京航天航空大学北京航天航空大学出版出版社社20052005沈连丰沈连丰 嵌入式系统及其开发应用嵌入式系统及其开发应用 电子工业出版社电子工业出版社 20052005（美）（美）David David E.SimonE.Simon著著 陈向群译陈向群译 嵌入式系统软件嵌入式系统软件教程教程 机机械工业出版社械工业出版社20052005陈文智陈文智 嵌入式系统开发原理与实践嵌入式系统开发原理与实践 清华大学出版社清华大学出版社 20052005付丰林付丰林 NiosNios 软核心软核心嵌入式处理器设计大赛优秀作品精选嵌入式处理器设计大赛优秀作品精选 西西安电子科技大学出版社安电子科技大学出版社 20052005 还有还有 阅读阅读 中文期刊杂志中的文章中文期刊杂志中的文章2013.014汉口学院信科院廖凯贤因特网和万维网资源因特网和万维网资源（此领域最新进展此领域最新进展）http:/ 中国嵌入式系统产业联盟中国嵌入式系统产业联盟中国嵌入式系统产业联盟中国嵌入式系统产业联盟 http:/www.embedu.org/St-news/st022.htmhttp:/www.embedu.org/St-news/st022.htm 嵌入式学院网页嵌入式学院网页嵌入式学院网页嵌入式学院网页 http:/ http:/ 本章主要介绍嵌入式系统的概念、发展趋本章主要介绍嵌入式系统的概念、发展趋势、硬件和软件的特征，并简单介绍了各个系势、硬件和软件的特征，并简单介绍了各个系列的列的 ARM ARM 处理器，以引导读者进入嵌入式技处理器，以引导读者进入嵌入式技术的殿堂。术的殿堂。本章主要内容：本章主要内容：嵌入式系统简介嵌入式系统简介 嵌入式系统发展趋势嵌入式系统发展趋势 嵌入式系统的硬件和软件特征嵌入式系统的硬件和软件特征 ARMARM系列处理器简介系列处理器简介2013.016汉口学院信科院廖凯贤注意学习方式的变化注意学习方式的变化教师指出要点教师指出要点 要通过课堂学习、课后研读参考书和资料掌要通过课堂学习、课后研读参考书和资料掌握更深层次内容；握更深层次内容；整理笔记相当重要整理笔记相当重要 不能只通过不能只通过PowerPointPowerPoint来复习课程；来复习课程；善于发现问题、提出问题善于发现问题、提出问题 要努力寻求问题的答案。要努力寻求问题的答案。2013.017汉口学院信科院廖凯贤嵌入式系统的学习建议嵌入式系统的学习建议明确学习的目的明确学习的目的选择好入门的机型选择好入门的机型必要的记忆必要的记忆勤于实践勤于实践学习各种接口的原理学习各种接口的原理与时俱进，不断改进自己的学习方式与时俱进，不断改进自己的学习方式 从底层抓起，一点一滴打好基础从底层抓起，一点一滴打好基础 2013.018汉口学院信科院廖凯贤1.11.1嵌入式系统简介嵌入式系统简介 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技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、功耗有严格统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的要求的专用计算机系统专用计算机系统。2013.019汉口学院信科院廖凯贤嵌入式计算机嵌入式计算机嵌入式计算机是诞生于微处理器发展时代;早期嵌入式计算机是将一个计算机嵌入到一个具早期嵌入式计算机是将一个计算机嵌入到一个具体应用的控制对象的体系中去，这些是嵌入式系体应用的控制对象的体系中去，这些是嵌入式系统发展的起点。统发展的起点。这也标志着计算机进入了通用计算机与嵌入式计算机两大分支、并行发展时代，从而导致20世纪末，计算机应用的高速发展并由此引发了计算机分类方式的变化。