簡(jiǎn)介：嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用,第二章嵌入式硬件系統(tǒng)基礎(chǔ),主要內(nèi)容,嵌入式硬件系統(tǒng)基本組成,嵌入式微處理器,嵌入式系統(tǒng)總線,嵌入式存儲(chǔ)系統(tǒng),第一節(jié)嵌入式硬件系統(tǒng)基本組成,嵌入式系統(tǒng)的硬件是以嵌入式微處理器為核心，主要由嵌入式微處理器、總線、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口和設(shè)備組成。嵌入式微處理器總線存儲(chǔ)器輸入/輸出接口和設(shè)備,嵌入式微處理器,每個(gè)嵌入式系統(tǒng)至少包含一個(gè)嵌入式微處理器嵌入式微處理器體系結(jié)構(gòu)可采用馮諾依曼（VONNEUMANN）結(jié)構(gòu)或哈佛（HARVARD）結(jié)構(gòu),馮諾依曼結(jié)構(gòu),哈佛結(jié)構(gòu),嵌入式微處理器,傳統(tǒng)的微處理器采用的馮諾依曼結(jié)構(gòu)將指令和數(shù)據(jù)存放在同一存儲(chǔ)空間中，統(tǒng)一編址，指令和數(shù)據(jù)通過(guò)同一總線訪問(wèn)。哈佛結(jié)構(gòu)則是不同于馮諾依曼結(jié)構(gòu)的一種并行體系結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)是程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)空間中，即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編制、獨(dú)立訪問(wèn)。與之相對(duì)應(yīng)的是系統(tǒng)中設(shè)置的兩條總線（程序總線和數(shù)據(jù)總線），從而使數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一倍。,嵌入式微處理器,嵌入式微處理器的指令系統(tǒng)可采用精簡(jiǎn)指令集系統(tǒng)RISC（REDUCEDINSTRUCTIONSETCOMPUTER）或復(fù)雜指令集系統(tǒng)CISC（COMPLEXINSTRUCTIONSETCOMPUTER）,嵌入式微處理器,嵌入式微處理器有許多不同的體系，即使在同一體系中也可能具有不同的時(shí)鐘速度和總線數(shù)據(jù)寬度、集成不同的外部接口和設(shè)備。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全世界嵌入式微處理器的品種總量已經(jīng)超過(guò)千種，有幾十種嵌入式微處理器體系，主流的體系有ARM、MIPS、POWERPC、SH、X86等。,總線,嵌入式系統(tǒng)的總線一般集成在嵌入式微處理器中。從微處理器的角度來(lái)看，總線可分為片外總線如PCI、ISA等和片內(nèi)總線（如AMBA、AVALON、OCP、WISHBONE等）。選擇總線和選擇嵌入式微處理器密切相關(guān)，總線的種類隨不同的微處理器的結(jié)構(gòu)而不同。,存儲(chǔ)器,嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)器包括主存和外存。大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)的代碼和數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在處理器可直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)空間即主存中。系統(tǒng)上電后在主存中的代碼直接運(yùn)行。主存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是速度快，一般采用ROM、EPROM、NORFLASH、SRAM、DRAM等存儲(chǔ)器件。