【培訓(xùn)】ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程—嵌入式系統(tǒng)概述+ARM7體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)

1、精品課件1ARMARM嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)主講主講 李宥謀李宥謀Email:Email:TEL安郵電學(xué)院計算機系嵌入式教研室2009.8精品課件2教材參考書參考書 ARM嵌入式系統(tǒng)開發(fā)嵌入式系統(tǒng)開發(fā):軟件設(shè)計與優(yōu)化軟件設(shè)計與優(yōu)化 ，作者：作者：Andrew N.Sloss 北京航空航天大學(xué)出版社北京航空航天大學(xué)出版社 ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程周立功周立功 等編著等編著北京航空航天大學(xué)出版社北京航空航天大學(xué)出版社精品課件3 ARM嵌入式系統(tǒng)實驗指導(dǎo)嵌入式系統(tǒng)實驗指導(dǎo)周立功周立功 等編等編寫（北京航空航天大學(xué)出版社，）寫（北京航空航天大學(xué)出版社，） 實驗

2、地點：計算機系嵌入式實驗室實驗地點：計算機系嵌入式實驗室 （2#實驗樓實驗樓3層）層）實驗指導(dǎo)實驗指導(dǎo)計劃學(xué)時：計劃學(xué)時：48學(xué)時學(xué)時其中：授課其中：授課40學(xué)時：實驗學(xué)時：實驗8學(xué)時，學(xué)時，實驗內(nèi)容，實驗內(nèi)容，ADS環(huán)境環(huán)境2學(xué)時，學(xué)時，ARM匯編匯編2學(xué)時，學(xué)時，GPIO、定時器等、定時器等4 學(xué)時學(xué)時課內(nèi)外比例：課內(nèi)課內(nèi)外比例：課內(nèi)1：課外：課外1課程安課程安排排精品課件4考核要求l考試成績（課堂教學(xué)內(nèi)容）70l上機成績（上機出勤及編程情況） 15l平時成績（上課出勤及作業(yè)等學(xué)習(xí)情況） 15精品課件5 預(yù)備鈴響后必須進教室；預(yù)備鈴響后必須進教室； 遲到的學(xué)生坐在第一排；遲到的學(xué)生坐在第一

3、排； 曠課曠課4次平時分扣為零分；次平時分扣為零分； 著裝得體，不得穿拖鞋、背心進教室；著裝得體，不得穿拖鞋、背心進教室； 不準(zhǔn)在教室吃東西，值日生要擦黑板。不準(zhǔn)在教室吃東西，值日生要擦黑板。 按時完成作業(yè)。按時完成作業(yè)。 課堂要求課堂要求精品課件6ARM嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)-課程介紹課程介紹嵌入式嵌入式：ARM系列的體系結(jié)構(gòu)系列的體系結(jié)構(gòu)ARM7ARM7指令集及匯編程序設(shè)計指令集及匯編程序設(shè)計硬件接口電路原理硬件接口電路原理軟件接口編程方法軟件接口編程方法接口技術(shù)接口技術(shù)：精品課件7微機原理及嵌入式系統(tǒng)微機原理及嵌入式系統(tǒng)-網(wǎng)站資源網(wǎng)站資源lARM公司網(wǎng)站公司網(wǎng)站http:/ (全面了解全面

4、了解) )數(shù)字邏輯數(shù)字邏輯l提供硬件基礎(chǔ)提供硬件基礎(chǔ)計算機組成原理計算機組成原理l確立計算機部件功能確立計算機部件功能l掌握計算機工作原理掌握計算機工作原理高級語言程序設(shè)計高級語言程序設(shè)計l熟悉熟悉C C語言程序設(shè)計的方法語言程序設(shè)計的方法l掌握基本程序設(shè)計思想掌握基本程序設(shè)計思想精品課件10ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程理論教材：ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程（第2版）實驗教材： ARM嵌入式系統(tǒng)實驗教程軟件：ADS1.2、 C/OS-II等本課程主要內(nèi)容：第1章：嵌入式系統(tǒng)概述，概念、組成、處理器以及OS第2章：ARM7體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)，RISC、ARM系列、寄存器、中斷以及存儲系統(tǒng)，第3章：尋址方

5、式，ARM指令集，嵌入式程序設(shè)計第4章： ARM硬件結(jié)構(gòu)與接口技術(shù)，引腳、存儲器、控制模塊、GPIO、中斷、定時器及各種接口，總線接口精品課件111.嵌入式系統(tǒng)2.嵌入式系統(tǒng)組成3.嵌入式處理器4.嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)概述精品課件121.1 嵌入式系統(tǒng)1.1.1 現(xiàn)實中的嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用：工業(yè)自動化、國防、運輸和航天領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用：工業(yè)自動化、國防、運輸和航天領(lǐng)域。 例如例如神州飛船和長征火箭中嵌入式系統(tǒng)，導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)中的嵌入式系統(tǒng)，高檔汽車中也有多達幾十個嵌入式系統(tǒng)。 在日常生活在日常生活中，幾乎所有帶有一點“智能”的家電（全自動洗衣機、電腦電飯煲）都是嵌入式系統(tǒng)。 嵌

6、入式系統(tǒng)廣泛的適應(yīng)能力和多樣性適應(yīng)能力和多樣性，使得視聽、工作場所甚至健身設(shè)備中到處都有嵌入式系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)的誕生于微型計算機時代，隨其誕生現(xiàn)代計算機嵌入式系統(tǒng)的誕生于微型計算機時代，隨其誕生現(xiàn)代計算機領(lǐng)域中出現(xiàn)了領(lǐng)域中出現(xiàn)了通用計算機通用計算機與與嵌入式計算機嵌入式計算機的兩大分支。的兩大分支。 通用計算機：通用計算機：按照高速、海量的技術(shù)發(fā)展；按照高速、海量的技術(shù)發(fā)展； 嵌入式計算機系統(tǒng)：嵌入式計算機系統(tǒng)：則為滿足對象系統(tǒng)嵌入式智能化控制則為滿足對象系統(tǒng)嵌入式智能化控制要求發(fā)展。要求發(fā)展。精品課件13l現(xiàn)實中的嵌入式系統(tǒng)精品課件14 嵌入式技術(shù)無處不在q處理文檔、進行工作管理和生產(chǎn)控制

7、的計算機處理文檔、進行工作管理和生產(chǎn)控制的計算機q嵌入式技術(shù)的電子產(chǎn)品嵌入式技術(shù)的電子產(chǎn)品，如：，如：MP3、PDA、手機、手機、智能玩具，網(wǎng)絡(luò)家電、智能家電、車載電子設(shè)備智能玩具，網(wǎng)絡(luò)家電、智能家電、車載電子設(shè)備等等q在工業(yè)和服務(wù)領(lǐng)域中在工業(yè)和服務(wù)領(lǐng)域中，大量嵌入式技術(shù)也已經(jīng)應(yīng)，大量嵌入式技術(shù)也已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)控制、數(shù)控機床、智能工具、工業(yè)機器用于工業(yè)控制、數(shù)控機床、智能工具、工業(yè)機器人、服務(wù)機器人等各個行業(yè)，正在逐漸改變著傳人、服務(wù)機器人等各個行業(yè)，正在逐漸改變著傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)和服務(wù)方式統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)和服務(wù)方式精品課件15l嵌入式系統(tǒng)示例汽車控制系統(tǒng)精品課件16馬達控制器車燈l嵌入式系統(tǒng)示例汽