2013.0110汉口学院信科院廖凯贤1.1.2 1.1.2 嵌入式系统的嵌入式系统的定义、特点及应用范围定义、特点及应用范围传传统统的的计计算算机机分分类类是是按按照照计计算算机机的的处处理理字字长长、体体系系结结构构、运运算算速速度度、结结构构规规模模、适适用用领领域域进进行行的的，如如通通常常所所说说的的大大型型计计算算机机、中中型型机机、小小型型机机和和微微型型计计算算机机，并并以以此此标标准准来来组组织织学学科科和和产产业业分分工工，这种分类方法也沿袭了多年。这种分类方法也沿袭了多年。随着近20年来微电子技术、计算机技术和移动通信技术的迅速发展以及网络技术的广泛应用，实际情况已经产生了根本性的变化。例如在70年代末定义的微型计算机演变出来的个人计算机PC其处理速度已远远超过了当年对大、中、小型计算机的定义。2013.0111汉口学院信科院廖凯贤嵌入式系统的概念随着计算机技术对其它行业的广泛渗透和与其它行业应用技术的相互结合，以应用为中心的分类方法变得似乎更加切合实际发展;按按计计算算机机的的嵌嵌入入式式应应用用和和非非嵌嵌入入式式应应用用将将其其分分为通用计算机和嵌入式计算机。为通用计算机和嵌入式计算机。而通用计算机具有一般计算机的基本标准形态，通过装配不同的应用软件，以基本雷同的面目出现并应用在社会的各个方面，其典型产品为PC；2013.0112汉口学院信科院廖凯贤嵌入式系统的概念而而非非通通用用计计算算机机的的计计算算机机嵌嵌入入式式计计算算机机，则则是是非非通通用用计计算算机机形形态态的的计计算算机机应应用用，它它是是以以作作为为嵌嵌入入式式系系统统的的核核心心部部件件的的形形式式隐隐藏藏在在各各种种装装置置、设设备备、产产品品和和系统中。系统中。因此嵌入式计算机是计算机技术发展中的一种计算机存在的形式，是从计算机技术的发展中分离出来的。2013.0113汉口学院信科院廖凯贤1.1.3嵌入式系统的特点相相比比较较而而言言国国内内的的定定义义更更全全面面一一些些，体体现现了了嵌嵌入入式式系系统统“嵌嵌入入”、“专专用用性性”、“计计算算机机”的的基基本要素和特征。本要素和特征。嵌入式系统是应用于特定环境下，针对特定用途来设计的系统，所以不同于通用计算机系统。同同样样是是计计算算机机系系统统，嵌嵌入入式式系系统统是是针针对对具具体体应应用用设计的设计的“专用系统专用系统”。它的硬件和软件都必须高效率地设计、“量体裁衣”、去除冗余，力争在较少的资源上实现更高的性能。它它与与通通用用的的计计算算机机系系统统相相比比具具有有以以下下显显著特点：著特点：2013.0114汉口学院信科院廖凯贤（1）是是“专用专用”的计算机系统：的计算机系统：嵌入式系统通常是面向嵌入式系统通常是面向特定任务的，而不同于一般通用特定任务的，而不同于一般通用PC计算平台，是计算平台，是“专用专用”的计算机系统；的计算机系统；（2）运行运行环境差异大：嵌入式系境差异大：嵌入式系统运行运行环境差异很大；境差异很大；（3）比通用）比通用PC系统资源少：嵌入式系统比通用系统资源少：嵌入式系统比通用PC系统系统资源少得多；资源少得多；（4）功率低、体积小、集成度高、成本低：嵌入式系统功率低、体积小、集成度高、成本低：嵌入式系统“嵌入嵌入”到对象的体系中，对对象、环境和嵌入式系统自到对象的体系中，对对象、环境和嵌入式系统自身具有严格的要求，一般的嵌入式系统具有低功耗、体积身具有严格的要求，一般的嵌入式系统具有低功耗、体积小、集成度高、成本低等特点；小、集成度高、成本低等特点；（5）具有系统测试和可靠性评估体系：建立完整的嵌入）具有系统测试和可靠性评估体系：建立完整的嵌入式系统的系统测试和可靠性评估体系，保证嵌入式系统高式系统的系统测试和可靠性评估体系，保证嵌入式系统高效、可靠、稳定工作；效、可靠、稳定工作；（6）具有较长的生命周期；）具有较长的生命周期；2013.0115汉口学院信科院廖凯贤（7）具具有有固固化化在在非非易易失失性性存存储储器器中中的的代代码码：嵌嵌入入式式系系统统的的目目标标代代码码通通常常是是固固