嵌入式系統(tǒng) 碩士課程－嵌入式處理器

1、嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)201420142 2碩士課程嵌入式處理器碩士課程嵌入式處理器廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p通用通用計(jì)算機(jī)中的CPUp專門設(shè)計(jì)的電路板 n只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的母板功能 p增強(qiáng)工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面p功能與和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相似p嵌入式處理器主要類型nAm186/88n386EXnSC-400nPower PCn68000nMIPSnARM系列廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中

2、 心心p又稱單片機(jī) p以某一種微處理器內(nèi)核為核心p芯片內(nèi)部集成nROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時(shí)/計(jì)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)p特點(diǎn)n單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高 p代表性的通用系列n8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。p半通用系列n支持USB接口的MCU 8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專用MCU和兼容系列p

3、占嵌入式系統(tǒng)約70的市場(chǎng)份額廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心pDSP應(yīng)用n數(shù)字信號(hào)處理n限時(shí)完成pDSP處理器對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，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。p在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等方面DSP算法正在大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域，DSP應(yīng)用正從在通用單片機(jī)中以普通指令實(shí)現(xiàn)DSP功能，過渡到采用嵌入式DSP處理器。p代表性的產(chǎn)品nTexas Instruments的 TMS320系列pTMS320系列處理器包括用于控制的C2000系列，移動(dòng)通信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。nMotorola的D

4、SP56000系列pDSP56000目前已經(jīng)發(fā)展成為DSP56000，DSP56100，DSP56200和DSP56300等幾個(gè)不同系列的處理器廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p在一個(gè)硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng) p整個(gè)嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去p應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡(jiǎn)潔 pSOC可以分為通用和專用兩類。n通用系列pInfineon(Siemens)的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola聯(lián)合研制的Neuron芯片等。n專用SOC一般專用于某個(gè)或某類系統(tǒng)中p代表性的產(chǎn)品:Philips

5、的Smart XA廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心從計(jì)算機(jī)角度看從計(jì)算機(jī)角度看v單片機(jī)功能太簡(jiǎn)單單片機(jī)功能太簡(jiǎn)單, 性能太差性能太差vDSP太專用太專用, 可以看成一個(gè)外設(shè)可以看成一個(gè)外設(shè)v通用處理器與通用處理器與SOC是主要發(fā)展方向是主要發(fā)展方向廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p處理速度快或者相當(dāng)pI/O功能強(qiáng)p功率損耗低p實(shí)時(shí)響應(yīng)快廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p微處理器成為處理器的主流p研究熱點(diǎn)n進(jìn)一步提高單個(gè)微處理器的性能p全

6、面提高計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)性能：可用性，可維護(hù)性，可縮放性。n基于微處理器的多處理器體系結(jié)構(gòu)。p多核n三維器件p背包SOCp三維VLSIn光速極限問題pIC電路有極限：p線寬不能無限縮小；p性能價(jià)格 + 低功耗n新型器件p光計(jì)算機(jī)p分子計(jì)算機(jī)pDNA計(jì)算機(jī)廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心pCISCnEIA: Embedded IA, 工業(yè)控制nMulticore: ViiV歡躍雙核,用于數(shù)字電視pRISCnARMnMIPSnPPCnPA-RIS

7、C等n嵌入式中的主流p數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)n乘法與加法運(yùn)算n離散傅立葉變換(DFT)n離散余弦變換(DCT)nFinite Impluse ResponesnFilterpRISC主流的理由n指令使用頻度較均衡n控制邏輯規(guī)整，適于VLSI工藝n軟硬功能分配合理n利于指令級(jí)并行技術(shù)n芯片代碼公開n可定制性強(qiáng)n桌面市場(chǎng)被CISC積壓, 需要尋找出路n性能強(qiáng)pIA架構(gòu)的挑戰(zhàn)nEIA通用性太強(qiáng)n開放環(huán)境成熟度高1niiiX Y廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心pARMpMIPSpPOWER PCpX86pSH系列 廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā)