8、車控制系統(tǒng)尾燈控制系統(tǒng)后車門控制系統(tǒng)前車門控制系統(tǒng)座椅控制系統(tǒng)發(fā)動器控制系統(tǒng)所有的控制系統(tǒng)都是一個完整的嵌入式系統(tǒng)精品課件17消費電子消費電子嵌入式應(yīng)用嵌入式應(yīng)用信息家電信息家電智能玩具智能玩具軍事電子軍事電子通信設(shè)備通信設(shè)備移動存貯移動存貯工控設(shè)備工控設(shè)備智能儀表智能儀表汽車電子汽車電子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工業(yè)工業(yè)軍事國防軍事國防電子商務(wù)電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域精品課件18工業(yè)控制工業(yè)控制 、工業(yè)設(shè)備、工業(yè)設(shè)備q過去在工業(yè)過程控制、數(shù)字機床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測、石油化工系統(tǒng)等方面，大部分低端型設(shè)備主要采用是位單片機。 q隨著技術(shù)發(fā)展，目前許多設(shè)備除了進行實時控制，還須將

9、設(shè)備狀態(tài)，傳感器的信息等在顯示屏上實時顯示。 需要性能更高的控制系統(tǒng)。精品課件19嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域信息家電q信息家電將成為嵌入式系統(tǒng)最大的應(yīng)用領(lǐng)信息家電將成為嵌入式系統(tǒng)最大的應(yīng)用領(lǐng)域。域。q只有按鈕、開關(guān)的電器顯然已經(jīng)不能滿足只有按鈕、開關(guān)的電器顯然已經(jīng)不能滿足人們的日常需求。人們的日常需求。q具有用戶界面，能遠(yuǎn)程控制，智能管理的具有用戶界面，能遠(yuǎn)程控制，智能管理的電器是未來的發(fā)展趨勢，如冰箱、空調(diào)等電器是未來的發(fā)展趨勢，如冰箱、空調(diào)等的網(wǎng)絡(luò)化、智能化等。的網(wǎng)絡(luò)化、智能化等。精品課件20嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域消費類電子精品課件21消費類電子智能玩具、手持通訊的核心精品課件22智能玩具與機器人精品

10、課件23交通管理、環(huán)境監(jiān)測q交通管理在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測與汽車服務(wù)方面，目前GPS設(shè)備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品進入了普通百姓的家庭q水文資料實時監(jiān)測，防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測、堤壩安全，地震監(jiān)測網(wǎng)，實時氣象信息網(wǎng)，水源和空氣污染監(jiān)測。q加油站、停車場管理精品課件24嵌入式在嵌入式在InternetInternet中的應(yīng)用中的應(yīng)用精品課件25軍事國防領(lǐng)域精品課件26航天領(lǐng)域精品課件27嵌入性嵌入性：嵌入到對象體系中，有對象環(huán)境要求：嵌入到對象體系中，有對象環(huán)境要求專用性專用性：軟、硬件按對象要求裁減：軟、硬件按對象要求裁減計算機計算機：實現(xiàn)對象的智能化功能：實現(xiàn)對象的智能化功能q三要素：三要素：嵌

11、入、專用、計算機嵌入、專用、計算機q嵌入式系統(tǒng)的特點嵌入式系統(tǒng)的特點:由三要素引出由三要素引出1.1.2 嵌入式系統(tǒng)的定義及特點根據(jù)根據(jù)IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）的定義：國際電氣和電子工程師協(xié)會）的定義：嵌入式系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設(shè)備的裝置和設(shè)備的裝置”（原文為（原文為devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。）。簡單講，就是嵌入到對象體中的專用計算機系統(tǒng)。簡單講，就是嵌入到對象體

12、中的專用計算機系統(tǒng)。精品課件28l嵌入式系統(tǒng)的概念 目前，對嵌入式系統(tǒng)的定義多種多樣，但沒有一種定義是全面的。下面給出兩種比較合理定義： 從技術(shù)的角度定義從技術(shù)的角度定義：以應(yīng)用為中心、以計算機以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。用計算機系統(tǒng)。從系統(tǒng)的角度定義從系統(tǒng)的角度定義：嵌入式系統(tǒng)是設(shè)計完成復(fù)嵌入式系統(tǒng)是設(shè)計完成復(fù)雜功能的硬件和軟件，并使其緊密耦合在一起的雜功能的硬件和軟件，并使其緊密耦合在一起的計算機系統(tǒng)。計算機系統(tǒng)。精

13、品課件29嵌入式系統(tǒng)的歷史單片機模式和計算機模式精品課件30l嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)與發(fā)展趨勢l互聯(lián)網(wǎng)的普及l(fā)半導(dǎo)體技術(shù)的改善l3C（Compute,Communication,ConsumerElectronic ）技術(shù)的快速融合l使用者的需求l信息服務(wù)應(yīng)用生活化相關(guān)技術(shù)：多學(xué)科交叉， 計算機、電子技術(shù)、微電子技術(shù)、集成電路設(shè)計等精品課件31未來嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢精品課件321.嵌入式系統(tǒng)2. 嵌入式系統(tǒng)組成3.嵌入式處理器4.嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)概述精品課件331.2 嵌入式系統(tǒng)的組成微處理器、外圍硬件、嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序以及開發(fā)環(huán)境(軟件分3層：HW/FM/AP ，HW硬件驅(qū)動

14、或接口操作；FM中間層；AP應(yīng)用層）精品課件34外圍硬件外圍硬件: 嵌入式系統(tǒng)處理器以外的硬件，為系統(tǒng)提供運行嵌入式系統(tǒng)處理器以外的硬件，為系統(tǒng)提供運行條件條件(時鐘和電源部件時鐘和電源部件)和部分功能和部分功能(內(nèi)存、各種通訊端口等內(nèi)存、各種通訊端口等)。1.2 嵌入式系統(tǒng)的組成微處理器：微處理器：是嵌入式系統(tǒng)的核心。嵌入式微是嵌入式系統(tǒng)的核心。嵌入式微處理器一般都具有較高的集成度。處理器一般都具有較高的集成度。嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng):：為應(yīng)用程序提供必要運行環(huán)境（任務(wù)調(diào)為應(yīng)用程序提供必要運行環(huán)境（任務(wù)調(diào)度），附加任務(wù)通訊、內(nèi)存管理等功能。度），附加任務(wù)通訊、內(nèi)存管理等功能。需移植和配