化化在在非非易易失失性性存存储储器器（ROM，EPROM，EEPROM，FLASH）芯片中；芯片中；（8）使使用用实实时时操操作作系系统统RTOS：嵌嵌入入式式系系统统使使用用的的操操作作系系统一般是实时操作系统（统一般是实时操作系统（RTOS），），系统有实时约束；系统有实时约束；（9）嵌入式系统需要专用开发工具和方法进行设计；）嵌入式系统需要专用开发工具和方法进行设计；（10）嵌入式微处理器通常包含专用调试电路）嵌入式微处理器通常包含专用调试电路；（11）嵌嵌入入式式系系统统是是技技术术密密集集、资资金金密密集集、高高度度分分散散、不不断创新的知识集成系统；断创新的知识集成系统；2013.0116汉口学院信科院廖凯贤1.1.4 嵌入式系统的分类嵌入式系统按表现形式及使用硬件种类分为：系统中使用含程序或算法的处理器的嵌入式系统为芯片级嵌入；系统中使用某个核心模块的嵌入式系统为模块级嵌入；嵌入式系统按软件实时性需求分：非实时系统（如PDA）；软实时系统（如消费类产品）；硬实时系统（工业实时控制系统）2013.0117汉口学院信科院廖凯贤1.1.5嵌入式系统的应用范围电子书电子书电子相框电子相框智能仪器仪表智能仪器仪表网络电话网络电话2013.0118汉口学院信科院廖凯贤嵌入式系统的应用范围消费电子消费电子嵌入式应用嵌入式应用信息家电信息家电智能玩具智能玩具军事电子军事电子通信设备通信设备移动存贮移动存贮工控设备工控设备智能仪表智能仪表汽车电子汽车电子网络设备网络设备工业工业军事国防军事国防电子商务电子商务网络网络2013.0119汉口学院信科院廖凯贤嵌入式操作系统的应用的发展嵌入式操作系统的应用的发展智能卡智能卡移动通信移动通信计算机外设计算机外设机顶盒机顶盒零售设备零售设备印刷机印刷机复印机复印机互联网服务器互联网服务器电话交换设备电话交换设备隐形飞机隐形飞机太空望远镜太空望远镜2013.0120汉口学院信科院廖凯贤崭新的数字世界多彩的嵌入式应用无线电的发展无线电的发展BTH矿石收音机 单二极管Bush收音机收音机7个晶体管单二极管EvokeDAB收音机收音机1亿个晶体管2-3个嵌入式处理器2013.0121汉口学院信科院廖凯贤电话的发展电话电话无晶体管BT DECT 1千万个晶体管3个处理器诺基亚手机诺基亚手机 超过7亿个晶体管(多数用于存储器)5-6个处理器子母电话机子母电话机2013.0122汉口学院信科院廖凯贤计算机的发展+=Apple Macintosh黑白显示器1MIP处理器Acorn Archimedes彩色显示器10MIP处理器RISC集惠普康柏掌上电脑惠普康柏掌上电脑彩色显示200MIP处理器64MB内存 袖珍型袖珍型2013.0123汉口学院信科院廖凯贤航海仪器的发展地图、时钟、指南针地图、时钟、指南针印刷及磁技术无晶体管Raytheon船用航海仪器GarminGPS定位器定位器 约1亿个晶体管2-3个处理器+4个人造卫星个人造卫星!2013.0124汉口学院信科院廖凯贤 日用电器的发展Apple IPODApple IPOD 100 张CDs袖珍型四处理器HP 1315HP 1315 照片质量彩色打印机双处理器GameBoy AdvanceGameBoy Advance 手持式彩色联网型双处理器2013.0125汉口学院信科院廖凯贤其他产品发展SeagateCheetahX15DisconKeySagemMorphoSmartKonicaRevio2013.0126汉口学院信科院廖凯贤 嵌入式系统不同于常见的计算机系统，它嵌入式系统不同于常见的计算机系统，它不以独立设备的物理形态出现，即它没有一个不以独立设备的物理形态出现，即它没有一个统一的外观，它的部件根据主体设备及应用的统一的外观，它的部件根据主体设备及应用的需要嵌入在设备的内部，发挥着运算、处理、需要嵌入在设备的内部，发挥着运算、处理、存储及控制的作用。从体系结构上看，嵌入式存储及控制的作用。