嵌入式系统ARM的通用bootloader的设计与实现 第2页

嵌入式系统ARM的通用bootloader的设计与实现 第2页
第一章      ARM简介
嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器。目前据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000多种，流行体系结构有30多个系列。嵌入式微处理目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、MIPS、ARM系列等。
其中，ARM是一种今年来在嵌入式系统中有着强大影响力的微处理器设计商和制造商，ARM的设计非常适合与小的电源供电系统。特别是，随着近年来，微处理器结构由RISC（精简指令集）全面取代传统的CISC（复杂指令集），因为ARM是著名的RISC的拥护者。
1.1    ARM 简介
  ARM（Advanced RISC Machines），既可以认为是一个公司的名字，也可以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技术只是产权（IP）核的微处理器，即通常我们所说的ARM微处理器，已经遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的微处理应用约占据了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长各具特色的芯片。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，又使得整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。
1.1.1  ARM处理器介绍
ARM处理器目前包括下面几个系列的处理器产品以及其他厂商实现的基于ARM体系结构的处理器：ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、 ARM10E系列、SecurCore系列、Intel的Xscale系列、Intel的StrongARM系列。
ARM体系有变种，也就是说有些版本具备特定功能，在各个版本的版本号上可以体现出来，说明如下[5]：
T： 支持16位压缩指令集Thumb；
　　D： 支持片上Debug；
M：内嵌硬件乘法器（Multiplier），增加用于长乘法操作的指令；
　　I： 嵌入式ICE，支持片上断点和调试点；
E：增强型DSP指令；
ARM构架诞生至今，已经产生了多次变革，每一次都带来性能上的极大飞跃，其过程包括：
－ V1构架（ARM1）
 基本的数据处理指令（无乘法）
 字节、半字和字的Load/Store指令
 转移指令，包括子程序的调用和链接指令
 软件中断指令
 寻址空间64MB
－ V2构架（ARM2，ARM3）
 增加乘法和乘法指令
 增加支持协处毕业论文http://www.Lwfree.cn理器的操作
 增加快速中断模式
 增加SWP/SWPB的存储器和寄存器交换指令
－ V3构架（ARM6）
 增加了MRS/MSR指令，访问新增的CPSR/SPSR寄存器
 增加了异常处理返回
 寻址空间4GB
－ V4构架（ARM7,  ARM9）
 增加符号化和非符号化本文来自辣文|论文网半字及符号化字节的存取指令
 增加16位的Thumb指令
 完善软件中断SWI指令
－ V5构架（ARM10）
 带有链接和交换的转移BLX指令
 计数前导零CLZ指令
 BRK中断指令
 增加了一些信号处理的指令
－ V6构架
 增加了SIMD功能扩展，为包括音频/视频处理在内的应用系统提供优化功能

接下来就简要介绍一下各主要系列处理器的特点。
（1）ARM7微处理器系列[5]
ARM7系列微处理器为低功耗的32位RISC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微处理器系列具有如下特点：
　　－ 具有嵌入式ICE－RT逻辑，调试开发方便。
　　－ 极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。
　　－ 能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构。
　　－ 代码密度高并兼容16位的Thumb指令集。
　　－ 对操作系统的支持广泛，包括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。      
　　－ 主频最高可达130MIPS，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用。
　　ARM7系列微处理器的主要应用领域为：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。其中，ARM7TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器，属低端ARM处理器核。
（2）ARM9微处理器系列[5]
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。具有以下特点：
　　－ 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。
　　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系列微处理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三种类型，以适用于不同的应用场合。

    （3）ARM9E微处理器系列[5]
ARM9E系列微处理器为可综合处理器，使用单一的处理器内核提供了微控制器、DSP、Java应用系统的解决方案，极大的减少了芯片的面积和系统的复杂程度。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系列微处理器的主要特点如下：
　　－ 支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。
　　－ 5级整数流水线，指令执行效率更高。
　　－ 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。
　　－ 支持32位毕业论文http://www.Lwfree.cn的高速AMBA总线接口。
　　－ 支持VFP9浮点处理协处理器。
　　－ 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。
　　－ 主频最高可达300MIPS。
　　ARM9系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、存储设备和网络设备等领域。
　　ARM9E系列微处理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM966E-S三种类型，以适用于不同的应用场合。

（4）ARM10E微处理器系列[5]
　ARM10E系列微处理器具有高性能、低功耗的特点，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。本文来自辣,文.论,文网
　　ARM10E系列微处理器的主要特点如下：
　　－ 支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。
　　－ 6级整数流水线，指令执行效率更高。
　　－ 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。
　　－ 支持VFP10浮点处理协处理器。
　　－ 全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统。
　　－ 支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力
　　－ 主频最高可达400MIPS。
　　－ 内嵌并行读/写操作部件。
　　ARM10E系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、通信和信息系统等领域。
　　ARM10E系列微处理器包含ARM1020E、ARM1022E和ARM1026EJ-S三种类型，以适用于不同的应用场合。

（5）StrongArm微处理器系列
Intel StrongARM SA-1100处理器是采用ARM体系结构高度集成的32位RISC微处理器。它融合了Intel公司的设计和处理技术以及ARM体系结构的电源效率，采用在软件上兼容ARMv4体系结构、同时采用具有Intel技术优点的体系结构。
　　Intel StrongARM处理器是便携式通讯产品和消费类电子产品的理想选择，已成功应用于多家公司的掌上电脑系列产品

（6）Intel Xscale微处理器系列
有关Intel Xscale微处理器系列，会在后面相关篇幅中进行介绍。
1.2   ARM处理器的优势特点
采用RISC结构的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，能很好地兼容8/16位器件；
3． 大量使用寄存器，指令执行速度更快；
4． 大多数数据操作都在寄存器中完成；
5． 寻址方式灵活简单，执行效率高；
6． 指令长度固定；
ARM处理器之所以能够广泛应用于各个领域，与以上所列的各个特点密切相关，综合起来，主要包括以下几点。
1.2.1   RISC指令集
 传统的CISC（Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）结构有其固有的缺点，即随着计算机技术的发展而不断引入新的复杂的指令集，为支持这些新增的指令，计算机的体系结构会越来越复杂，然而，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％，显然，这种结构是不太合理的。
基于以上的不合理性，1979年美国加州大学伯克利分校提出了RISC（Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机）的概念，RISC并非只是简单地去减少指令，而是把着眼点放在了如何使计算机的结构更加简单合理地提高运算速度上。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，指令格式和寻址方式种类减少；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。
到目前为止，RISC体系结构也还没有严格的定义，一般认为，RISC体系结构应具有

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