15、置方可需移植和配置方可使用。使用。嵌入式應(yīng)用程序：嵌入式應(yīng)用程序：在沒有操作系統(tǒng)的情況下，嵌入式的應(yīng)用在沒有操作系統(tǒng)的情況下，嵌入式的應(yīng)用程序需要直接訪問寄存器或者設(shè)備的地址來操作硬件。程序需要直接訪問寄存器或者設(shè)備的地址來操作硬件。開發(fā)環(huán)境：開發(fā)環(huán)境：開發(fā)過程中起著至關(guān)重要的作用，并不是嵌入式開發(fā)過程中起著至關(guān)重要的作用，并不是嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品系統(tǒng)產(chǎn)品的一部分，不同嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境不同。的一部分，不同嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境不同。精品課件351.3 嵌入式處理器 嵌入式處理器分為以下幾大類：嵌入式微處理器；嵌入式微控制器；嵌入式DSP處理器；嵌入式片上系統(tǒng)（SOC）。嵌入式處理器按應(yīng)用分：注重嵌入

16、式處理器的尺寸、能耗和價格。應(yīng)用于PDA等不注重計算的設(shè)備；注重嵌入式處理器的性能。應(yīng)用于路由器等計算密集型的設(shè)備；注重嵌入式處理器的性能、尺寸、能耗和價格。應(yīng)用于蜂窩電話等設(shè)備；精品課件36l嵌入式微處理器（EMPU） Embeded Microprocessor Unit(EMPU) ,在應(yīng)用中，為了滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本是一樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強。 嵌入式微處理器優(yōu)點嵌入式微處理器優(yōu)點:體積小、重量輕、成本低、可靠性高，但是在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口、各種外設(shè)等器件，從而降低了系統(tǒng)的可

17、靠性，技術(shù)保密性也較差。嵌入式微處理器及其存儲器、總線、外設(shè)等安裝在一塊電路板上，稱為單板計算機。CPUROMRAM外設(shè)1外設(shè)2單板計算機單板計算機精品課件37l嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU) 嵌入式微控制器又稱，一般以某一種微處理器內(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數(shù)器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各種必要功能和外設(shè)。 微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱。 嵌入式微控制器種類多，括8051

18、、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300、數(shù)目眾多ARM芯片等。目前MCU占嵌入式系統(tǒng)約70的市場份額。復(fù)位部件看門狗部件晶振部件I/O部件中斷部件ROM部件SRAM部件定時器部件CPU核精品課件38l嵌入式DSP處理器（數(shù)字信號處理） DSP處理器對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進行了特殊設(shè)計，使其適合于執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等方面DSP算法正在大量進入嵌入式領(lǐng)域，DSP應(yīng)用正從在通用單片機中以普通指令實現(xiàn)DSP功能，過渡到采用嵌入式DSP處理器。 嵌入式DSP處理器比較

19、有代表性的產(chǎn)品是Texas ，如DSP56000，DSP56100，DSP56200和DSP56300等。PHILIPS公司近年也推出了基于可重置嵌入式DSP結(jié)構(gòu)低成本、低功耗技術(shù)上制造的R. E. A. L DSP處理器，精品課件39l嵌入式片上系統(tǒng)(System On Chip, SOC )隨著EDA的推廣和VLSI設(shè)計的普及化及半導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展，在一個硅片上實現(xiàn)一個更為復(fù)雜的系統(tǒng)的時代已來臨，即SOC，除個別無法集成的器件以外，整個嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去。應(yīng)用系統(tǒng)變得簡潔，對于減小體積和功耗、提高可靠性非常有利。 SoC可以分為通用和專用兩類。通用系列包括Inf

20、ineon的TriCore、Motorola的M-Core、某些ARM系列器件等。專用SoC一般專用于某個或某類系統(tǒng)中，不為一般用戶所知。一個有代表性的產(chǎn)品是Philips的Smart XA，它將XA單片機內(nèi)核和支持超過2048 位復(fù)雜RSA算法的CCU單元制作在一塊硅片上，形成一個可加載JAVA或C語言的專用的SOC，可用于公眾互聯(lián)網(wǎng)如Internet安全方面。SOC 下一步向片上網(wǎng)絡(luò)（片上網(wǎng)絡(luò)（Network on Chip，NoC）發(fā)展 精品課件401.嵌入式系統(tǒng)2.嵌入式系統(tǒng)組成3.嵌入式處理器4.嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)概述精品課件411.4 嵌入式操作系統(tǒng)l概述 計算機系統(tǒng)由硬件和

21、軟件組成，初期初期沒有操作系統(tǒng)這個概念，用戶使用監(jiān)控程序來使用計算機。 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機系統(tǒng)的硬件、軟件資源也愈來愈豐富，監(jiān)控程序監(jiān)控程序已不能適應(yīng)計算機應(yīng)用的要求。 于是在六十年代中期監(jiān)控程序又進一步發(fā)展形成了操作系統(tǒng)(Operating System)。發(fā)展到現(xiàn)在，廣泛使用的有三種操作系統(tǒng)三種操作系統(tǒng)：多道批處理操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)精品課件421.4 嵌入式操作系統(tǒng)監(jiān)監(jiān)控控程程序序操操作作系系統(tǒng)統(tǒng)實時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)多道批處理操作系統(tǒng)多道批處理操作系統(tǒng)適用于多個用戶共享系統(tǒng)資適用于多個用戶共享系統(tǒng)資源源適用于計算中心等較大的計適用于計算中

22、心等較大的計算機系統(tǒng)算機系統(tǒng)適用于嵌入式設(shè)備和有實時適用于嵌入式設(shè)備和有實時性要求的系統(tǒng)中性要求的系統(tǒng)中實時操作系統(tǒng)是我們實時操作系統(tǒng)是我們介紹的重點介紹的重點精品課件431.4 嵌入式操作系統(tǒng)l實時操作系統(tǒng)的特點 IEEE 的實時UNIX分委會認(rèn)為實時操作系統(tǒng)應(yīng)具備以下的幾點: 異步的事件響應(yīng) （隨機性）切換時間和中斷延遲時間確定 優(yōu)先級中斷和調(diào)度 搶占式調(diào)度 （高優(yōu)先級任務(wù)可搶占CPU）內(nèi)存鎖定 （將程序或部分程序鎖定在內(nèi)存）連續(xù)文件 （把數(shù)據(jù)存儲在連續(xù)的文件上）同步 （協(xié)調(diào)執(zhí)行）精品課件44實時操作系統(tǒng)的特點實時操作系統(tǒng)的特點實時操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動的，能對來自外界的作用和信號在限定的時間