从体系结构上看，嵌入式系统主要由系统主要由嵌入式处理器、支撑硬件和嵌入式嵌入式处理器、支撑硬件和嵌入式软件组成软件组成。其中嵌入式处理器通常是单片机或。其中嵌入式处理器通常是单片机或微控制器，支撑硬件主要包括存储介质、通信微控制器，支撑硬件主要包括存储介质、通信部件和显示部件等，嵌入式软件则包括支撑硬部件和显示部件等，嵌入式软件则包括支撑硬件的驱动程序、操作系统、支撑软件及应用中件的驱动程序、操作系统、支撑软件及应用中间件等。间件等。2013.0127汉口学院信科院廖凯贤1.21.2嵌入式系统发展趋势嵌入式系统发展趋势1 1提供强大的网络服务提供强大的网络服务2 2小型化、低成本、低功耗小型化、低成本、低功耗3 3人性化的人机界面人性化的人机界面4 4完善的开发平台完善的开发平台2013.0128汉口学院信科院廖凯贤1.31.3嵌入式系统的硬件和软件特征嵌入式系统的硬件和软件特征图图图图1-1 1-1 嵌入式系嵌入式系嵌入式系嵌入式系统组统组统组统组成示意成示意成示意成示意图图图图2013.0129汉口学院信科院廖凯贤 嵌入式系统硬件平台是整个嵌入式操作系嵌入式系统硬件平台是整个嵌入式操作系统和应用程序运行的统和应用程序运行的硬件平台硬件平台，不同的应用通，不同的应用通常有不同的硬件环境。在嵌入式系统中硬件平常有不同的硬件环境。在嵌入式系统中硬件平台具有多样性的特点。台具有多样性的特点。1 1嵌入式系统硬件平台嵌入式系统硬件平台2013.0130汉口学院信科院廖凯贤（1 1）嵌入式）嵌入式RISCRISC微处理器微处理器（2 2）嵌入式）嵌入式CISCCISC微处理器微处理器2013.0131汉口学院信科院廖凯贤表表表表1-1 1-1 RISC RISC 和和和和 CISC CISC 之之之之间间间间主要的区主要的区主要的区主要的区别别别别指指 标RISCRISCCISCCISC指令集指令集一个周期一个周期执行一条指令，行一条指令，通通过简单指令的指令的组合合实现复复杂操作；指令操作；指令长度度固定固定指令指令长度不固定，度不固定，执行行需要多个周期需要多个周期流水流水线流水流水线每周期前每周期前进一步一步指令的指令的执行需要行需要调用微用微代代码的一个微程序的一个微程序寄存器寄存器更多通用寄存器更多通用寄存器用于特定目的的用于特定目的的专用寄用寄存器存器Load/StoreLoad/Store结构构独立的独立的LoadLoad和和StoreStore指指令完成数据在寄存器和令完成数据在寄存器和外部存外部存储器之器之间的的传输处理器能理器能够直接直接处理存理存储器中的数据器中的数据2013.0132汉口学院信科院廖凯贤 嵌入式操作系统嵌入式操作系统完成系统初始化及嵌入式应完成系统初始化及嵌入式应用的任务调度和控制等核心功能，其内核精简，用的任务调度和控制等核心功能，其内核精简，具有可配置特性，并与高层应用紧密关联。嵌入具有可配置特性，并与高层应用紧密关联。嵌入式操作系统具有相对不变性。嵌入式操作系统的式操作系统具有相对不变性。嵌入式操作系统的主要特点如下。主要特点如下。2 2嵌入式操作系统嵌入式操作系统2013.0133汉口学院信科院廖凯贤（1 1）体积小）体积小（2 2）实时性）实时性（3 3）特殊的开发调试环境）特殊的开发调试环境2013.0134汉口学院信科院廖凯贤 嵌入式系统应用是以嵌入式系统硬件平台嵌入式系统应用是以嵌入式系统硬件平台的搭建、嵌入式操作系统的成功移植和运行为的搭建、嵌入式操作系统的成功移植和运行为前提的，其运行于嵌入式操作系统之上，完成前提的，其运行于嵌入式操作系统之上，完成特定的功能或利用操作系统提供的机制完成特特定的功能或利用操作系统提供的机制完成特定的功能。不同的系统需要设计不同的嵌入式定的功能。不同的系统需要设计不同的嵌入式应用程序。应用程序。