,存儲(chǔ)器,目前有些嵌入式系統(tǒng)除了主存外，還有外存。外存是處理器不能直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)器，用來(lái)存放各種信息，相對(duì)主存而言具有價(jià)格低、容量大的特點(diǎn)。在嵌入式系統(tǒng)中一般不采用硬盤而采用電子盤做外存，電子盤的主要種類有NANDFLASH、SD（SECUREDIGITAL）卡、COMPACTFLASH、SMARTMEDIA、MEMORYSTICK、MULTIMEDIACARD、、DOC（DISKONCHIP）等。,輸入/輸出接口和設(shè)備,嵌入式系統(tǒng)的大多數(shù)輸入/輸出接口和部分設(shè)備已經(jīng)集成在嵌入式微處理器中。輸入/輸出接口主要有中斷控制器、DMA、串行和并行接口等，設(shè)備主要有定時(shí)器（TIMERS）、計(jì)數(shù)器（COUNTERS）、看門狗（WATCHDOGTIMERS）、RTC、UARTS、PWM（PULSEWIDTHMODULATOR）、AD/DA、顯示器、鍵盤和網(wǎng)絡(luò)等。,第二節(jié)嵌入式微處理器,嵌入式微處理器的發(fā)展嵌入式微處理器的分類嵌入式微處理器的特點(diǎn)主流的嵌入式微處理器ARM,MIPS,SH,POWERPC,X86,,嵌入式微處理器的發(fā)展,嵌入式微處理器的分類,嵌入式微處理器種類繁多，按位數(shù)可分為4位、8位、16位、32位和64位。按用途來(lái)分，嵌入式微處理器可分為嵌入式DSP和通用的嵌入式微處理器兩種嵌入式DSP專用于數(shù)字信號(hào)處理，采用哈佛結(jié)構(gòu)，程序和數(shù)據(jù)分開(kāi)存儲(chǔ)，采用一系列措施保證數(shù)字信號(hào)的處理速度，如對(duì)FFT（快速傅立葉變換）的專門優(yōu)化。通用的嵌入式微處理器一般是集成了通用微處理器的核、總線、外圍接口和設(shè)備的SOC芯片，有些還將DSP作為協(xié)處理器集成。,嵌入式微處理器的特點(diǎn),基礎(chǔ)是通用微處理器與通用微處理器相比的區(qū)別體積小、重量輕、成本低、可靠性高功耗低工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面增強(qiáng),嵌入式微處理器的特點(diǎn),體系結(jié)構(gòu),指令集,性能,功耗和管理,成本,集成度,嵌入式微處理器的集成度,用于桌面和服務(wù)器的微處理器的芯片內(nèi)部通常只包括CPU核心、CACHE、MMU、總線接口等部分，其他附加的功能如外部接口、系統(tǒng)總線、外部總線和外部設(shè)備獨(dú)立在其他芯片和電路內(nèi)。嵌入式微處理器除了集成CPU核心、CACHE、MMU、總線等部分外，還集成了各種外部接口和設(shè)備，如中斷控制器、DMA、定時(shí)器、UART等。符合嵌入式系統(tǒng)的低成本和低功耗需求，一塊單一的集成了大多數(shù)需要的功能塊的芯片價(jià)格更低，功耗更少。,嵌入式微處理器的集成度,嵌入式微處理器是面向應(yīng)用的，其片內(nèi)所包含的組件的數(shù)目和種類是由它的市場(chǎng)定位決定的。在最普通的情況下，嵌入式微處理器包括片內(nèi)存儲(chǔ)器部分嵌入式微處理器外部存儲(chǔ)器的控制器，外設(shè)接口串口，并口LCD控制器面向終端類應(yīng)用的嵌入式微處理器中斷控制器，DMA控制器，協(xié)處理器定時(shí)器，A/D、D/A轉(zhuǎn)換器多媒體加速器當(dāng)高級(jí)圖形功能需要時(shí)總線其他標(biāo)準(zhǔn)接口或外設(shè),嵌入式微處理器的集成度,單芯片方式（SINGLECHIP）芯片組方式（CHIPSET）由微處理器主芯片和一些從芯片組成,嵌入式微處理器的集成度,單芯片方式華邦W90P710芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu),嵌入式微處理器的集成度,芯片組方式兩芯片組的手持PC方案,返回,嵌入式微處理器的體系結(jié)構(gòu),算術(shù)格式（ARITHMETICFORMAT）由于低成本和低功耗的限制，大多數(shù)的嵌入式微處理器使用定點(diǎn)運(yùn)算（FIXEDPOINTARITHMETIC），即數(shù)值被表示為整數(shù)或在－10和＋10之間的分?jǐn)?shù)，比數(shù)值表示為尾數(shù)和指數(shù)的浮點(diǎn)版本的芯片便宜。當(dāng)嵌入式系統(tǒng)中需要使用浮點(diǎn)運(yùn)算時(shí)，可采用軟件模擬的方式實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算，只不過(guò)這樣要占用更多的處理器時(shí)間。功能單元（FUNCTIONALUNITS）通常包括不止一個(gè)的功能單元，典型的是包含一個(gè)ALU、移位器和MAC，處理器通常用一條指令完成乘法操作。流水線（PIPELINE）通常采用單周期執(zhí)行指令，可能導(dǎo)致比較長(zhǎng)的流水線,返回,嵌入式微處理器的指令集,為滿足應(yīng)用領(lǐng)域的需要，嵌入式微處理器的指令集一般要針對(duì)特定領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行剪裁和擴(kuò)充。目前很多應(yīng)用系統(tǒng)需要類似于DSP的數(shù)字處理功能。這些指令主要有乘加MAC操作它在一個(gè)周期中執(zhí)行了一次乘法運(yùn)算和一次加法運(yùn)算。SIMD類操作允許使用一條指令進(jìn)行多個(gè)并行數(shù)據(jù)流的計(jì)算。零開(kāi)銷的循環(huán)指令采用硬件方式減少了循環(huán)的開(kāi)銷。僅使用兩條指令實(shí)現(xiàn)一個(gè)循環(huán)，一條是循環(huán)的開(kāi)始并提供循環(huán)次數(shù)，另一條是循環(huán)體。多媒體加速指令像素處理、多邊形、3D操作等指令。,返回,嵌入式微處理器的性能,低端（低價(jià)，低性能）一般低端嵌入式微處理器的性能最多達(dá)到50MIPS，應(yīng)用在對(duì)性能要求不高但對(duì)價(jià)格和功耗有嚴(yán)格要求的應(yīng)用系統(tǒng)中。中檔，低功耗中檔的嵌入式微處理器可達(dá)到較好的性能（如150MIPS以上），采用增加時(shí)鐘頻率、加深流水深度、增加CACHE及一些額外的功能塊來(lái)提高性能，并保持低功耗。高端,嵌入式微處理器的性能,高端嵌入式微處理器用于高強(qiáng)度計(jì)算的應(yīng)用，使用不同的方法來(lái)達(dá)到更高的并行度單指令執(zhí)行乘法操作通過(guò)加入額外的功能單元和擴(kuò)展指令集，使許多操作能在一個(gè)單一的周期內(nèi)并行執(zhí)行。每個(gè)周期執(zhí)行多條指令桌面和服務(wù)器的超標(biāo)量處理器都支持單周期多條指令執(zhí)行，在嵌入式領(lǐng)域通常使用VLIWVERYLARGEINSTRUCTIONWORD來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣只需較少的硬件，總體價(jià)格會(huì)更低些。例如TI的TMS320C6201芯片，通過(guò)使用VLIW方法，能在每個(gè)周期同時(shí)執(zhí)行8條獨(dú)立的32位指令。使用多處理器采用多處理器的方式滿足應(yīng)用系統(tǒng)的更高要求。一些嵌入式微處理器采用特殊的硬件支持多處理器。如TI的OMAP730包括了三個(gè)處理器核ARM9、ARM7、DSP。,返回,嵌入式微處理器的功耗管理,大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)有功耗的限制（特別是電池供電的系統(tǒng)），它們不支持使用風(fēng)扇和其他冷卻設(shè)備。