23、范圍內(nèi)作出響應(yīng)。它強調(diào)的是實時性、可靠性和靈活性, 與實時應(yīng)用軟件相結(jié)合成為有機的整體起著核心作用, 由它來管理和協(xié)調(diào)各項工作,為應(yīng)用軟件提供良好的運行軟件環(huán)境及開發(fā)環(huán)境。 從實時系統(tǒng)的應(yīng)用特點來看實時操作系統(tǒng)可以分為兩種：。 精品課件45實時操作系統(tǒng)的特點實時操作系統(tǒng)的特點 應(yīng)用于實時處理系統(tǒng)的上位機和實時查詢系統(tǒng)等實時性較弱的實時系統(tǒng)，并且提供了開發(fā)、調(diào)試、運用一致的環(huán)境。 應(yīng)用于實時性要求高的實時控制系統(tǒng)，而且應(yīng)用程序的開發(fā)過程是通過交叉開發(fā)來完成的，即開發(fā)環(huán)境與運行環(huán)境不一致。嵌入式實時操作系統(tǒng)具有規(guī)模小(一般在幾K幾十K 內(nèi))、 可固化使用實時性強(在毫秒或微秒數(shù)量級上)的特點 。精

24、品課件461.4 嵌入式操作系統(tǒng)l基本概念對基于芯片的開發(fā)來說，應(yīng)用程序一般是一個無限的循環(huán)，可稱為前后臺系統(tǒng)或超循環(huán)系統(tǒng)。后臺系統(tǒng)：后臺系統(tǒng)：循環(huán)中調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成相應(yīng)的操作，屬于任務(wù)級；前臺系統(tǒng)：前臺系統(tǒng)：中斷或異步事件，屬于中斷級； 很多基于微處理器的產(chǎn)品采用前后臺系統(tǒng)設(shè)計，例如微波爐、電話機、玩具等。在另外一些基于微處理器應(yīng)用中，從省電的角度出發(fā)，平時微處理器處在停機狀態(tài)，所有事都靠中斷服務(wù)來完成。前后臺系統(tǒng)前后臺系統(tǒng)精品課件47l基本概念 中斷服務(wù)程中斷服務(wù)程序處理異步事件，序處理異步事件，這部分可以看成這部分可以看成前臺行為前臺行為，前臺，前臺也叫中斷級。時也叫中斷級。時間相關(guān)性

25、很強的間相關(guān)性很強的關(guān)鍵操作一定是關(guān)鍵操作一定是靠中斷服務(wù)程序靠中斷服務(wù)程序來保證的。來保證的。 循環(huán)中調(diào)用循環(huán)中調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成相應(yīng)的函數(shù)完成相應(yīng)的操作，這相應(yīng)的操作，這部分可以看成部分可以看成后后臺行為臺行為，后臺也，后臺也可以叫做任務(wù)級?？梢越凶鋈蝿?wù)級。這種系統(tǒng)在處理這種系統(tǒng)在處理的及時性上比實的及時性上比實際可以做到的要際可以做到的要差。差。 ISRISRISRISR后臺后臺前臺前臺中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序前后臺系統(tǒng)精品課件481.4 嵌入式操作系統(tǒng)l基本概念操作系統(tǒng)是計算機中最基本的程序。操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)計算機系統(tǒng)中全部軟硬資源的分配與回收、控制與協(xié)調(diào)等并發(fā)的活動，提高資源利用率；提高

26、資源利用率；操作系統(tǒng)提供用戶接口，方便用戶使用；方便用戶使用；操作系統(tǒng)為用戶擴展新的系統(tǒng)功能提供軟件平臺。 操作系統(tǒng)硬件硬件驅(qū)動操作系統(tǒng)用戶程序精品課件491.4 嵌入式操作系統(tǒng)l基本概念實時操作系統(tǒng)是一段在嵌入式系統(tǒng)啟動后首先執(zhí)行的背景程序，用戶的應(yīng)用程序是運行于RTOS之上的各個任務(wù)，RTOS根據(jù)各個任務(wù)的要求，進進行資源管理行資源管理(包括包括CPU、存儲器、外設(shè)等、存儲器、外設(shè)等) 、消息管、消息管理、任務(wù)調(diào)度、異常處理等工作。理、任務(wù)調(diào)度、異常處理等工作。在RTOS支持的系統(tǒng)中， 每個任務(wù)均有一個優(yōu)先級，RTOS根據(jù)各個任務(wù)的優(yōu)先級，動態(tài)地切換各個任務(wù)，保證對實時性的要求。 實時操作

27、系統(tǒng)（實時操作系統(tǒng)（Real Time Operating System, RTOS）精品課件501.4 嵌入式操作系統(tǒng)l基本概念多任務(wù)系統(tǒng)中，內(nèi)核負(fù)責(zé)管理各個任務(wù)，內(nèi)核負(fù)責(zé)管理各個任務(wù)，為每個任務(wù)分配CPU時間，并且負(fù)責(zé)任務(wù)之間的通信。內(nèi)核提供的基本服務(wù)是任務(wù)切換。使用實時內(nèi)核可以大大簡化應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計，是因為實時內(nèi)核允許將應(yīng)用分成若干個任務(wù)，由實時內(nèi)核來管理它們。內(nèi)核需要消耗一定的系統(tǒng)資源，比如25的CPU運行時間、RAM和ROM等。 內(nèi)核提供必不可少的系統(tǒng)服務(wù)，如信號量、消息隊列、延時等。內(nèi)核精品課件511.4 嵌入式操作系統(tǒng)l基本概念調(diào)度是內(nèi)核的主要職責(zé)之一。調(diào)度就是決定該輪到哪個任務(wù)

28、運行了。多數(shù)實時內(nèi)核是基于優(yōu)先級調(diào)度法的。多數(shù)實時內(nèi)核是基于優(yōu)先級調(diào)度法的。每個任務(wù)根據(jù)其重要程序的不同被賦予一定的優(yōu)先級?；趦?yōu)先級的調(diào)度法基于優(yōu)先級的調(diào)度法指CPU總是讓處在就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務(wù)先運行。然而究竟何時讓高優(yōu)先級任務(wù)掌握CPU的使用權(quán)，有兩種不同的情況，這要看用的是什么類型的內(nèi)核，是非占先式的還是占先式的內(nèi)核。 調(diào)度精品課件521.4 嵌入式操作系統(tǒng)非占先式內(nèi)核要求每個任務(wù)自我放棄非占先式內(nèi)核要求每個任務(wù)自我放棄CPU 的的所有權(quán)。所有權(quán)。非占先式調(diào)度法也稱作合作型多任務(wù)，各個任務(wù)彼此合作共享一個CPU。不按優(yōu)先級安排。非占先式內(nèi)核當(dāng)系統(tǒng)響應(yīng)時間很重要時，要使用占先式內(nèi)核。

