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(jì)算機(jī)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(xiàn)存儲(chǔ)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(chǔ)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

2、出中央處理器程序存儲(chǔ)器指令0指令1指令2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jiǎn)介ARM（AdvancedRISCMachines）系列微處理器，采用的ARM技術(shù)知識(shí)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(jì)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(rèn)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(kuò)大。ARMLtd成立于1990年11月前身為Acorn計(jì)算機(jī)公司AdvanceRISCMachine(ARM)主要設(shè)

3、計(jì)ARM系列RISC處理器內(nèi)核授權(quán)ARM內(nèi)核給生產(chǎn)和銷(xiāo)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A(yíng)RM架構(gòu)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)軟件工具,評(píng)估板,調(diào)試工具,應(yīng)用軟件,總線(xiàn)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(shuō)明T支持Thumb指令集Thumb指令集版本1：ARMv4TThumb指令集版本2：ARMv5TThumb-2：ARMv

4、6TD片上調(diào)試M支持長(zhǎng)乘法32位乘32位得到64位，32位的乘加得到64位IEmbeddedICEEDSP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(hào)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(yùn)行速度S可綜合提供VHDL或Verilog語(yǔ)言設(shè)計(jì)文件ARM授權(quán)費(fèi)IPARM創(chuàng)造和設(shè)計(jì)IPPartner產(chǎn)品，例如：芯片Partner把ARMIP和其他IP集成進(jìn)產(chǎn)品OEMCustomer版權(quán)費(fèi)單價(jià)OEM用來(lái)自ARMPartner的芯片設(shè)計(jì)制造最終用戶(hù)產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展/市場(chǎng)格局A

5、RM的業(yè)務(wù)模型ARM處理器結(jié)構(gòu)從一下四個(gè)方面介紹：ARM和Thumb狀態(tài)RISC技術(shù)流水線(xiàn)技術(shù)超標(biāo)量執(zhí)行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(guò)程中，微處理器可以隨時(shí)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(jìn)入Thumb狀態(tài)：當(dāng)操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位（位[0]）為1時(shí)，執(zhí)行BX指令。進(jìn)入ARM狀態(tài)：當(dāng)操

6、作數(shù)寄存器的狀態(tài)位（位[0]）為0時(shí)，執(zhí)行BX指令。CISC和RISCCISC：復(fù)雜指令集（ComplexInstructionSetComputer）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(yùn)行。RISC：精簡(jiǎn)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(jì)變得更為簡(jiǎn)單知識(shí)產(chǎn)權(quán)核(IP核,intellectualproperty)識(shí)產(chǎn)權(quán)知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)電路或核是設(shè)計(jì)好并經(jīng)過(guò)驗(yàn)證

7、的集成電路功能單元IP復(fù)用意味著設(shè)計(jì)代價(jià)降低（時(shí)間，價(jià)格）IP核的類(lèi)別:微處理器微處理器:ARM,PowerPC;存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器:RAM,memorycontroller;外設(shè):PCI,DMAcontroller;多媒體處理:MPEG/JPEG;encoder/decoder;數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)通信:Ethernetcontroller,router,IP核的種類(lèi)SoftCores(“code”)（軟核）HDL語(yǔ)言描述靈活度高，可修改與工藝獨(dú)立，可根據(jù)具體的加工工藝重新綜合；IP很難保護(hù)Firmcores(“code+stru

8、cture”)(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(shí)序信息IP很容易保護(hù)多數(shù)的處理器和存儲(chǔ)器IP核的商業(yè)模型三種模式一、計(jì)者提供設(shè)計(jì)和工具的許可證DSPGr