降低工作電壓18V、12V甚至更低，而且這個(gè)數(shù)值一直在下降。提供不同的時(shí)鐘頻率通過(guò)軟件設(shè)置不同的時(shí)鐘分頻。關(guān)閉暫時(shí)不使用的功能塊如果某功能塊在一個(gè)周期內(nèi)不使用，就可以被完全關(guān)閉，以節(jié)約能量。,嵌入式微處理器的功耗管理,提供功耗管理機(jī)制運(yùn)行模式（RUNNINGMODE）處理器處于全速運(yùn)行狀態(tài)下。待命模式（STANDBYMODE）處理器不執(zhí)行指令，所有存儲(chǔ)的信息是可用的，處理器能在幾個(gè)周期內(nèi)返回運(yùn)行模式。時(shí)鐘關(guān)閉模式（CLOCKOFFMODE）時(shí)鐘完全停止，要退出這個(gè)模式系統(tǒng)需要重新啟動(dòng)。影響功耗的其他因素還有總線（特別是總線轉(zhuǎn)換器，可以采用特殊的技術(shù)使它的功耗最?。┖痛鎯?chǔ)器的大?。ㄈ绻褂肈RAM，它需要不斷的刷新）。為了使功耗最小，總線和存儲(chǔ)器要保持在應(yīng)用系統(tǒng)可接受的最小規(guī)模。,返回,嵌入式微處理器的成本,為降低價(jià)格，需要在嵌入式微處理器的設(shè)計(jì)中考慮不同的折衷方案。處理器的價(jià)格受如下因素影響處理器的特點(diǎn)功能塊的數(shù)目、總線類型等。片上存儲(chǔ)器的大小。芯片的引腳數(shù)和封裝形式如PQFPPLASTICQUADFLATPACKAGE通常比BGABALLGRIDARRAYPACKAGE便宜。芯片大?。―IESIZE）取決于制造的工藝水平。,嵌入式微處理器的成本,代碼密度（CODEDENSITY）代碼存儲(chǔ)器的大小將影響價(jià)格，不同種類的處理器有不同的代碼密度CISC芯片代碼密度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其額外的控制邏輯單元使價(jià)格變得很高；RISC芯片擁有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，代碼密度低，因?yàn)槠渲噶罴?jiǎn)單；VLIW代碼密度最低，因?yàn)樗闹噶钭謨A向于采用多字節(jié)。,主流的嵌入式微處理器,目前主流的嵌入式微處理器系列主要有ARM系列、MIPS系列、POWERPC系列、SUPERH系列和X86系列等。屬于這些系列的嵌入式微處理器產(chǎn)品很多，有上千種以上。,UNITSMILLIONS,SOURCEANDREWALLISON,INSIDETHENEWCOMPUTERINDUSTRY,JANUARY2001,EMBEDDEDRISCPROCESSORSHIPMENTS,32位浪潮的到來(lái),SOURCESEMICORESEARCHCORPANDSIA/WSTS,TOTALMCU,BYSUBCATEGORYEXCLDSP,TOTALEMBEDDEDCONTROLMARKETSHIPMENTSBYTYPE,,,,,總共約26億個(gè)32位處理器付運(yùn)，占總數(shù)96億的27,2005年ARM為17億個(gè)，約占32位總量的70左右,X86系列,主要由AMD，INTEL，NS，ST等公司提供，如AM186/88、ELAN520、嵌入式K6，386EX、STPC等。主要應(yīng)用在工業(yè)控制、通信等領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)由于對(duì)X86體系比較熟悉，得到廣泛應(yīng)用，特別是嵌入式PC的應(yīng)用非常廣泛。,MPC/PPC系列,MOTOROLA推出的MPC系列，如MPC8XX。IBM推出PPC系列，如PPC4XX。主要應(yīng)用在通信、消費(fèi)電子及工業(yè)控制、軍用裝備等領(lǐng)域。,MPC/PPC系列,IBMPOWERPC集成10/100MBPS以太網(wǎng)控制器、串行和并行端口、內(nèi)存控制器以及其它外設(shè)的高性能嵌入式處理器。