3 3嵌入式系统应用嵌入式系统应用2013.0135汉口学院信科院廖凯贤 如何简洁有效地使嵌入式系统能够应用于如何简洁有效地使嵌入式系统能够应用于各种不同的应用环境，是嵌入式系统发展中所各种不同的应用环境，是嵌入式系统发展中所必须解决的关键问题。必须解决的关键问题。经过不断地发展，嵌入式系统原有的三层经过不断地发展，嵌入式系统原有的三层结构逐步演化成为一种四层结构。这个新增加结构逐步演化成为一种四层结构。这个新增加的中间层称为硬件抽象层的中间层称为硬件抽象层（Hardware Abstraction LayerHardware Abstraction Layer，HALHAL），），有时也称为板级支持包有时也称为板级支持包（Board Support PackageBoard Support Package，BSPBSP）。）。HALHAL是一是一个介于硬件与软件之间的中间层，其通过特定个介于硬件与软件之间的中间层，其通过特定的上层接口与操作系统进行交互。的上层接口与操作系统进行交互。HALHAL的引入的引入大大推动了嵌入式操作系统的通用化。大大推动了嵌入式操作系统的通用化。2013.0136汉口学院信科院廖凯贤1.41.4ARMARM系列处理器简介系列处理器简介 ARMARM（Advanced RISC MachinesAdvanced RISC Machines）有）有3 3种含种含义，它是一个公司的名称，是一类微处理器的义，它是一个公司的名称，是一类微处理器的通称，还是一种技术的名称。通称，还是一种技术的名称。2013.0137汉口学院信科院廖凯贤表表1-2 ARM各系列各系列处处理器所包含的不同理器所包含的不同类类型型ARM系列系列包包含含类类型型ARM7系列系列ARM7EJ-SARM7TDMIARM7TDMI-SARM720TARM9/9E系列系列ARM920TARM922TARM926EJ-SARM940TARM946E-SARM966E-SARM968E-S向量浮点运算（向量浮点运算（VectorFloatingPoint）系列）系列VFP9-SVFP102013.0138汉口学院信科院廖凯贤ARM系列系列包包含含类类型型ARM10E系列系列ARM1020EARM1022EARM1026EJ-SARM11系列系列ARM1136J-SARM1136JF-SARM1156T2(F)-SARM1176JZ(F)-SARM11MPCoreSecurCore系列系列SC100SC110SC200SC210其他合作伙伴产品其他合作伙伴产品StrongARMXScaleCortex-M3MBX2013.0139汉口学院信科院廖凯贤 ARM7ARM7内核采用冯内核采用冯诺伊曼体系结构，数据诺伊曼体系结构，数据和指令使用同一条总线。内核有一条和指令使用同一条总线。内核有一条3 3级流水级流水线，执行线，执行ARMv4ARMv4指令集。指令集。ARM7ARM7系列处理器主要用于对功耗和成本要系列处理器主要用于对功耗和成本要求比较苛刻的消费类产品。其最高主频可以到求比较苛刻的消费类产品。其最高主频可以到达达130MIPS130MIPS。ARM7ARM7系列包括系列包括ARM7TDMIARM7TDMI、ARM7TDMI-SARM7TDMI-S、ARM7EJ-S ARM7EJ-S 和和 ARM720TARM720T四种类型，主要用于适四种类型，主要用于适应不同的市场需求。应不同的市场需求。1.4.1ARM7处理器系列2013.0140汉口学院信科院廖凯贤 ARM9ARM9系列于系列于19971997年问世。由于采用了年问世。由于采用了5 5级级指令流水线，指令流水线，ARM9ARM9处理器能够运行在比处理器能够运行在比ARM7ARM7更更高的时钟频率上，改善了处理器的整体性能；高的时钟频率上，改善了处理器的整体性能；存储器系统根据存储器系统根据 哈佛体系结构哈佛体系结构（程序和数据（程序和数据空间独立的体系结构）重新设计，区分了数据空间独立的体系结构）重新设计，区分了数据总线和指令总线。