29、因此絕大多數(shù)商業(yè)上銷售的實時內(nèi)核都是占先式內(nèi)核。最高優(yōu)先級的任務(wù)一旦就緒，總能得到CPU的控制權(quán)。按優(yōu)先級安排。占先式內(nèi)核精品課件531.4 嵌入式操作系統(tǒng)任務(wù)的優(yōu)先級是表示任務(wù)被調(diào)度的優(yōu)先程度。每個任務(wù)都具有優(yōu)先級。任務(wù)越重要，賦予的優(yōu)先級應(yīng)越高，越容易被調(diào)度而進入運行態(tài)。 任務(wù)優(yōu)先級中斷是一種硬件機制，用于通知CPU有個異步事件發(fā)生了。中斷一旦被識別，CPU保存部分（或全部）上下文即部分或全部寄存器的值，跳轉(zhuǎn)到專門的子程序，稱為中斷服務(wù)子程序（ISR）。中斷服務(wù)子程序做事件處理，處理完成后，程序回到：1. 在前后臺系統(tǒng)中，程序回到后臺程序；2. 對非占先式內(nèi)核而言，程序回到被中斷了的任務(wù)；

30、3. 對占先式內(nèi)核而言，讓進入就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務(wù)開始運行。中斷精品課件54前后臺系統(tǒng)1.4 嵌入式操作系統(tǒng)中斷ISR任務(wù)ISR非占先操作系統(tǒng)任務(wù)A任務(wù)B任務(wù)CISR占先操作系統(tǒng)任務(wù)A任務(wù)B任務(wù)C精品課件551.4 嵌入式操作系統(tǒng)時鐘節(jié)拍是特定的周期性中斷?？煽醋魇窍到y(tǒng)心臟的脈動。中斷之間的時間間隔取決于不同應(yīng)用，一般在10ms到200ms之間。時鐘節(jié)拍率越快，系統(tǒng)的額外開銷就越大。時鐘節(jié)拍l使用實時操作系統(tǒng)的必要性嵌入式實時操作系統(tǒng)在功能復(fù)雜、系統(tǒng)龐大的應(yīng)用中顯得愈來愈重要。在嵌入式應(yīng)用中，只有把CPU嵌入到系統(tǒng)中，同時又把操作系統(tǒng)嵌入進去，才是真正的計算機嵌入式應(yīng)用。使用實時操作系統(tǒng)主

31、要有以下幾個因素：嵌入式實時操作系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的可靠性。 提高了開發(fā)效率，縮短了開發(fā)周期。 嵌入式實時操作系統(tǒng)發(fā)揮了32位CPU的多任務(wù)潛力。 精品課件561.4 嵌入式操作系統(tǒng)l實時操作系統(tǒng)的優(yōu)缺點：在嵌入式實時操作系統(tǒng)環(huán)境下開發(fā)實時應(yīng)用程序使程序的設(shè)計和擴展變得容易，不需要大的改動就可以增加新的功能。通過將應(yīng)用程序分割成若干獨立的任務(wù)模塊，簡化了設(shè)計；對實時性要求苛刻的事件都得到了快速、可靠的處理。通過有效的系統(tǒng)服務(wù)，嵌入式實時操作系統(tǒng)使得系統(tǒng)資源得到更好的利用。：但是，使用嵌入式實時操作系統(tǒng)還需要額外的ROM/RAM開銷，25%的CPU額外負(fù)荷，以及內(nèi)核的費用。 精品課件57 uClin

32、ux是一個完全符合GNU/GPL公約的操作系統(tǒng)，完全開放代碼。uClinux從Linux 2.0/2.4內(nèi)核派生而來，沿襲了主流Linux的絕大部分特性。它是專門針對沒有MMU的CPU，并且為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。適用于沒有虛擬內(nèi)存或內(nèi)存管理單元(Memory Manage Unit, MMU)的處理器，例如ARM7TDMI。它通常用于具有很少內(nèi)存或Flash的嵌入式系統(tǒng)。它保留了Linux的大部分優(yōu)點：。 1.4 嵌入式操作系統(tǒng)l常見的嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式Linux精品課件581.4 嵌入式操作系統(tǒng)l常見的嵌入式操作系統(tǒng) 是微軟開發(fā)的一個開放的、可升級的32位嵌入式操作系統(tǒng)，是基于

33、掌上型電腦類的電子設(shè)備操作，它是精簡的Windows 95。Windows CE的圖形用戶界面相當(dāng)出色。Win CE具有模塊化、結(jié)構(gòu)化和基于Win32應(yīng)用程序接口以及與處理器無關(guān)等特點。Win CE不僅繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面，并且在Win CE平臺上可以使用Windows 95/98上的編程工具（如Visual Basic、Visual C+等）、 Win CE精品課件591.4 嵌入式操作系統(tǒng)l常見的嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks VxWorks操作系統(tǒng)是美國 公司于1983年設(shè)計開發(fā)的一種嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS），是嵌入式開發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分。良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的

34、內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌入式實時操作系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實時性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習(xí)、彈道制導(dǎo)、飛機導(dǎo)航等，甚至在1997年4月登陸火星表面的火星探測器上也使用到了VxWorks。該系統(tǒng)價格較貴。精品課件601.4 嵌入式操作系統(tǒng)l常見的嵌入式操作系統(tǒng) C/OS-II是一個源碼公開、可移植、可固化、源碼公開、可移植、可固化、可裁剪、占先式的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)?？刹眉簟⒄枷仁降膶崟r多任務(wù)操作系統(tǒng)。其絕大部分源碼是用ANSI C寫的，使其可以方便的移植并支持大多數(shù)類型的處理器。C/OS-II

35、通過了聯(lián)邦航空局（FAA）商用航行器認(rèn)證。自1992年問世以來，C/OS-II已經(jīng)被應(yīng)用到數(shù)以百計的產(chǎn)品中。C/OS-II占用很少的系統(tǒng)資源，并且在高校教學(xué)使用是不需要申請許可證。C/OS-II作業(yè)：第一章 思考與練習(xí) 2,3,4精品課件61 嵌入式系統(tǒng)軟硬件基本結(jié)構(gòu)應(yīng)用程序?qū)崟r操作系統(tǒng)（RTOS）輸入輸出接口處理器/ARM核MMU/CacheSOC/SOPCUSBGPIOIISLCDUART和IrDAADC/DACFPGA/CPLDDSP/浮點運算協(xié)處理器DMA電源管理 典型的嵌入式系統(tǒng)組成典型的嵌入式系統(tǒng)組成人機交互接口LCD/觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)設(shè)備驅(qū)動程序、HAL、BSP文件系統(tǒng)/圖形用