8、中中 心心p屬于RISC體系p工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)pARM: Advanced RISC Machinesn只設(shè)計(jì)內(nèi)核的英國(guó)公司n85年英國(guó)劍橋ARM原型n90年成立ARM ltd.n不制造VLSI設(shè)備，只提供授權(quán)n2001年，市場(chǎng)占有率75pARM內(nèi)核被授權(quán)給數(shù)百家廠商nARM主要應(yīng)用于無線局域網(wǎng)、3G、手機(jī)、手持設(shè)備、有線網(wǎng)絡(luò)通訊n應(yīng)用形式：集成到專用芯片中作控制器n集成ARM內(nèi)核的芯片p英特爾、德洲儀器、三星半導(dǎo)體、摩托羅拉、飛利浦半導(dǎo)體、意法半導(dǎo)體、億恒半導(dǎo)體、科勝訊、ADI公司、安捷倫、高通公司、Atmel、Intersil、Alcatel、Altera、Cirrus Logic、Linkup、

9、Parthus、LSI Logic、Micronas,Silicon Wave、Virata、Portalplayer inc.、NetSilicon，Parthus廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心pARM7采用馮.諾依曼體系pARM9采用哈佛體系p對(duì)匯編程序員透明pARM架構(gòu)nV1版架構(gòu) nV2版架構(gòu) nV3版架構(gòu) nV4版架構(gòu) nV5版架構(gòu) pARM流水線nARM7的三級(jí)流水線nARM9的五級(jí)流水線廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p該版架構(gòu)只在原型機(jī)ARM1出現(xiàn)過,其基本性能：p基本的數(shù)據(jù)處理指令(無乘法)p字節(jié)、半字和字的L

10、OAD/STORE指令p轉(zhuǎn)移指令,包括子程序調(diào)用及鏈接指令p軟件中斷指令p尋址空間：64M字節(jié)(226)p支持n基本數(shù)據(jù)處理指令（不含乘法）n字節(jié)、字、半字的load，storen分支指令，包括子程序調(diào)用n軟件中斷指令，進(jìn)行操作系統(tǒng)調(diào)用n26位尋址p無使用廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p該版架構(gòu)對(duì)V1版進(jìn)行了擴(kuò)展,如ARM2與ARM3(V2a版)架構(gòu),增加了以下功能：p乘法和乘加指令p支持協(xié)處理器操作指令p快速中斷模式pSWP/SWPB的最基本存儲(chǔ)器與寄存器交換指令p尋址空間：64M字節(jié)p支持n增加乘法，乘加n協(xié)處理器支持n快速中斷中2個(gè)以上分組的寄存器n稱為

11、SWP與SWPB的原子性加載與存儲(chǔ)n26位尋址p不使用了廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p把尋址空間增至32位(4G字節(jié)),p增加了當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器CPSR(Current Program Status Register)和程序狀態(tài)保存寄存器SPSR(Saved Program Status Register)以便于異常(Exception)的處理。p增加了中止(Abort)和未定義二種處理器模式。ARM6就采用該版架構(gòu)。指令集變化如下：p增加了MRS/MSR指令,以訪問新增的CPSR/SPSR寄存器p增加了從異常處理返回的指令功能。p支持n尋址32位n增加C

12、PSR(Current Program Status Register)n增加SPSR(Saved Program Status Register)n增加訪問CPSR與SPSR的指令n修改了過去用于異常返回的指令的功能n與26位尋址模式兼容廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心pV4版架構(gòu)是目前應(yīng)用最廣的ARM體系結(jié)構(gòu),對(duì)V3版架構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步擴(kuò)充,有的還引進(jìn)了16位的Thumb指令集,使ARM使用更加靈活。ARM7、ARM8、ARM9和StrongARM都采用該版架構(gòu)。指令集中增加了以下功能：p符號(hào)化和非符號(hào)化半字及符號(hào)化字節(jié)的存/取指令p增加了16位Thumb指令

13、集p完善了軟件中斷SWI指令的功能p處理器系統(tǒng)模式引進(jìn)特權(quán)方式時(shí)使用用戶寄存器操作p把一些未使用的指令空間捕獲為未定義指令p支持n半字load，storen加載與進(jìn)行字節(jié)和半字節(jié)帶符號(hào)擴(kuò)展n在T變量中，一個(gè)轉(zhuǎn)換到Thumb狀態(tài)的指令n使用用戶模式寄存器的新的特權(quán)處理器模式n不再要求與26位尋址模式兼容廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p這是最近推出ARM架構(gòu),在V4版基本上增加了一些新的指令,ARM10和XScale都采用該版架構(gòu),這些新增指令有：p帶有鏈接和交換的轉(zhuǎn)移BLX指令p計(jì)數(shù)前導(dǎo)零CLZ指令pBRK中斷指令p增加了信號(hào)處理指令(V5TE版)p為協(xié)處理器增

