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ARM体系结构详解

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  • 2021-04-07
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标签: arm

arm

ARM体系结构详解ARM体系结构详解

嵌入式系统设计导论
基于32½微处理器与实时操½系统
第三讲
ARM嵌入式微处理器½系结构
北京航空航天大学
机器人研究所
魏洪兴
1
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本节提要
1
嵌入式微处理器概述
2
ARM½系结构概览
3
4
ARM编程模型
ARM
异常处理
2
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嵌入式处理器概述
l
嵌入式微处理器是嵌入式系统的核心。目前
32
½嵌入式微处理器
是市场的主流。
32
½嵌入式微处理器市场,我们可以发现超过
100
家的芯片供应
商和近
30
种指令½系结构。
1996
年以前,最成功的嵌入式微处理器是
Motorola
公司的
68000
系列。此外嵌入式微处理器市场还包括其它½系结构,如
Intel
公司的
I960
Motorola
公司的
Coldfire
Sun
公司的
Sparc
以及嵌入式
X86
系列平台。
½然,最引人注目的还是
ARM
公司的
ARM
系列、
MIPS
公司的
MIPS
系列,以及
Hitachi
公司的
SuperH
系列(其中
ARM
MIPS
½知识产权公司,把他们的微处理器
IP
技术授权给半导½厂商,由
他们生产½态各异的微处理器芯片)。
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l
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嵌入式处理器评价指标(
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功耗。一般的嵌入式微处理器½有三种运行模式:运行模式(
operational
);待机模式(
standby or power down
);停机
模式(
and clock-off
)。功耗的评测指标是
MIPS/W
代码存储密度。传统的
CISC
指令集计算机具有较½的代码存储密
度。而
RICS
指令集计算机由于要求指令编码长度固定,½然可以
简化和加速指令译码过程,½为了实现与
CISC
指令集计算机相同
的½业,往往需要更多的指令来完成,从而增加了代码长度。如
Hitachi
SuperH
½系结构采用了定长的
16
½指令,对每条指令
16
½的格式存储。
ARM
则采用
16
½扩展的
Thumb
指令集,片
内的逻辑译码器将其等价为
32
½的
ARM
指令而实时解码。而
MIPS
则采用
MIPS16
方法来解决这个问题。(½响代码密度的另
外一个主要因素是所采用的
C
编译器。
ANSI C
是½前嵌入式领域
的标准编程语言,随着嵌入式微处理器性½的提高,面向对象的
语言也将被采用并会逐渐成为主流,一些编译器供应商已经开始
着手解决代码密度问题。)
4
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嵌入式处理器评价指标(
2
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集成度。嵌入式微处理器一般½为专用市场设计的,
需要较高的集成度。½把所有的外围设备½集成到一
个芯片上也不是一种½的解决方案。这是因为高集成
度½芯片变得复杂,芯片引脚变密,增加了系统设计
和测试的复杂性。因此,集成外围设备时必须要考虑
简化系统设计,并缩短整个系统的开发周期。
多媒½加速。为实现多媒½加速功½,嵌入式微处理
器的设计者在传统的微处理器指令集的基础上增加
JPEG
MPEG
解压缩的离散½弦变换指令。还有一些
半导½厂商针对智½手机和移动通讯市场的需求,将
RISC
微处理器和
DSP
集成在一个芯片上,如
TI
OMAP
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文档解析

本文是一份关于嵌入式系统设计导论的讲义,特别聚焦于基于32位微处理器和实时操作系统的ARM嵌入式微处理器体系结构。文档由北京航空航天大学机器人研究所的魏洪兴编写,详细介绍了嵌入式微处理器的概述、ARM体系结构概览、ARM编程模型以及ARM异常处理等内容。

嵌入式微处理器作为嵌入式系统的核心,目前以32位为市场主流。文档提到了多种嵌入式微处理器及其评价指标,例如功耗、代码存储密度和集成度。特别指出了ARM公司的ARM系列微处理器,因其低能耗、高性能和灵活的应用方案而受到市场的青睐。ARM公司通过IP授权的方式,允许半导体厂商生产基于ARM架构的微处理器芯片,广泛应用于工业控制、无线通讯、消费电子产品等领域。

文中还介绍了ARM微处理器的发展历程、技术优势和应用领域,以及ARM体系结构的版本更新和特点,如Thumb指令集、DSP指令集和Jazelle技术。此外,还讨论了ARM微处理器的流水线结构、存储器管理、协处理器功能以及不同ARM处理器的特性和选型指南。

最后,文档涵盖了ARM处理器的工作状态、存储器模式、数据和指令类型、处理器工作模式、寄存器组织和程序状态寄存器等技术细节,以及异常和中断的处理机制,为读者提供了全面的ARM嵌入式微处理器体系结构的理解和应用指南。

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评论

lucaja
感谢eeworld,感谢楼主分享
2021-09-19 08:45:50
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