嵌入式系統(tǒng)三ppt課件.ppt

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1、嵌入式系統(tǒng)第三講ARM簡介西安電子科技大學(xué)計算機學(xué)院本節(jié)內(nèi)容計算機體系結(jié)構(gòu)影響CPU性能的因素CISC和RISCARM的發(fā)展歷史ARM特點ARM體系結(jié)構(gòu)版本Thumb技術(shù)ARM處理器家族西安電子科技大學(xué)計算機學(xué)院3.1計算機體系結(jié)構(gòu)計算機體系結(jié)構(gòu)是機器語言程序員或編譯程序編寫者所看到的計算機的屬性，即概念性結(jié)構(gòu)與功能特性。西安電子科技大學(xué)計算機學(xué)院兩種體系結(jié)構(gòu)馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)西安電子科技大學(xué)計算機學(xué)院兩種體系結(jié)構(gòu)哈佛體系結(jié)構(gòu)西安電子科技大學(xué)計算機學(xué)院馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)的特點數(shù)據(jù)與指令都存儲在存儲器中被大多數(shù)計算機所采用ARM7——馮

2、·諾依曼體系西安電子科技大學(xué)計算機學(xué)院哈佛體系結(jié)構(gòu)的特點程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器分開指令和數(shù)據(jù)可有不同的數(shù)據(jù)寬度提供了較大的數(shù)據(jù)存儲器帶寬適合于數(shù)字信號處理大多數(shù)DSP都是哈佛結(jié)構(gòu)ARM9是哈佛結(jié)構(gòu)西安電子科技大學(xué)計算機學(xué)院3.2影響CPU性能的因素流水線技術(shù)幾個指令可以并行執(zhí)行提高了CPU的運行效率內(nèi)部信息流要求通暢流動西安電子科技大學(xué)計算機學(xué)院3.2影響CPU性能的因素超標(biāo)量執(zhí)行：超標(biāo)量CPU采用多條流水線結(jié)構(gòu)西安電子科技大學(xué)計算機學(xué)院3.2影響CPU性能的因素高速緩存（CACHE）微處理器的時鐘頻率比內(nèi)存速度提高快得多，高速緩存可

3、以提高內(nèi)存的平均性能高速緩存的工作原理高速緩存是一種小型、快速的存儲器，它保存部分主存內(nèi)容的拷貝西安電子科技大學(xué)計算機學(xué)院3.2影響CPU性能的因素西安電子科技大學(xué)計算機學(xué)院3.2影響CPU性能的因素總線和總線橋西安電子科技大學(xué)計算機學(xué)院3.2影響CPU性能的因素尋址位寬是指微處理器一次執(zhí)行指令的數(shù)據(jù)寬注：顯然，在工作頻率相同的情況，位寬越寬，速度越快西安電子科技大學(xué)計算機學(xué)院3.2影響CPU性能的因素指令集指令集是CPU所能執(zhí)行的所有指令的集合復(fù)雜指令集精簡指令集西安電子科技大學(xué)計算機學(xué)院3.3CISC與RICSCISC：復(fù)雜指令集

4、（ComplexInstructionSetComputer）具有大量的指令和尋址方式大多數(shù)程序只使用少量的指令就能夠運行RISC：精簡指令集（ReducedInstructionSetComputer)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)計變得更為簡單西安電子科技大學(xué)計算機學(xué)院3.3.1CISC的缺點20％與80％的問題20％的簡單指令利用率達(dá)到80％80％的復(fù)雜指令的使用概率只有20％指令復(fù)雜度對處理器VLSI實現(xiàn)性能的影響CISC中指令長度不統(tǒng)一，高性能的VLSI實現(xiàn)難度大軟硬件的協(xié)同設(shè)計問題CIS

5、C多采用微指令技術(shù)，增強指令系統(tǒng)的功能，簡化了目標(biāo)軟件的設(shè)計，但增加了硬件（微程序）復(fù)雜度程序執(zhí)行時間不一定短西安電子科技大學(xué)計算機學(xué)院3.3.2RISC的特點硬連線的指令譯碼邏輯RISC指令格式和長度固定，指令類型少，功能簡單，尋址方式少，譯碼控制器可采用規(guī)則的硬布線邏輯（組合邏輯型）CISC大多使用微碼ROM進行指令譯碼（存儲邏輯型）減少指令和尋址方式的種類大多數(shù)指令單周期執(zhí)行分開的Load/Store結(jié)構(gòu)的存取指令固定指令格式西安電子科技大學(xué)計算機學(xué)院3.3.3CISC與RISC的數(shù)據(jù)通道CISC復(fù)雜RISC簡單西安電子科技大學(xué)

6、計算機學(xué)院3.3.4RISC的優(yōu)勢處理器管芯面積小開發(fā)時間少，開發(fā)成本低容易實現(xiàn)高性能西安電子科技大學(xué)計算機學(xué)院3.3.5RISC的缺點與CISC比，代碼密度低不能執(zhí)行X86代碼給優(yōu)化編譯程序帶來了困難西安電子科技大學(xué)計算機學(xué)院3.4ARM的發(fā)展歷史1985年4月26日，第一個ARM原型在英國劍橋的Acorn計算機有限公司誕生，由美國加州SanJoseVLSI技術(shù)公司制造20世紀(jì)80年代后期，ARM很快開發(fā)成Acorn的臺式機產(chǎn)品，形成英國的計算機教育基礎(chǔ)1990年成立了AdvancedRISCMachinesLimitedARM即A

7、dvancedRISCMachines的縮寫西安電子科技大學(xué)計算機學(xué)院3.4ARM的發(fā)展歷史20世紀(jì)90年代，ARM32位嵌人式RISC（ReducedInstructionSetComputer）處理器擴展到世界范圍，占據(jù)了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，特別是ARM嵌入式微處理器系列ARM公司雖然只成立10多年，但在1999年因移動電話市場火爆，其32位RISC處理器占市場份額超過了50%，2001年初，ARM公司的32位RISC處理器市場占有率超過了75%。ARM公司是知識產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，是設(shè)計公司。由合作伙伴

8、公司來生產(chǎn)各具特色的芯片西安電子科技大學(xué)計算機學(xué)院3.4ARM的發(fā)展歷史ARM公司商業(yè)模式的強大之處在于其價格合理，全世界范圍有超過100個合作伙伴--包括半導(dǎo)體工業(yè)的著名公司。ARM公司專注于設(shè)計，其內(nèi)核耗電少、成本低