14、加更多可選擇的指令p支持n提高T變量中ARM/Thumb切換效率n讓非T變量同T變量一樣，使用相同的代碼生成技術(shù)n增加一個(gè)計(jì)數(shù)前導(dǎo)零指令n增加軟件斷點(diǎn)指令n為協(xié)處理器設(shè)計(jì)者增加更多可選擇指令n對(duì)乘法如何設(shè)置標(biāo)志嚴(yán)密定義廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p2001年發(fā)布的p350-500Mhzp130nm工藝p功耗0.4mw/mhzp增加了SIMD功能擴(kuò)展p適合使用電池供電的便攜式設(shè)備pSIMD功能擴(kuò)展n包括音頻/視頻處理在內(nèi)的應(yīng)用系統(tǒng)提供了優(yōu)化功能n可以使音頻/視頻處理性能提高4倍p首先在2002年發(fā)布的ARM11處理器中使用 廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入

15、式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心pARM系列產(chǎn)品很多,以ARM7系列為例,其內(nèi)核ARM7TDMI表示為：pARM7： ARM系列具有32位整數(shù)運(yùn)算核pT： 內(nèi)含16位壓縮指令集ThumbpD： 支持片內(nèi)Debug調(diào)試,pM： 采用增強(qiáng)型乘法器(Multiplier),pI： 內(nèi)含嵌入式ICE宏單元p另外,各產(chǎn)品的后綴提供了各種形式與功能的選擇：p-S：可綜合的軟核Softcorep-E：具有DSP的功能p-J：Jazeller,允許直接執(zhí)行Java字節(jié)碼廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心pARM 7 n系列產(chǎn)品pARM7TDMI/ARM7TDMI/ARM720TpAR

16、M7EJ最低功耗n具有：p嵌入式ICE-RT邏輯硬件上提供片上斷點(diǎn)與調(diào)試點(diǎn)支持p非常低的功耗p提供0.9MIPS/MHz的三級(jí)流水線和馮.諾依曼體系pARM 9n系列產(chǎn)品pARM920T與ARM922TpARM940Tn具有：p5級(jí)流水線p1.1MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)pARM 9En系列產(chǎn)品pARM966E-SpARM946E-SpARM926EJ-Sn提供pDSP擴(kuò)充p嵌入式ICE-RT調(diào)試邏輯p1.1MIPS/MHz的5級(jí)流水線和哈佛結(jié)構(gòu)p緊耦合存儲(chǔ)器（TCM）接口，可使存儲(chǔ)器以最高處理器速度運(yùn)轉(zhuǎn)，可直接連到內(nèi)核上pARM 10En產(chǎn)品系列pARM1022E rev0/ARM1020E

17、 rev1n提供pDSP擴(kuò)展p嵌入式ICE-RTp全性能MMUpCachep對(duì)于指令與數(shù)據(jù)，64位AHB接口p6級(jí)流水線p內(nèi)部64位數(shù)據(jù)通道p1.25MIPS/MHzp比同等ARM9器件，同樣時(shí)鐘下，性能提高50pARM 11n2003n面向高性能nARMv6n8級(jí)流水，支持SIMDpSecurcoren專為安全設(shè)計(jì)n抗竄改（resist tampering）n逆向工程（reverse engineering）n保護(hù)機(jī)構(gòu)確保操作系統(tǒng)與數(shù)據(jù)安全v采用采用ARM7內(nèi)核最多內(nèi)核最多v最典型為最典型為ARM7TDMI、ARM720T廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p32

18、/16-bit RISC architecture (ARMv4T) pPower-efficient three-stage pipeline p32-bit ALU and high-performance multiplier p8 KByte unified cache pMemory Management Unit (MMU) pExtensive debug facilities: Embedded ICE-RT real-time debug unit JTAG interface unit Interface for direct connection to Embedded