36、戶應(yīng)用程序接口驅(qū)動層OS層應(yīng)用層軟件硬件以太網(wǎng)看門狗及復(fù)位電路Timer/RTCCANFlashEEPROMSDRAMSRAM內(nèi)存返回返回精品課件62嵌入式系統(tǒng)組成對比計算機組成lEmbedded system嵌入式系統(tǒng)lHardware硬件l處理器：MCUMPUDSPSOCl保存固件的ROMFLASHl運行程序時保存數(shù)據(jù)的RAMl外設(shè)(顯示LCD簡易鍵盤傳感器ADDA擴展卡)lSoftwarel固件（硬件和上層操作系統(tǒng) 及程序的接口）lBSP(Board Support Packet亦為bootloader)lOperate system (linuxwinceucossymbianVxwo

37、rks)l應(yīng)用軟件(tcp/ip協(xié)議棧)lComputer systeml硬件lIntelAMDl硬盤l內(nèi)存l顯示器鍵盤聲卡顯卡lSoftwarelBIOSlWindowsLunixl應(yīng)用軟件（如office）精品課件63嵌入式系統(tǒng)主要特點l在硬件上，嵌入式系統(tǒng)至少擁有一個高性能處理器作為硬件平臺（目前以32位處理器為主流），如ARM、MIPS等處理器。l在軟件上，嵌入式系統(tǒng)擁有一個多任務(wù)操作系統(tǒng)為軟件系統(tǒng)平臺，如Linux、WinCE、c/osII、VxWork、 palm OS、Windows Mobile 、Symbian等。 Symbian OS(中文譯音“塞班系統(tǒng)”)由諾基亞、索尼愛

38、立信、摩托羅拉、西門子等幾家大型移動通訊設(shè)備商共同出資組建的一個合資公司，專門研發(fā)手機操作系統(tǒng)?，F(xiàn)已被NOKIA全額收購。 精品課件641.ARM簡介2.ARM7TDMI3.ARM的模塊、內(nèi)核和功能框圖4.ARM處理器狀態(tài)5.ARM處理器模式ARM7體系結(jié)構(gòu)6.ARM內(nèi)部寄存器7.當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器8.ARM體系的異常、中斷及其向量表9.ARM體系的存儲系統(tǒng)精品課件65馮馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)模型諾依曼體系結(jié)構(gòu)模型指令寄存器指令寄存器控制器控制器數(shù)據(jù)通道數(shù)據(jù)通道輸入輸入輸出輸出中央處理器中央處理器存儲器存儲器程序程序指令指令0 0指令指令1 1指令指令2 2指令指令3 3指令指令4 4數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)

39、據(jù)0 0數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1 1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2 2精品課件66哈佛體系結(jié)構(gòu)哈佛體系結(jié)構(gòu)指令寄存器指令寄存器控制器控制器數(shù)據(jù)通道數(shù)據(jù)通道輸入輸入輸出輸出中央處理器中央處理器程序存儲器程序存儲器指令指令0指令指令1指令指令2數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)0數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2地址地址指令指令地址地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)精品課件67CISC和和RISCCISCCISC：復(fù)雜指令集（：復(fù)雜指令集（Complex Instruction Set ComputerComplex Instruction Set Computer）具有大量的指令和尋址方式具有大量的指令和尋址方式8/28/2原則：原則：80%80%的程序只使用的程序只使

40、用20%20%的指令的指令大多數(shù)程序只使用少量的指令就能夠運行。大多數(shù)程序只使用少量的指令就能夠運行。RISCRISC：精簡指令集（：精簡指令集（Reduced Instruction Set Computer)Reduced Instruction Set Computer)在通道中只包含最有用的指令在通道中只包含最有用的指令確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令使使CPUCPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計變得更為簡單硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計變得更為簡單 精品課件682.1 ARM簡介lARM公司簡介 ARM是Advanced RISC Machines的縮寫，它是一家微處理器行業(yè)的知名企業(yè)，該企

41、業(yè)設(shè)計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC 處理器。ARM公司的特點是只設(shè)計芯片，而不生產(chǎn)。它將技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體、軟件和OEM(Original Equipment Manufacturer,原始設(shè)備生產(chǎn)商)廠商，并提供服務(wù)。OEM：定牌生產(chǎn)合作，俗稱“貼牌”。 這種委托他人生產(chǎn)的合作方式即為OEM，承接這加工任務(wù)的制造商就被稱為OEM廠商，其生產(chǎn)的產(chǎn)品就是OEM產(chǎn)品。 精品課件69ARM授權(quán)費IPARM 創(chuàng)造和設(shè)計IPPartner產(chǎn)品，例如：芯片Partner把ARM IP 和其他 IP 集成進產(chǎn)品OEM Customer版權(quán)費單價OEM 用來自ARM Partner的芯片

42、設(shè)計制造最終用戶產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展 / 市場格局ARMARM的業(yè)務(wù)模型的業(yè)務(wù)模型精品課件702.1 ARM簡介lARM公司簡介將技術(shù)授權(quán)給其它芯片廠商形成各具特色的形成各具特色的ARMARM芯片芯片. . .精品課件712.1 ARM簡介lRISC結(jié)構(gòu)特性兩種體系結(jié)構(gòu)：CISC (Complex Instruction Set Computer),即“復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機 PC機系列； RISCRISC (reduced instruction set computer)是精簡指令集計算機的縮寫，其目標(biāo)是設(shè)計出在高時鐘頻率下設(shè)計出在高時鐘頻率下單周期執(zhí)行，簡單而有效的指令集單周期執(zhí)行，簡單而有效的指令

43、集。ARM內(nèi)核采用RISC體系結(jié)構(gòu)，因此具有RISC的結(jié)構(gòu)特點：具有大量的通用存儲器；具有大量的通用存儲器；獨特的裝載獨特的裝載/ /保存（保存（load-storeload-store）結(jié)構(gòu)；）結(jié)構(gòu)；簡單的尋址模式簡單的尋址模式; ;統(tǒng)一和固定長度的指令格式。統(tǒng)一和固定長度的指令格式。精品課件722.1 ARM簡介 為了使ARM能夠更好地滿足嵌入式應(yīng)用的需要，ARM體系結(jié)構(gòu)還有以下特點：每條數(shù)據(jù)處理指令可同時包含算術(shù)邏輯單元（ALU）的運算和移位處理，實現(xiàn)ALU和移位器的最大利用；使用地址自增和自減地址自增和自減的尋址方式優(yōu)化程序循環(huán)；裝載裝載/ /保存保存指令對數(shù)據(jù)的批量傳輸，實現(xiàn)最大數(shù)據(jù)

44、吞吐量;多數(shù)指令的依條件執(zhí)行，實現(xiàn)最快速的代碼執(zhí)行。lARM體系結(jié)構(gòu)精品課件732.1 ARM簡介l常用ARM處理器系列 ARM公司開發(fā)了很多系列的ARM處理器核，目前最新的系列是Cortex，而ARM6核以及更早的系列已經(jīng)很罕見了。當(dāng)前應(yīng)用比較多的ARM處理器核系列有：ARM7ARM9ARM10EXscaleARM11CortexARM9E本課程主要介紹ARM7系列。精品課件74ARM內(nèi)核分類與系列1994-2004年發(fā)布的年發(fā)布的ARM內(nèi)核內(nèi)核精品課件752.1 ARM簡介分類處理器內(nèi)核處理器內(nèi)核 內(nèi)核分類內(nèi)核分類ARM7 ARM7DMI(-S) ARM720T ARM7EJ-SARM9

