arm嵌入式系统设计论文 第6页
成像和安全产品。现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术，手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术。
2.ARM微处理器具有一定的独到之处，采用RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点：
(1)体积小、低功耗、低成本、高性能。
(2)支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集。
(3)大量使用寄存器，指令执行速度更快。
3.ARM微处理器分类。ARM微处理器目前包括：ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、ARM10E系列、SecurCore系列、Intel的Xscale和Intel的StrongARM等几个系列的处理器产品以及其它厂商基于ARM体系结构的处理器。这些处理器最高主频达到了800MIPS，功耗数量级为MW/MHZ。对于支持同样ARM系列的处理器，其软件是兼容的。ARM7微处理器系列ARM7系列微处理器为低功耗的32位RISC处理器，它主要用于对价位和功耗要求比较苛刻的消费类产品，其最高主频可以达到130MIPS。ARM7系列处理器支持16位的Thumb指令集，使用Thumb指令集可以以16位的系统开销得到32位系统的性能。
图3.1 ARM7TDMI 3级流水线处理方式
ARM7TDMI微处理器系列具有如下特点：
1.三级流水线：ARM7TDMI使用3级流水线处理指令，需要三个阶段处理一条指令，即取指令、译指令、执行指令，图3-1显示了这个过程。由图3-1可见，采用3级流水线的处理方式可以大大提高指令执行效率。通常，在执行一条指令时，同时解译下一条指令，而第三条指令也正在从存储器中读出。因此，程序计数器一直指向下一条要执行的指令的地址，而不是当前正在执行的指令的地址。
2.高级微控制器总线结构(AMBA)，32位数据总线。
3.支持32位ARM指令集，代码密度高并兼容16位的Thumb指令集，使用Thumb指令集可以以16位系统开销得到32位的系统性能。
4.存储采用冯.诺伊曼结构的32位线性地址空间，寻址空间为4G字节。
5.支持嵌入式片内仿真器调试。
6.最大时钟频率可达到110MHz(TSMC 0.18m生产工艺)。
7.支持低电压工作方式，平均功耗约0.25m W/MHz。
8.具有嵌入式ICE-RT逻辑，调试开发方便。
9.极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。
10.对操作系统的支持广泛，包括Windows CE、Linux、PalmOS等。
11.指令系统与ARM9、ARM9E和ARM10E系列兼容，便于用户的产品升级换代。ARM7系列微处理器的主要应用领域包括工业控制、Internet设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。ARM7系列微处理器包括如下几种类型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ-S。其中，ARM7TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器。
TDMI的基本含义为：T表示支持16位压缩指令集，D表示支持片上Debug，M表示内嵌硬件乘法器(MultiPlier)，I表示嵌入式ICE支持片上断点和调试点。
3.1.2 ARM7微处理器的RISC结构
RISC结构优先选取使用频率最高的简单指令，避免复杂指令；将指令长度固定，指令格式和寻地方式种类减少；以控制逻辑为主，不用或少用微码控制等措施来达到上述目的。RISC体系结构应具有如下特点：
1.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。
2.使用单周期指令，便于流水线操作执行。
3.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。除此以外，ARM体系结构还采用了一些特别的技术，在保证高性能的前提下尽量缩小芯片的面积，并降低功耗，具体如下：
(1)所有的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从而提高指令的执行效率。
(2)可用加载/存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率。
(3)可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理。
(4)在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。
当然，和CISC架构相比较，尽管RISC架构有上述的优点，但决不能认为RISC架构就可以取代CISC架构，事实上RISC和CISC各有优势，而且界限并不那么明显。现代的CPU往往采用CISC的外围，内部加入了RISC的特性，如超长指令集CPU就是融合了RISC和CISC的优势，成为未来的CPU发展方向之一。
3.1.3 ARM7微处理器的寄存器结构
ARM处理器共有37个寄存器(如图3-2)，被分为若干个组(BANK)，这些寄存器包括：31个通用寄存器，包括程序计数器(PC指针)，均为32位的寄存器；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。
同时，ARM处理器又有7种不同的处理器模式，在每一种处理器模式下均有一组相应的寄存器与之对应。即在任意一种处理器模式下，可访问的寄存器包括15个通用寄存器（R0-R14）、1-2个状态寄存器和程序计数器。在所有的寄存器中，有些是在7种处理器模式下共用的同一个物理寄存器，而有些寄存器则是在不同的处理器模式下有不同的物理寄存器，ARM7TDMI支持表3-1中给出的操作模式。除User模式以外的其它模式都叫做特权模式，除User和System外的其它5种模式叫做异常模式。大部分应用程序都在User模式下运行，当处理器处于User模式下时，执行的程序无法访问一些被保护的系统资源，以利于操作系统控制系统资源的使用，也不能改变模式，否则就会导致一次异常。对于System模式，任何异常都不会导致进入这一模式，而且它使用的寄存器和User模式下基本相同，主要是用于有访问系统资源请求而又需要避免使用额外的寄存器的操作系统任务。在特权模式下，它们可以完全访问系统资源，可以自由地改变模式。在处理特定的异常时，系统进入信号输入电路主要是把压力变送器、电压互感器、电流互感器的输出信号，经过放大滤波转换成模数转换芯片可以识别的模拟信号，通过模数转换，最终把采集到的多路模拟量信号转换成数字量信号。对应的异常模式下，5种异常模式都有各自额外的寄存器，用于避免在发生异常的时候与用户模式下的程序发生冲突。
图3.2ARM状态下的寄存器组织图表3.1操作模式
3.1.4 ARM微处理器的指令结构
ARM微处理器的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。其中，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。
3.1.5 ARM内核的中断技术
(1)中断分类
ARM7TDMI具有常规中断（IRQ）、快中断（FIQ）和软件中断（SoftWareInterrupt）三种中方式，见表3-2所示，常规中断和快中断都是硬件中断
上一页 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] ... 下一页 >>
arm嵌入式系统设计论文 第6页下载如图片无法显示或论文不完整，请联系qq752018766