19、Trace Macrocell (ETM)廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心pT變種(Thumb指令集)：nThumb指令集n嚴(yán)格控制產(chǎn)品成本n比采用ARM指令更多的指令，不適合對(duì)時(shí)間要求苛刻的場(chǎng)合pM變種(長(zhǎng)乘法指令)：n增加了兩條用于進(jìn)行長(zhǎng)乘法操作的ARM指令n首先在ARM體系版本3引入，在ARM體系版本4之后，M變種成為系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)功能；pE變種(增強(qiáng)型DSP指令)：n包含附加指令用于增強(qiáng)處理器對(duì)一些典型DSP算法的處理性能nE變種首先在ARM體系版本5T中使用pJ變種(Java加速器Jazelle)：n提供Java加速功能pD變種(片內(nèi)Debug)：n支持片

20、內(nèi)Debug調(diào)試；pI變種(嵌入式ICE)：n集成嵌入式ICE宏單元；pSIMD變種(ARM媒體功能擴(kuò)展)：n高性能的音頻/視頻處理技術(shù)廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p1）16/32位指令集并存nThumb指令集的16位指令集p32ARM指令集的子集p代碼密度高，性能高n狀態(tài)pARM狀態(tài)，Thumb狀態(tài)n每指令集都有p切換狀態(tài)的指令pARM指令集n32位長(zhǎng)度n字對(duì)準(zhǔn)n可以傳送8bit，16bit，32bit符號(hào)/無符號(hào)數(shù)據(jù)pThumb指令集n16位長(zhǎng)度n半字對(duì)準(zhǔn)n操作寄存器中是32bitn數(shù)據(jù)訪問和取指使用全32bit地址n條件分支指令是唯一一句CPSR的Th

21、umb指令n大多數(shù)指令訪問R0R7廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p2）寄存器n37個(gè)寄存器p31個(gè)32bit通用寄存器p6個(gè)32bit狀態(tài)寄存器（實(shí)際只用12bit）pR13堆棧pR14返回地址pR15=PCn寄存器分成可以重疊的組廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p32位長(zhǎng)度p字對(duì)準(zhǔn)p可以傳送8bit，16bit，32bit符號(hào)/無符號(hào)數(shù)據(jù)廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心pA）Thumb指令集（T變量）pThumb指令集pThumb v1應(yīng)用在ARMv4pThumb v2應(yīng)用在ARMv5pB）長(zhǎng)乘

22、法指令（M變量）pARM指令集的M變量包括4個(gè)附加指令完成3232-64的乘法和乘加p結(jié)果放在2個(gè)32位寄存器中pC）增強(qiáng)型DSP指令（E變量）p完成DSP功能廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p特權(quán)模式n除了用戶模式外的所有模式p異常模式nFIQnIRQn管理（Supervisor）n中止（Abort）n未定義（Undefined）n由異常進(jìn)入對(duì)應(yīng)模式p系統(tǒng)模式n不受限制的用戶模式p改變模式方法：n軟件控制n外部中斷n異常處理p通常在用戶模式下 n不能訪問被保護(hù)的系統(tǒng)資源n一般不能改變模式n異常發(fā)生

23、可以導(dǎo)致模式改變廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p不同模式下的通用寄存器有所不同p每個(gè)模式下可見n15個(gè)通用寄存器（R0R14）n12個(gè)狀態(tài)寄存器nPCpR0R14pR0R7：不分組寄存器n任何模式下都可以訪問，且映射固定寄存器pR8R14：分組寄存器n不同模式映射不同物理寄存器pPCnARM狀態(tài)下：位1:0為0，位31:2為PCnThumb狀態(tài)：位0為0，位31:1為PC廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p1)條件碼標(biāo)記nN：負(fù)數(shù)nZ：為0nC：進(jìn)位nV：溢出nQ：增強(qiáng)型DSP的溢出標(biāo)志p2）控制位nI：禁止IRQ中斷標(biāo)記nF：禁