45、ARM920T ARM922TARM9E ARM926EJ-S ARM946E-S ARM966E-S ARM968E-SARM10E ARM1020E ARM1022E ARM1026EJ-S處理器內(nèi)核處理器內(nèi)核內(nèi)核分類內(nèi)核分類ARM11 ARM1136J(F)-S ARM1156T2(F)-S ARM1176JZ(F)-SSecurCore SC100 SC110 SC200 SC210Strong ARMXscale精品課件762.1 ARM簡介lARM Cortex系列簡介 基于ARMv7版本的ARM Cortex系列產(chǎn)品由A、R、M三個系列組成，具體分類延續(xù)了一直以來ARM面向具體應(yīng)

46、用設(shè)計CPU的思路。 ARM CortexA應(yīng)用處理器（Application Processor）系列 R實時控制處理（Real Time Control ）系列M微控制器（Micro Controller ）系列精品課件772.1 ARM簡介lCortexTM-M3處理器簡介（針對低端市場） 該處理器是首款基于ARMv7-M架構(gòu)的處理器，采用了純Thumb2指令的執(zhí)行方式，具有極高的運算能力和中斷相應(yīng)能力。 Cortex-M3主要應(yīng)用于汽車車身系統(tǒng)，工業(yè)控制系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡(luò)等對功耗和成本敏感的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域。lCortexTM-R4處理器簡介 該處理器是首款基于ARMv7架構(gòu)的高級嵌入式處理

47、器，其主要目標(biāo)為產(chǎn)量巨大的高級嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，如硬盤，噴墨式打印機，以及汽車安全系統(tǒng)等等。lCortexTM-R4F處理器簡介 該處理器在CortexTM-R4處理器的基礎(chǔ)上加入了代碼錯誤校正(ECC)技術(shù)，浮點運算單元(FPU)以及DMA綜合配置的能力，增強了處理器在存儲器保護單元、緩存、緊密耦合存儲器、DMA訪問以及調(diào)試方面的能力。精品課件782.1 ARM簡介lCortexTM-A8處理器簡介 該處理器是ARM公司所開發(fā)的基于基于ARMv7ARMv7架構(gòu)架構(gòu)的首款應(yīng)用級處理器，其特色是運用了可增加代碼密度和加強性能的技術(shù)、可支持多媒體以及信號處理能力的NEONTM技術(shù)、以及能夠支持Jav

48、a和其他文字代碼語言的提前和即時編譯的JazelleRTC技術(shù)。眾多先進的技術(shù)使其適用于家電以及電子行業(yè)等各種高端的應(yīng)用領(lǐng)域。lARM7系列簡介 該系列包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、帶有高速緩存處理器宏單元的ARM720T和擴充了Jazelle（Java加速器）的ARM7EJ-S。該系列處理器提供Thumb 16位壓縮指令集和EmbededICE軟件調(diào)試方式，適用于更大規(guī)模的SoC設(shè)計中。ARM7系列廣泛應(yīng)用于多媒體和嵌入式設(shè)備，包括Internet設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備，以及移動電話、PDA等無線設(shè)備。精品課件792.1 ARM簡介 該系列包括ARM9TDMI、ARM920

49、T和帶有高速緩存處理器宏單元的ARM940T。除了兼容ARM7系列，而且能夠更加靈活的設(shè)計。ARM9系列主要應(yīng)用于引擎管理、儀器儀表、安全系統(tǒng)和機頂盒等領(lǐng)域。lARM9系列簡介 該系列為含有DSP指令集的綜合處理器，包括ARM926EJ-S、帶有高速緩存處理器宏單元的ARM966E-S/ARM946E-S。其內(nèi)核在ARM7處理器內(nèi)核的基礎(chǔ)上使用了Jazelle增強技術(shù)，該技術(shù)支持一種新的Java操作狀態(tài)，允許在硬件中執(zhí)行Java字節(jié)碼。ARM9E系列主要應(yīng)用于下一代無線設(shè)備、數(shù)字消費品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、存儲設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等領(lǐng)域。lARM9E系列簡介精品課件802.1 ARM簡介lARM10

50、E系列簡介 該系列包括ARM1020E和ARM1020E處理器核，其核心在于使用向量浮點（VFP）單元VFP10提供高性能的浮點解決方案，從而極大提高了處理器的整型和浮點運算性能。 可以用于視頻游戲機和高性能打印機等場合。lXscale簡介 Intel Xscale微控制器則提供全性能、高性價比、低功耗的解決方案，支持16位Thumb指令并集成數(shù)字信號處理（DSP）指令。 主要應(yīng)用于手提式通訊和消費電子類設(shè)備。精品課件811.ARM簡介2.ARM7TDMI3.ARM的模塊、內(nèi)核和功能框圖4.ARM處理器狀態(tài)5.ARM處理器模式ARM7體系結(jié)構(gòu)6.ARM內(nèi)部寄存器7.當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器8.ARM

51、體系的異常、中斷及其向量表9.ARM體系的存儲系統(tǒng)精品課件822.2 ARM7TDMIl簡介 ARM7TDMI是基于ARM體系結(jié)構(gòu)V4版本的低端ARM核。 其彌補了ARM6很難在低于5V電壓下穩(wěn)定工作的不足，還增加了后綴所對應(yīng)的功能：注意：“ARM核”并非芯片，ARM核與其它部件如RAM、ROM、片內(nèi)外設(shè)組合在一起才能構(gòu)成現(xiàn)實的芯片。ARM7TDMI-S支持高密度16位的Thumb指令集；支持片上調(diào)試；支持64位乘法；支持EmbededICE觀察硬件；ARM7TDMI 的可綜合（synthesizable）版本（軟核），對應(yīng)用工程師來說其編程模型與ARM7TDMI 一致；精品課件83命名的含義

52、標(biāo)志含義說明T支持Thumb指令集Thumb指令集版本1：ARMv4TThumb指令集版本2：ARMv5TThumb-2：ARMv6TD片上調(diào)試M支持長乘法32位乘32位得到64位，32位的乘加得到64位IEmbedded ICEEDSP指令增加了DSP算法處理器指令：16位乘加指令，飽和的帶符號數(shù)的加減法，雙字?jǐn)?shù)據(jù)操作，cache預(yù)取指令JJava加速器Jazelle提高java代碼的運行速度S可綜合提供VHDL或Verilog語言設(shè)計文件精品課件842.2 ARM7TDMIl存儲器的字與半字從偶數(shù)地址開始的連續(xù)2個字節(jié)構(gòu)成一個半字；以能被4整除的地址開始的連續(xù)4個字節(jié)構(gòu)成一個字；ARM指令