总线和指令总线。1.4.2ARM9处理器系列处理器系列2013.0141汉口学院信科院廖凯贤 ARM9ARM9系列的第一个处理器是系列的第一个处理器是ARM920TARM920T，它，它包含独立的数据指令包含独立的数据指令CacheCache和和MMUMMU（Memory Memory Management UnitManagement Unit，存储器管理单元）。此处，存储器管理单元）。此处理器能够被用在要求有虚拟存储器支持的操作理器能够被用在要求有虚拟存储器支持的操作系统上。该系列中的系统上。该系列中的ARM922TARM922T是是ARM920TARM920T的变种，的变种，只有一半大小的数据指令只有一半大小的数据指令CacheCache。2013.0142汉口学院信科院廖凯贤 ARM940TARM940T包含一个更小的数据指令包含一个更小的数据指令CacheCache和和一个一个MPUMPU（Micro Processor UnitMicro Processor Unit，微处理器），微处理器）。它是针对不要求运行操作系统的应用而设计。它是针对不要求运行操作系统的应用而设计的。的。ARM920TARM920T、ARM940TARM940T都执行都执行v4Tv4T架构指令。架构指令。2013.0143汉口学院信科院廖凯贤 ARM9ARM9系列的下一代处理器基于系列的下一代处理器基于ARM9E-SARM9E-S内内核。这个内核是核。这个内核是ARM9ARM9内核带有内核带有E E扩展的一个可扩展的一个可综合版本，包括综合版本，包括ARM946E-SARM946E-S和和ARM966E-SARM966E-S两个变两个变种。两者都执行种。两者都执行v5TEv5TE架构指令。它们也支持可架构指令。它们也支持可选的嵌入式跟踪宏单元，支持开发者实时跟踪选的嵌入式跟踪宏单元，支持开发者实时跟踪处理器上指令和数据的执行。当调试对时间敏处理器上指令和数据的执行。当调试对时间敏感的程序段时，这种方法非常重要。感的程序段时，这种方法非常重要。1.4.3ARM9E处理器系列处理器系列2013.0144汉口学院信科院廖凯贤 ARM946E-SARM946E-S包括包括TCMTCM（Tightly Coupled Tightly Coupled MemoryMemory，紧耦合存储器）、，紧耦合存储器）、CacheCache和一个和一个MPUMPU。TCMTCM和和CacheCache的大小可配置。该处理器是针对要的大小可配置。该处理器是针对要求有确定的实时响应的嵌入式控制而设计的。求有确定的实时响应的嵌入式控制而设计的。ARM966E-SARM966E-S有可配置的有可配置的TCMTCM，但没有，但没有MPUMPU和和CacheCache扩展。扩展。2013.0145汉口学院信科院廖凯贤 ARM9ARM9系列的系列的ARM926EJ-SARM926EJ-S内核为可综合的处内核为可综合的处理器内核，发布于理器内核，发布于20002000年。它是针对小型便携年。它是针对小型便携式式JavaJava设备，如设备，如3G3G手机和手机和PDAPDA应用而设计的。应用而设计的。ARM926EJ-SARM926EJ-S是第一个包含是第一个包含JazelleJazelle技术，可加技术，可加速速JavaJava字节码执行的字节码执行的ARMARM处理器内核。它还有处理器内核。它还有一个一个MMUMMU、可配置的、可配置的TCMTCM及具有零或非零等待存及具有零或非零等待存储器的数据储器的数据/指令指令CacheCache。2013.0146汉口学院信科院廖凯贤 ARM10ARM10发布于发布于19991999年，具有高性能、低功年，具有高性能、低功耗的特点。它所采用的新的体系使其在所有耗的特点。它所采用的新的体系使其在所有ARMARM产品中具有最高的产品中具有最高的MIPS/MHzMIPS/MHz。