MOTOROLAMPC高度綜合的SOC設(shè)備，它結(jié)合了PPC微處理器核心的功能、通信處理器和單硅成分內(nèi)的顯示控制器。這個(gè)設(shè)備可以在大量的電子應(yīng)用中使用，特別是在低能源、便攜式、圖象捕捉和個(gè)人通信設(shè)備。,技術(shù),025,微米,CMOSSA12E,282DHRYSTONE21MIPS200MHZ,375DHRYSTONE21MIPS266MHZ,200/100/66/50MHZ,266/133/66/66MHZ,晶體數(shù)量,480,萬(wàn),電源消耗,11,瓦,信號(hào),I/O,300,溫度范圍,40到80度,電源供應(yīng),25V,邏輯電路,,33VI/O,，支持,5VI/OS,456BALL,ENHANCEDPBGA35MMX35MM,性能,頻率,CPU/,SDRAM/PCI/EBC,封裝,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,POWERPC405GP技術(shù)規(guī)格,DHRYSTONE是一個(gè)綜合性的基準(zhǔn)測(cè)試程序，它是為了測(cè)試編譯器和CPU處理整數(shù)指令和控制功能的有效性，人為地選擇一些“典型指令綜合起來(lái)形成的測(cè)試程序。,ARM系列,ARMADVANCEDRISCMACHINE公司是一家專門從事芯片IP設(shè)計(jì)與授權(quán)業(yè)務(wù)的英國(guó)公司，其產(chǎn)品有ARM內(nèi)核以及各類外圍接口。ARM內(nèi)核是一種32位RISC微處理器，具有功耗低、性價(jià)比高、代碼密度高等三大特色。目前，90的移動(dòng)電話、大量的游戲機(jī)、手持PC和機(jī)頂盒等都已采用了ARM處理器，許多一流的芯片廠商都是ARM的授權(quán)用戶（LICENSEE），如INTEL、SAMSUNG、TI、MOTOROLA、ST等，ARM已成為業(yè)界公認(rèn)的嵌入式微處理器標(biāo)準(zhǔn)。,ARM處理器的分類,結(jié)構(gòu)體系版本（ARCHITECTURE）ARMV4TARMV5TEARMV6ARMCORTEXV7,PROCESSORFAMILYARM7ARM9ARM10ARM11ARMCORTEX,,,,,,,按應(yīng)用特征分類應(yīng)用處理器APPLICATIONPROCESSOR實(shí)時(shí)控制處理器REALTIMECONTROLLER微控制器MICROCONTROLLER,特征MMU,CACHE最快頻率、最高性能、合理功耗,特征MPU,CACHE實(shí)時(shí)響應(yīng)、合理性能、較低功耗,特征NOSUBMEMORYSYSTEM一般性能、最低成本、極低功耗,,,,ROADMAPOFARMV4/V5/V6,ARMV4,ARMV4是目前支持的最老的架構(gòu),是基于32BIT地址空間的32BIT指令集。ARMV4除了支持ARMV3的指令外還擴(kuò)展了支持HALFWORD的存取支持BYTE和HALFWORD的符號(hào)擴(kuò)展讀支持THUMB指令提供THUMB和NORMAL狀態(tài)的轉(zhuǎn)換指令進(jìn)一步的明確了會(huì)引起UNDEFINED異常的指令對(duì)以前的26BITS體系結(jié)構(gòu)的CPU不再兼容,ARMV4T,ARMV4T增加了16BITTHUMB指令集，這樣使得編譯器能產(chǎn)生緊湊代碼（相對(duì)于32BIT代碼，內(nèi)存能節(jié)省到35以上并保持32BIT系統(tǒng)的好處。THUMB在處理器中仍然要擴(kuò)展為標(biāo)準(zhǔn)的32位ARM指令來(lái)運(yùn)行。用戶采用16位THUMB指令集最大的好處就是可以獲得更高的代碼密度和降低功耗。