53、的長度剛好是一個字，Thumb指令的長度剛好是一個半字。精品課件852.2 ARM7TDMI 如果一個數(shù)據(jù)是從偶地址開始的連續(xù)存儲，那么它就是半字對齊，否則就是非半字對齊； 如果一個數(shù)據(jù)是以能被4整除的地址開始的連續(xù)存儲，那么它就是字對齊，否則就是非字對齊。方式方式半字對齊半字對齊字對齊字對齊地址地址0 x40020 x40020 x40040 x40040 x40040 x40040 x40080 x4008特征特征Bit0=0Bit0=0其他位為任意值其他位為任意值Bit1=0,Bit0=0Bit1=0,Bit0=0其他位為任意值其他位為任意值l存儲器的存儲方式精品課件862.2 ARM7

54、TDMIl三級流水線 ARM處理器使用流水線來增加處理器指令流的速度，這樣可使幾個操作同時進行，并使處理和存儲器系統(tǒng)連續(xù)操作，能提供0.9MIPS/MHz的指令執(zhí)行速度。 ARM7TDMI的流水線分3級，分別為：取指譯碼執(zhí)行取指譯碼執(zhí)行處理指令并將結(jié)果寫回寄存器識別將要被執(zhí)行的指令從寄存器裝載一條指令正常操作過程中，在執(zhí)行一條指令的同時對下一條(第二條)指令進行譯碼，并將第三條指令從存儲器中取出。 在ARM狀態(tài)下，流水線上各指令的地址為： 在Thumb狀態(tài)下，流水線上各指令的地址為：PCPC-4PC-8PCPC-2PC-4精品課件872.2 ARM7TDMIl三級流水線結(jié)構(gòu)的指令執(zhí)行順序PC指

55、令1指令2指令3指令4程序存儲器PC-4PC-8PC+4周期1周期2周期3周期4周期5周期6取指 譯碼 執(zhí)行取指 譯碼 執(zhí)行取指 譯碼 執(zhí)行取指 譯碼 執(zhí)行周期周期2周期周期1周期周期3周期周期4 在第1個周期，PC指向指令1，此時指令1進入三級流水線的取指階段。1 在第2個周期，PC指向指令2，此時指令1進入三級流水線的譯碼階段，同時取出指令2。2 在第3個周期，PC指向指令3，此時指令1進入三級流水線的執(zhí)行階段，指令2進入譯碼階段，取出指令3。3 在第4個周期，指令1執(zhí)行完成，指令2和指令3流水線推進一級，同時開始指令4的取指處理。4處理器執(zhí)行一條指令的三個階段精品課件88 執(zhí)行ADD P

56、C,PC,#4指令后，PC的值為多少？2.2 ARM7TDMIl思考題ADD PC，PC，#40 x40000 x40040 x40080 x400C地址指令PC取指譯碼執(zhí)行PCPC-4PC-8ARM7的3級流水線ADD 程序計數(shù)器R15(PC)總是指向“正在取指”的指令，而不是指向“正在執(zhí)行”的指令或“正在譯碼”的指令。 一般來說，人們習(xí)慣性約定將“正在執(zhí)行”的指令作為參考點，則：PC值當(dāng)前程序執(zhí)行位置8 注：ARM狀態(tài)時，每條指令為4字節(jié)長。 PC指向0 x4000地址，取指ADD指令。 PC指向0 x4004地址，譯碼ADD指令。 PC指向0 x4008地址，執(zhí)行ADD指令，所以指令執(zhí)行

57、的結(jié)果為: PC=PC+40 x400840 x400C。精品課件891.ARM簡介2.ARM7TDMI3.ARM的模塊、內(nèi)核和功能框圖4.ARM處理器狀態(tài)5.ARM處理器模式ARM7體系結(jié)構(gòu)6.ARM內(nèi)部寄存器7.當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器8.ARM體系的異常、中斷及其向量表9.ARM體系的存儲系統(tǒng)精品課件90CPU掃描鏈1掃描鏈1數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線掃描鏈1掃描鏈2協(xié)處理器信號接口EmbeddedICE-RTTAP 控制器EmbeddedICE-RT宏單元DBGTCKENDBGTMSDBGnTRSTDBGTDIDBGTDORDATA31:0WDATA31:0ADDR31:0TRANS1:0PROT1:

58、0SIZE1:0WRITELOCKDBGRNG(0)DBGRNG(1)DBGEXT(1)DBGEXT(0)2.3 ARM模塊框圖CPU協(xié)處理接口信號EmbedICE硬件仿真功能模塊片上調(diào)試系統(tǒng)讀寫總線精品課件912.3 ARM內(nèi)核框圖地址寄存器寄存器組31*32位寄存器（6個狀態(tài)寄存器）地址增加器乘法器桶形移位器32位ALU寫數(shù)據(jù)寄存器指令管線讀數(shù)據(jù)寄存器Thumb指令譯碼器指令譯碼和控制邏輯ADDR31:0CLKCLENCFGBIGENDnIRQnFIQnRESETABORTLOCKWRITESIZE1:0PROT1:0TRANS1:0DBG輸出DBG輸入CP控制CP握手WDATA31:0R

59、DATA31:0掃描調(diào)試控制精品課件922.3 ARM功能框圖ARM7TDMI-S處理器LOCKCLKCLKENnIRQnFIQnRESETCFGBIGENDDBGRQDMOREDBGINSTRVAILDDBGBREAKDBGACKDBGnEXECDBGEXT1DBGEXT0DBGENDBGCOMMTXDBGCOMMRXDBGRNG0DBGRNG1DBGTCKENDBGTMSDBGTDIDBGnTRSTDBGTDODBGnTDOENADDR31:0WDATA31:0RDATA31:0ABORTWRITESIZE1:0PROT1:0TRANS1:0CPnTRANSCPnOPCCPnMREQCPS

60、EQCPTBITCPnICPACPB同步的掃描調(diào)試訪問接口存儲器接口存儲器管理接口協(xié)處理器接口時鐘中斷總線控制仲裁調(diào)試精品課件931.ARM簡介2.ARM7TDMI3.ARM的模塊、內(nèi)核和功能框圖4.ARM處理器狀態(tài)5.ARM處理器模式ARM7體系結(jié)構(gòu)6.ARM內(nèi)部寄存器7.當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器8.ARM體系的異常、中斷及其向量表9.ARM體系的存儲系統(tǒng)精品課件942.4 ARM處理器狀態(tài)l處理器狀態(tài) ARM7TDMI處理器內(nèi)核包含2套指令系統(tǒng)，分別為ARM指令集和Thumb指令，并且各自對應(yīng)1種處理器的狀態(tài)：ARM狀態(tài)：32位，處理器執(zhí)行字方式的ARM指令，處理器默認(rèn)為此狀態(tài)；Thumb狀態(tài)：