它将。它将ARM9ARM9的的流水线扩展到流水线扩展到6 6级，也支持可选的向量浮点级，也支持可选的向量浮点（Vector Float PointVector Float Point）单元，对）单元，对ARM10ARM10的流的流水线加入了第水线加入了第7 7段。段。VFPVFP明显增强了浮点运算性明显增强了浮点运算性能并与能并与IEEE 754.1985IEEE 754.1985浮点标准兼容。浮点标准兼容。1.4.4ARM10处理器系列处理器系列2013.0147汉口学院信科院廖凯贤 ARM10EARM10E系列处理器采用了新的节能模式，系列处理器采用了新的节能模式，提供了提供了6464位的位的Load/StoreLoad/Store体系，支持包括向量体系，支持包括向量操作的满足操作的满足IEEE 754IEEE 754的浮点运算协处理器，系的浮点运算协处理器，系统集成更加方便，拥有完整的硬件和软件开发统集成更加方便，拥有完整的硬件和软件开发工具。工具。ARM10EARM10E系列包括系列包括ARM1020EARM1020E、ARM1022EARM1022E和和ARM1026EJ-SARM1026EJ-S三种类型。三种类型。1.4.5ARM10E处理器系列处理器系列2013.0148汉口学院信科院廖凯贤 ARM1136J-SARM1136J-S发布于发布于20032003年，是针对高性能年，是针对高性能和高能效应而设计的。和高能效应而设计的。ARM1136J-SARM1136J-S是第一个执是第一个执行行ARMv6ARMv6架构指令的处理器。它集成了一条具架构指令的处理器。它集成了一条具有独立的有独立的Load/Load/StroeStroe和算术流水线的和算术流水线的8 8级流水级流水线。线。ARMv6ARMv6指令包含了针对媒体处理的单指令指令包含了针对媒体处理的单指令流多数据流扩展，采用特殊的设计改善视频处流多数据流扩展，采用特殊的设计改善视频处理能力。理能力。1.4.6ARM11处理器系列处理器系列2013.0149汉口学院信科院廖凯贤 SecureCoreSecureCore系列处理器提供了基于高性能系列处理器提供了基于高性能的的3232位位RISCRISC技术的安全解决方案。技术的安全解决方案。SecureCoreSecureCore系列处理器除了具有体积小、功耗低、代码密系列处理器除了具有体积小、功耗低、代码密度高等特点外，还具有它自己特别优势，即提度高等特点外，还具有它自己特别优势，即提供了安全解决方案支持。供了安全解决方案支持。1.4.7SecureCore处理器系列处理器系列2013.0150汉口学院信科院廖凯贤 StrongARMStrongARM处理器最初是处理器最初是ARMARM公司与公司与Digital SemiconductorDigital Semiconductor公司合作开发的，现公司合作开发的，现在由在由IntelIntel公司单独许可，在低功耗、高性能公司单独许可，在低功耗、高性能的产品中应用很广泛。它采用哈佛架构，具有的产品中应用很广泛。它采用哈佛架构，具有独立的数据和指令独立的数据和指令CacheCache，有，有MMUMMU。StrongARMStrongARM是第一个包含是第一个包含5 5级流水线的高性能级流水线的高性能ARMARM处理器，处理器，但它不支持但它不支持ThumbThumb指令集。指令集。1.4.8StrongARM和和Xscale处理器系列处理器系列2013.0151汉口学院信科院廖凯贤 IntelIntel公司的公司的XscaleXscale是是StrongARMStrongARM的后续产的后续产品，在性能上有显著改善。它执行品，在性能上有显著改善。它执行v5TEv5TE架构指架构指令，也采用哈佛结构，类似于令，也采用哈佛结构，类似于StrongARMStrongARM也包也包含一个含一个MMUMMU。