,ARMV5TE,1999年推出ARMV5TE其增強(qiáng)了THUMB體系,增強(qiáng)的THUMB體系增加了一個(gè)新的指令同時(shí)改進(jìn)了THUMB/ARM相互作用、編譯能力和混合及匹配ARM與THUMB例程，以更好地平衡代碼空間和性能并在ARMISA上擴(kuò)展了增強(qiáng)的DSP指令集增強(qiáng)的DSP指令包括支持飽和算術(shù)（SATURATEDARITHMETIC）,并且針對(duì)AUDIODSP應(yīng)用提高了70性能。‘E’擴(kuò)展表示在通用的CPU上提供DSP能力。,ARMV5TEJ,2000年推出ARMV5TEJ，增加了JAZELLE擴(kuò)展以支持JAVA加速技術(shù)。JAZELLE技術(shù)比僅僅基于軟件的JVM性能提高近8倍的性能減少了80％的功耗。,ARMV6,2001年推出ARMV6，它在許多方面做了改進(jìn)如內(nèi)存系統(tǒng)、異常處理和較好地支持多處理器。SIMD擴(kuò)展使得廣大的軟件應(yīng)用如VIDEO和AUDIOCODEC的性能提高了4倍。THUMB2和TRUSTZONE技術(shù)也用于ARMV6中。ARMV6第一個(gè)實(shí)現(xiàn)是2002年春推出的ARM1136JFSTM處理器，2003年又推出了ARM1156T2FS和ARM1176JZFS處理器。,ARMV7,ARMV7定義了3種不同的處理器配置（PROCESSORPROFILES）PROFILEA是面向復(fù)雜、基于虛擬內(nèi)存的OS和應(yīng)用的PROFILER是針對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的PROFILEM是針對(duì)低成本應(yīng)用的優(yōu)化的微控制器的。所有ARMV7PROFILES實(shí)現(xiàn)THUMB2技術(shù)，同時(shí)還包括了NEON?技術(shù)的擴(kuò)展提高DSP和多媒體處理吞吐量400％，并提供浮點(diǎn)支持以滿足下一代3D圖形和游戲以及傳統(tǒng)嵌入式控制應(yīng)用的需要。,ARMFAMILY,,,,,,ARM7?FAMILY,ARM9?FAMILY,ARM10?FAMILY,ARM11?FAMILY,,150DMIPS,300DMIPS,500DMIPS,1000DMIPS,ARMCORTEX?FAMILY,,ARMARCHITECTURE,,,當(dāng)前的主流ARM處理器,ARM7世界上最為廣泛使用的CPU之一100MHZARM9100300MHZ,17BARMPOWREDSHIPMENTINYEAROF2005,31ISARM9BASED,ARM11芯片已經(jīng)面世,ARM11300700MHZSIMD指令擴(kuò)展支持更豐富的多媒體應(yīng)用40家授權(quán)芯片公司，一些已開(kāi)始量產(chǎn),FOMAN902IFIRSTARM11BASEDPHONE,OMAP2420,IMX31/IMX31L,,目前最快的嵌入式處理器,最快的處理器提供超過(guò)2000DMIPS的性能運(yùn)行于1GHZ頻率90NMOR65NM制造工藝功耗小于300MW,ARMCORTEXA8APPLICATIONPROCESSOR,CORTEXM3實(shí)現(xiàn)1ARM芯片,ARMCORTEXARCHITECTURETHUMB2ISA3STAGEPIPELINE122DMIPS/MHZ–30OVERARM7TDMI33KGATES–30SMALLERTHANARM7TDMI,LUMINARYMICRO的STELLARIS系列MCU產(chǎn)品售價(jià)僅1美元,ARMCORTEXM3微控制器內(nèi)核，專門針對(duì)MCU應(yīng)用領(lǐng)域而設(shè)計(jì)，突出低成本、低功耗和高效率。