24、止FIQ中斷標(biāo)記nT：T變量n模式位M4:0p10000:用戶模式 10001:FIQ模式p10010:IRQ模式 10011:管理模式p10111:中止模式 11011:未定義p11111:系統(tǒng)模式廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p可訪問的寄存器集是ARM的子集p8個(gè)通用寄存器R0R7pPC(R15)pSP（R13）pLR(R14)pCPSR廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p由內(nèi)部、外部引起的事件p7種異常n復(fù)位，進(jìn)入管理模式n未定義指令：未定義模式n軟件中斷（SWI）：管理模式n預(yù)取中止：中止模式n數(shù)據(jù)中止：中止模式nIRQ：

25、IRQ模式nFIQ：FIQ模式p異常的優(yōu)先級(jí)n優(yōu)先級(jí)異常n1（最高）復(fù)位n2數(shù)據(jù)中止n3FIQn4IRQn5預(yù)取中止n6未定義指令，SWI廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p與ARM指令集的區(qū)別n分支語(yǔ)句p向后轉(zhuǎn)移p條件下向前轉(zhuǎn)移p轉(zhuǎn)向子程序p從Thumb狀態(tài)切換到ARM狀態(tài)n數(shù)據(jù)傳送指令p操作的結(jié)果放第一個(gè)寄存器eg:R1=R1+R2 p數(shù)據(jù)處理操作少p訪問R8R15受到限制n單寄存器加載與存儲(chǔ)指令p只訪問R1R7n多寄存器加載與存儲(chǔ)指令pLDMIA R3!, R0-R7pSTMIA R0!, R6, R7pPUSH R3, R5-R7pPOP R2, R5n沒

26、有協(xié)處理器指令n沒有信號(hào)量指令n沒有訪問CPSR指令廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心pICE-RT邏輯n在片調(diào)試支持pJTagp調(diào)試課程中介紹廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p增加控制cache與MMU操作的寄存器pIDC操作（Instruction and data cache）pMMU中的可cache位n是否可將正在讀的數(shù)據(jù)放入IDCpIDC使能，禁止，復(fù)位：操作控制寄存器p寫緩沖（WB） nARM720Tn8字datan4個(gè)獨(dú)立地址n三種操作：p可緩沖的寫p非緩沖的寫p讀鎖寫pMMUn功能p1。將虛擬地址翻譯成物理地址p2。

27、控制存儲(chǔ)器的訪問權(quán)限n硬件p1。TLBp2。訪問控制邏輯p3。變換表移動(dòng)邏輯地址變換表p4。增加的寄存器變換表基址寄存器，域訪問控制寄存器，TLB操作寄存器，故障狀態(tài)寄存器，故障地址寄存器p2種頁(yè)映射方式n大頁(yè)：64KBn小頁(yè)：4KBIDC，WB，MMU存儲(chǔ)系統(tǒng)廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p內(nèi)核耗電少p成本低p功能強(qiáng)p特有16/32位雙指令集p部分軟件功能硬件化p硬件支持調(diào)試開發(fā)廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p基于ARM V5TE體系結(jié)構(gòu)p兼容ARM V5TE ISA指令集（不支持浮點(diǎn)指令集）p在處理器內(nèi)核周圍提供了n指令和

28、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器管理單元n指令、數(shù)據(jù)和微小數(shù)據(jù)緩存n寫緩沖、掛起緩沖和分支目標(biāo)緩沖器n電源管理n性能監(jiān)控n調(diào)試nJTAG單元以及協(xié)處理器接口nMAC協(xié)處理器n內(nèi)核存儲(chǔ)總線廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心CoprocessorInterfaceCore MemoryBusFIQIRQCP0Multiplier/AccumulatorCP0CP0Multiplier/Multiplier/AccumulatorAccumulatorBranch Target BufferBranch Target Buffe

29、rBranch Target BufferData Cache32KBytesData CacheData Cache32KBytes32KBytesDebugDebugDebugSystem ManagementSystem System ManagementManagementJTAGJTAGJTAGCP15Config.RegistersCP15CP15ConfigConfig. .RegistersRegistersMini D-Cache2KBytesMini DMini D- -CacheCache2KBytes2KBytesMMUMMUMMUInstructionCache32K