前面说过，。前面说过，XscaleXscale已经被已经被IntelIntel卖卖给了给了MarvellMarvell公司。公司。2013.0152汉口学院信科院廖凯贤 为了适应市场的需要，为了适应市场的需要，ARMARM推出了一系列推出了一系列新的处理器：新的处理器：Cortex-M3Cortex-M3和和MPCoreMPCore。Cortex-M3Cortex-M3主要针对微控制器市场，而主要针对微控制器市场，而MPCoreMPCore主要针对高主要针对高端消费类产品。端消费类产品。1.4.9Cortex和和MPCore处理器系列处理器系列2013.0153汉口学院信科院廖凯贤 Cortex-M3Cortex-M3改进了代码密度，减少了中断改进了代码密度，减少了中断延时并有更低的功耗。延时并有更低的功耗。Cortex-M3Cortex-M3中实现了最中实现了最新的新的Thumb-2Thumb-2指令集。指令集。MPCoreMPCore提供了提供了CacheCache的一的一致性，每个支持致性，每个支持1 14 4个个ARM11ARM11核，这种设计为核，这种设计为现代消费类产品对性能和功耗的需求进行了很现代消费类产品对性能和功耗的需求进行了很好的平衡。好的平衡。2013.0154汉口学院信科院廖凯贤1.4.10各种处理器系列之间的比较各种处理器系列之间的比较表表表表1-3 1-3 ARMARM系列系列系列系列处处处处理器属性比理器属性比理器属性比理器属性比较较较较项项目目ARM7ARM9ARM10ARM11流水线深度流水线深度3级级5级级6级级8级级典型频率典型频率（MHz）80150260335功耗（功耗（mw/MHz）0.060.19（+Cache）0.5（+Cache）0.4（+Cache）MIPS/MHz0.971.11.31.2架构架构冯冯诺诺伊曼伊曼哈佛哈佛哈佛哈佛哈佛哈佛乘法器乘法器832832163216322013.0155汉口学院信科院廖凯贤表表表表1-4 1-4 ARMARM处处处处理器不同功能特性理器不同功能特性理器不同功能特性理器不同功能特性CPU核核MMU/MPUCacheJazelleThumb指令集指令集EARM7TDMI无无无无否否是是v4T否否ARM7EJ-S无无无无是是是是v5TEJ是是ARM720TMMU统一统一8KBCache否否是是v4T否否ARM920TMMU独立独立16KB指令和数据指令和数据Cache否否是是v4T否否ARM922TMMU独立独立8KB指令和数据指令和数据Cache否否是是v4T否否ARM926EJ-SMMUCache和和TCM可配置可配置是是是是v5TEJ是是ARM940TMPU独立独立4KB指令和数据指令和数据Cache否否是是v4T否否ARM946E-SMPUCache和和TCM可配置可配置否否是是v5TE是是ARM966E-S无无Cache和和TCM可配置可配置否否是是v5TE是是ARM1020EMMU独立独立32KB指令和数据指令和数据Cache否否是是v5TE是是ARM1022EMMU独立独立16KB指令和数据指令和数据Cache否否是是v5TE是是ARM1026EJ-SMMUCache和和TCM可配置可配置是是是是v5TE是是ARM1036J-SMMUCache和和TCM可配置可配置是是是是v6是是ARM1136JF-SMMUCache和和TCM可配置可配置是是是是v6是是2013.0156汉口学院信科院廖凯贤 本本 章章 小小 结结 本章对嵌入式系统、本章对嵌入式系统、ARMARM处理器的基本概处理器的基本概念做了简单的介绍，希望读者能够通过本章的念做了简单的介绍，希望读者能够通过本章的学习对嵌入式技术及学习对嵌入式技术及ARMARM处理器有个总体上的处理器有个总体上的认识。认识。2013.0157汉口学院信科院廖凯贤2013.0158汉口学院信科院廖凯贤