,領(lǐng)先嵌入式處理器技術(shù)發(fā)展討論,多處理器技術(shù)單處理器技術(shù)的性能提升終有一天會(huì)遭遇瓶頸對(duì)嵌入式系統(tǒng)而言，尤其要考慮付出的代價(jià)把任務(wù)進(jìn)行并行分解是理想的選擇ARMMPCORE可以集成14個(gè)ARM11處理器關(guān)鍵是要提供給軟件開(kāi)發(fā)者一個(gè)友好的編程界面64位處理器哪兒是系統(tǒng)性能瓶頸是需要64位地址還是64位數(shù)據(jù)嵌入式系統(tǒng)比PC有更好的條件來(lái)解決系統(tǒng)性能和帶寬問(wèn)題PC系統(tǒng)在主板上，擴(kuò)展系統(tǒng)帶寬需要擴(kuò)大每個(gè)組件的接口帶寬SOC只需擴(kuò)展片內(nèi)總線，非常容易實(shí)現(xiàn)AMBA支持81024位總線寬度許多SOC設(shè)計(jì)以及ARM處理器內(nèi)部已經(jīng)使用64位數(shù)據(jù)總線,ARM7TDMI,THUMB架構(gòu)擴(kuò)展,提供兩個(gè)獨(dú)立的指令集ARM指令，均為32位THUMB指令，均為16位兩種運(yùn)行狀態(tài)，用來(lái)選擇哪個(gè)指令集被執(zhí)行,內(nèi)核具有DEBUG擴(kuò)展結(jié)構(gòu),增強(qiáng)乘法器32X8支持64位結(jié)果,EMBEDDEDICE邏輯,,,,,,,,,3級(jí)流水線馮諾依曼架構(gòu)CPICYCLEPERINSTRUCTION約為19,ARM7TDMI,,,,,ARM7TDMI內(nèi)核,MCLK,NIRQ,NFIQ,NRESET,BUSEN,BIGEND,ISYNC,NWAIT,VDD,VSS,APE,DBE,,,,,,,,,,,,,協(xié)處理器接口,存儲(chǔ)器管理,存儲(chǔ)器接口,,,,,,,,,,,,,ABORT,NOPC,CPB,CPA,NCPI,NTRANS,NM40,MAS10,NRW,NMREQ,LOCK,SEQ,NENOUT,A310,DOUT310,DIN310,D310,電源,總線控制,時(shí)鐘,配置,中斷,,,,,,,,,,,內(nèi)核信號(hào),ARM7TDMI,,ARM7TDMI內(nèi)核,,TAP控制器,,,,,,JTAG接口,數(shù)據(jù)總線,控制信號(hào),地址總線,,,,,,,,,,,,,,,,,,BUSSPLITTER,,,EMBEDDEDICE邏輯,,,,,,,,,,方框圖,,,,,,,,,,,,乘法器,,指令解碼,地址自增器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,NRESET,NMREQ,SEQ,ABORT,NIRQ,NFIQ,NRW,MAS10,LOCK,NCPI,CPA,CPB,NWAIT,MCLK,NOPC,BIGEND,ISYNC,NTRANS,NM40,D310,桶移位器,,32位ALU,DBE,,寫數(shù)據(jù)寄存器,讀數(shù)據(jù)寄存器,地址寄存器,,,寄存器BANK,,,,,,,,,,,A310,ABE,,,,,,,,,,及,控制邏輯,PCUPDATE,,解碼站,指令解壓縮,,,,,INCREMENTER,,,PC,ABUS,BBUS,ALUBUS,ARM7TDMI,內(nèi)核,ARM7TDMI指令流水線,為增加處理器指令流的速度，ARM7系列使用3級(jí)流水線。允許多個(gè)操作同時(shí)處理，而非順序執(zhí)行。PC指向正被取指的指令，而非正在執(zhí)行的指令。,,,從存儲(chǔ)器中讀取指令,解碼指令中用到的寄存器,寄存器讀（從寄存器BANK）移位及ALU操作寄存器寫（到寄存器BANK）,PCPC,PC4PC2,PC8PC4,ARMTHUMB,ARM7TDMI指令流水線,操作,周期,123456,,,FETCH,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,最佳流水線,該例中用6個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行了6條指令所有的操作都在寄存器中（單周期執(zhí)行）指令周期數(shù)CPI1,ARM7TDMI,,,,ARM7TDMI內(nèi)核,,,,,地址,地址,數(shù)據(