嵌入式接口與應(yīng)用技術(shù)

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1、嵌入式系統(tǒng)原理與接口技術(shù)NEUSOFTInstituteofinformationTechnology.ChengDu成都東軟信息技術(shù)學(xué)院計算機系楊宗德028-82878167yangzongde@ccniit.comYangzd@neusoft.com嵌入式系統(tǒng)的軟/硬件框架馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)和哈佛體系結(jié)構(gòu)CISC與RISCIP核流水線存儲器系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)模型指令寄存器控制器數(shù)據(jù)通道輸入輸出中央處理器存儲器程序指令0指令1指令2指令3指令4數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)0數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2哈佛體系結(jié)構(gòu)指令寄存器控制器數(shù)據(jù)通道輸入輸出中央處理器程序存儲器指令

2、0指令1指令2數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)0數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2地址指令地址數(shù)據(jù)ARM簡介ARM（AdvancedRISCMachines）系列微處理器，采用的ARM技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)（IP）核都是由ARM公司提供的。ARM公司本身不生產(chǎn)芯片，轉(zhuǎn)讓設(shè)計許可，由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片。ARM32位體系結(jié)構(gòu)目前被公認為是嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域領(lǐng)先的32位嵌入式RISC微處理器結(jié)構(gòu)。從版本1到版本6，ARM體系的指令集功能不斷擴大。ARMLtd成立于1990年11月前身為Acorn計算機公司AdvanceRISCMachine(ARM)主要設(shè)計ARM系列RISC處理器內(nèi)核授權(quán)ARM內(nèi)核給生產(chǎn)和

3、銷售半導(dǎo)體的合作伙伴ARM公司不生產(chǎn)芯片IP(IntelligenceProperty)另外也提供基于ARM架構(gòu)的開發(fā)設(shè)計技術(shù)軟件工具,評估板,調(diào)試工具,應(yīng)用軟件,總線架構(gòu),外圍設(shè)備單元，等等ARM處理器系列ARM7系列ARM9系列ARM9E系列ARM10E系列SecurCore系列Inter的XscaleInter的StrongARM1.4命名的含義標(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IE

4、mbeddedICEEDSP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，雙字數(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ARM授權(quán)費IPARM創(chuàng)造和設(shè)計IPPartner產(chǎn)品，例如：芯片Partner把ARMIP和其他IP集成進產(chǎn)品OEMCustomer版權(quán)費單價OEM用來自ARMPartner的芯片設(shè)計制造最終用戶產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展/市場格局ARM的業(yè)務(wù)模型ARM處理器結(jié)構(gòu)從一下四個方面介紹：ARM和Thumb狀態(tài)RISC技術(shù)流水線技術(shù)超標(biāo)量執(zhí)行

5、ARM和Thumb狀態(tài)V4版以后有：32位ARM指令集16位Thumb指令集，功能是ARM指令集的功能子集。ARM7TDMI核以后，T變種的ARM微處理器有兩種工作狀態(tài)：ARM狀態(tài)Thumb狀態(tài)。ARM與Thumb狀態(tài)轉(zhuǎn)換在程序的執(zhí)行過程中，微處理器可以隨時在兩種工作狀態(tài)之間切換，并且該轉(zhuǎn)變不影響處理器的工作模式和相應(yīng)寄存器中的內(nèi)容。進入Thumb狀態(tài)：當(dāng)操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位（位[0]）為1時，執(zhí)行BX指令。進入ARM狀態(tài)：當(dāng)操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位（位[0]）為0時，執(zhí)行BX指令。CISC和RISCCISC：復(fù)雜指令集（ComplexInstructionS

6、etComputer）具有大量的指令和尋址方式8/2原則：80%的程序只使用20%的指令大多數(shù)程序只使用少量的指令就能夠運行。RISC：精簡指令集（ReducedInstructionSetComputer)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)行每一條指令使CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計變得更為簡單知識產(chǎn)權(quán)核(IP核,intellectualproperty)識產(chǎn)權(quán)知識產(chǎn)權(quán)(IP)電路或核是設(shè)計好并經(jīng)過驗證的集成電路功能單元IP復(fù)用意味著設(shè)計代價降低（時間，價格）IP核的類別:微處理器微處理器:ARM,PowerPC;存儲器存儲器:RAM,memorycont

7、roller;外設(shè):PCI,DMAcontroller;多媒體處理:MPEG/JPEG;encoder/decoder;數(shù)字信號處理器(DSP)通信:Ethernetcontroller,router,IP核的種類SoftCores(“code”)（軟核）HDL語言描述靈活度高，可修改與工藝獨立，可根據(jù)具體的加工工藝重新綜合；IP很難保護Firmcores(“code+structure”)(固核）邏輯綜合后的描述與工藝相關(guān)Hardcores(“physical”)(硬核）物理綜合后的描述準(zhǔn)備流片包含工藝相關(guān)的布局和時序信息IP很容易保護多數(shù)的處理器和存儲

8、器IP核的商業(yè)模型三種模式一、計者提供設(shè)計和工具的許可證DSPGr