30、BytesInstructionInstructionCacheCache32KBytes32KBytesMMUMMUMMUExecutionCoreExecutionExecutionCoreCoreInterruptRequestDataAddressDataInstructionWriteBufferWriteWriteBufferBufferTraceBufferTraceTraceBufferBufferCP14Debug/ManagementCP14CP14Debug/Debug/ManagementManagementCoprocessorInterfaceCore Memory

31、BusFIQIRQCP0Multiplier/AccumulatorCP0CP0Multiplier/Multiplier/AccumulatorAccumulatorBranch Target BufferBranch Target BufferBranch Target BufferData Cache32KBytesData CacheData Cache32KBytes32KBytesDebugDebugDebugSystem ManagementSystem System ManagementManagementJTAGJTAGJTAGCP15Config.RegistersCP15

32、CP15ConfigConfig. .RegistersRegistersMini D-Cache2KBytesMini DMini D- -CacheCache2KBytes2KBytesMMUMMUMMUInstructionCache32KBytesInstructionInstructionCacheCache32KBytes32KBytesMMUMMUMMUExecutionCoreExecutionExecutionCoreCoreInterruptRequestDataAddressDataInstructionWriteBufferWriteWriteBufferBufferT

33、raceBufferTraceTraceBufferBufferCP14Debug/ManagementCP14CP14Debug/Debug/ManagementManagement廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p采用采用7/8級(jí)超級(jí)流水線級(jí)超級(jí)流水線n動(dòng)態(tài)跳轉(zhuǎn)預(yù)測(cè)、分支目標(biāo)緩沖器BTB(Branch Target Baffer)p支持多媒體處理技術(shù)支持多媒體處理技術(shù)n 新增乘/加器MAC、40位累加器、兼容ARM V5TE指令、特定DSP型協(xié)處理器CP0p指令快存指令快存(I-Cache)： 32K字節(jié)p數(shù)據(jù)快存數(shù)據(jù)快存(D-Cache)： 32K字節(jié)n可

34、以重構(gòu)為28K字節(jié)片內(nèi)RAMp微小數(shù)據(jù)快存微小數(shù)據(jù)快存(Mini-DCache)： 2K字節(jié)p指令存儲(chǔ)器管理單元指令存儲(chǔ)器管理單元IMMUn32路變換后備緩沖器TLB(快表)p動(dòng)態(tài)電源管理廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器管理單元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器管理單元DMMUn32路變換后備緩沖器TLB(快表)p中斷控制器中斷控制器p總線控制器總線控制器p1G字節(jié)/秒、ECC協(xié)議p調(diào)試調(diào)試(Debug)接口：接口：n性能監(jiān)控： 協(xié)處理器CP14、硬件斷點(diǎn)、硬件觀察點(diǎn)、BKPT指令、異常中斷、JTAG接口、跡緩沖器廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中

35、心心pPXA 310（Monahan-LV)pPXA320（Monahans P）p624或806MHzp加強(qiáng)音視頻，支持CodecnH.264,視頻質(zhì)量提高到30fps D1 分辨率廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心pEmbedded IA，嵌入式IA架構(gòu)p芯片組（Chipset）技術(shù)n“支持電路”和“接口電路”n簡(jiǎn)化硬件部分的設(shè)計(jì)，減少主板上芯片的數(shù)量，增加可靠性n用少量幾片VLSI芯片的組合稱為“控制芯片組”，簡(jiǎn)稱“芯片組”p“整合型芯片組” n1999年開始n將板卡（I/O卡）或其它部件的功能，如顯示卡、聲卡、MODEM、ATA66/33硬盤接口等支持功能

36、集成于芯片組廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心 廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p Pentium 4n外頻100MHz，64位寬，采用QDR總線，F(xiàn)SB(前端總線)帶寬為4100MHz64位/8位=3.2Gb/s。p 芯片組HUB結(jié)構(gòu)由2片芯片組成。n82850 MCH（Memory Controller Hub）內(nèi)存控制中心支持雙通道RDRAM，帶寬3.2GB/s，最大容量2GB，支持1.5V AGP 4視頻卡，帶寬1GB/s。n82810 BA ICH2 I/O控