jù)讀,,AMBA接口,,寫緩沖,,,,MMU,,,,,,,數(shù)據(jù)寫,,數(shù)據(jù),,ARM7XXT,控制邏輯,CACHE,,,,,AMBA總線接口,,JTAG和非AMBA信號(hào),CP15,帶CACHE的ARM7TDMI,ARM710T8K統(tǒng)一的CACHE完整的內(nèi)存管理單元（MMU），支持虛擬地址和存儲(chǔ)器保護(hù)寫緩沖,ARM720T同ARM710T，但支持WINCEARM740T8K統(tǒng)一的CACHE內(nèi)存管理單元寫緩沖,WRITEBUFFER當(dāng)數(shù)據(jù)寫到WRITEBUFFER后不需要CPU的任何干預(yù)而由WRITEBUFFER控制邏輯自動(dòng)的將數(shù)據(jù)寫到最終的地方；CACHE的回寫則需要CPU的干預(yù)。WRITEBUFFER較小，通常只有幾十個(gè)字節(jié)。READBUFFER當(dāng)讀數(shù)據(jù)時(shí)READBUFFER自動(dòng)多讀取一些字節(jié)，但是不占用CPU的總線時(shí)間，所以能加快讀數(shù)據(jù)的速度；當(dāng)使用CACHE時(shí)如果要從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)則每個(gè)數(shù)據(jù)都會(huì)占用CPU的時(shí)間，這是與READBUFFER的最大不同點(diǎn)。READBUFFER較小，通常只有幾十個(gè)字節(jié)。,CACHE與BUFFER的區(qū)別,ARM9TDMI,HARVARD架構(gòu)增加了可用的存儲(chǔ)器寬度指令存儲(chǔ)器接口數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口可以實(shí)現(xiàn)對(duì)指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的同時(shí)訪問(wèn)5級(jí)流水線實(shí)現(xiàn)了以下改進(jìn)改進(jìn)CPI到15提高了最大時(shí)鐘頻率,ARM9TDMI,,INSTRUCTIONFETCH,,SHIFTALU,,MEMORYACCESS,,REGWRITE,,REGREAD,REGDECODE,FETCH,DECODE,EXECUTE,MEMORY,WRITE,ARM9TDMI,,,ARMORTHUMBINSTDECODE,,,REGSELECT,REGREAD,SHIFT,ALU,REGWRITE,,,,THUMB?ARMDECOMPRESS,ARMDECODE,,INSTRUCTIONFETCH,FETCH,DECODE,EXECUTE,ARM7TDMI,,,流水線,ARM9TDMI,,,ARM9TDMI,,,DCACHE,ICACHE,,MMU,,,,,,,,,,,,,,GLUE,外部存儲(chǔ)器,ARM940T2X4KCACHESMPU寫緩沖,ARM9XXT,ARM920T2X16KCACHESMMU支持虛擬地址和內(nèi)存保護(hù)寫緩沖,帶CACHE的ARM9TDMI,ARM9ES系列概述,ARM9E基于ARM9TDMI內(nèi)核，有以下擴(kuò)展和增強(qiáng)單周期32X16乘法器EMBEDDEDICE邏輯RT改進(jìn)的ARM/THUMB交互操作新的32X16和16X16乘法指令新的計(jì)數(shù)到零指令新的飽和算術(shù)指令A(yù)RM946ESARM9ES內(nèi)核指令和數(shù)據(jù)CACHE,大小可選擇指令和數(shù)據(jù)RAM,大小可選擇保護(hù)單元AHB總線接口ARM966ES與ARM946ES相似,但無(wú)CACHE,ARM926EJS系列概述,JAZELLE狀態(tài)允許直接執(zhí)行JAVA8位
下載積分： 6 賞幣
上傳時(shí)間：2024-01-05
頁(yè)數(shù)： 177
大?。?5.91(MB)
子文件數(shù)：