37、制中心（BA增強(qiáng)型）p支持2.2版33MHz，32位的PCI總線，帶寬133 MB/s；p支持Ultra ATA（ATA-100），最高傳輸速率100 MB/s；p支持4個(gè)USB端口；p集成有6個(gè)通道AC-97音頻/MODEM編碼器；p集成有局網(wǎng)控制器，可與基本的10/100Mb/s以太網(wǎng)、增強(qiáng)型10/100Mb/s以太網(wǎng)、1Mb/s家庭網(wǎng)之一的物理層部件相連接；pFWH（Firm Ware Hub）接口，可寫Flash Memory BIOS連接；p支持LPC（Lower Pin Count）總線；信號(hào)線很少的4位總線，帶寬接近ISA(6.67MB/s)。nSuper I/O: KB、Mou

38、se、COM1、COM2、LPT1、FDD， 廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心852應(yīng)用案例：JY-1714CLDNA廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p英特爾歷史上體積最小和功耗最小的處理器p面積不足25平方毫米的芯片上，內(nèi)含4700萬(wàn)個(gè)晶體管p同酷睿2雙核指令集的兼容，產(chǎn)品還支持多線程處理p45納米工藝和hi-k技術(shù)制造p功耗為0.6瓦到2.5瓦之間，1.2GHz頻率不用散熱器p頻率達(dá)到1.8GHzp兩款nSilverthorne（面向MID）nDiamondville（面向桌面平臺(tái))，廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式

39、研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p案例：SHARC處理器n哈佛結(jié)構(gòu)的DSPp支持浮點(diǎn)操作與并行執(zhí)行p位數(shù)nSHARC指令48位n基本數(shù)據(jù)字32位n地址位32位p主要設(shè)計(jì)為浮點(diǎn)密集型運(yùn)算n32位IEEE單精度浮點(diǎn)n40位IEEE擴(kuò)展精度浮點(diǎn)n32位整數(shù)p片上帶大量的存儲(chǔ)器n系列中的21061有1Mbit片上存儲(chǔ)器p存儲(chǔ)器包括nPM：程序存儲(chǔ)器nDM：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器n兩個(gè)數(shù)據(jù)地址發(fā)生器（DAG)n數(shù)據(jù)可以并行取出p芯片外還能夠加更多的存儲(chǔ)器廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心p允許幾個(gè)操作同時(shí)執(zhí)行p允許一條指令進(jìn)行多數(shù)據(jù)提取p以下操作可以在單指令完成：n定點(diǎn)累加和加、減或平均n浮點(diǎn)乘

40、法和ALU操作n乘法與雙加減p限制：操作數(shù)的來源來自不同輸入口廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心pIntel StrongARMn停產(chǎn)pTI的OMAPn智能手機(jī)pMIPS RISCn32位和64位pMotorolanDragonBall龍珠pAMDnAlchemy pPPC系列p日立nSH體系結(jié)構(gòu)pPhilipsnTrimedia廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心pField Programmable Gate Arrayp現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列pFPGA與CPLD(復(fù)雜可編程

41、邏輯器件)n可編程邏輯器件nCPLD是基于與或陣列的nFPGA是基于查找表（Look-up-Table ）p可重構(gòu)的計(jì)算n嵌入式處理器，片內(nèi)可編程pFPGA特點(diǎn)n靜態(tài)可重復(fù)編程n動(dòng)態(tài)在系統(tǒng)重構(gòu)p硬件的功能可以像軟件一樣通過編程來修改p極大地提高了電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性和通用性p縮短了產(chǎn)品的上市時(shí)間p降低了電子系統(tǒng)的開發(fā)成本p基于FPGA的數(shù)字設(shè)計(jì)將在軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)中介紹廈廈 門門 大大 學(xué)學(xué) 嵌嵌 入入 式式 研研 發(fā)發(fā) 中中 心心pFPGA Field Programmable Gate ArrayspFPGA起源于可編程邏輯p最早的可編程器件PROM:nPROM (mask)nEPROM可擦寫PROM (field)nEEPROM電可擦寫PROM (field)pPLDProgrammable Logic Device PLD由一堆與門陣列和或門陣列連接而成，原理就是根據(jù)邏輯電路可以變換成SOP表達(dá)式,PLD是Field ProgrammablenPAL Programmable Array Logic，由可編程的與門陣列和固定（不可編程）或陣列構(gòu)成nPLA Pr