1ARM處置器系統運用與開發第一章ARM嵌入式微處置器概述1.1ARM處置器特點與分類核體系構造ARM7TDMI，ARM710T，ARM720TARM740TV4TStrongARM，ARM8，ARM810V4ARM9TDMI，ARM920T，ARM940TV4TARM9E-SV5TEARM10TDMI，ARM1020EV5TEARM11，ARM1156T2-S，ARM1156T2F-S，ARM1176JZ-S，ARM11JZF-SV6Cortex–A15,Cortex–A9,Cortex–A8,A7，A5V7ACortex–R系列V7RCortex–M系列V7MARM開展歷程ARM微處置器系列ARM7微處置器系列ARM9微處置器系列ARM9E微處置器系列ARM10E微處置器系列ARM11系列Cortex系列SecurCore系列Intel的Xscale系列Inter的StrongARMARM9微處置器系列Cache內存管理流水線級別ThumbDSPJazelleARM9TDMI無無5有無無ARM920T16K/16kMMU5有無無ARM922T8k/8kMMU5有無無ARM9的時鐘頻率比ARM7更高，在同樣的加工工藝下，ARM9TDMI處置器的時鐘頻率是ARM7TDMI的1．8～2．2倍。ARM9E微處置器系列Cache內存管理流水線級別ThumbDSPJazelleARM926EJ-S4KB~128KBMMU5/6有有有ARM946E-S4KB~1MBMPU5有有無ARM966E-S無無5有有無ARM968E-S無無5有有無ARM996HS無MPU5/6有有無ARM10E微處置器系列Cache內存管理流水線級別ThumbDSPJazelleARM1020E32KBMMU6有有無ARM1022E16KBMMU6有有有ARM1026EJ-S4~128KBMMU6有有有ARM11微處置器系列Cache內存管理流水線級別ThumbDSPJazelle浮點運算ARM1136J-S4~64KBMMU8有有有無ARM1135JF-S4~64KBMMU8有有有有ARM1156T2-S可配置9Thumb-2有無無ARM1156T2F-S可配置9Thumb-2有無有ARM1176JZ-S可配置9Thumb-2有有無ARM1176JZF-S可配置9Thumb-2有有有ARM11系列微處置器是ARM公司近年推出的新一代RISC處置器，它是ARM新指令架構——ARMv6的第一代設計實現。Cortex微處置器系列Cortex系列微處置器屬于ARMv7架構，這是ARM公司最新的指令集架構。Cortex處置器類型包括：Cortex-M3Cortex-A15、9、8、7、5Cortex-R4、R4F、R5、R7Cortex微處置器系列Cortex-M3采用ARMv7-M架構，它包括一切的16位Thumb指令集和根本的32位Thumb-2指令集架構，單片機的完美替代品Cortex-A15四核芯片，2.5GHz，支持超越4GB的內存，運用于高級智能手機、挪動計算、高端數字家庭文娛、無線根底構造、低功耗效力器。Cortex-A15內核智能手機，是當前的高級智能手機性能的五倍。運用選型ARM處置器選型的幾個關鍵要素：能否需求支持操作系統——內核版本ARM9以后多帶有MMU單元，以實現對操作系統的支持。處置才干要求——系統時鐘在很大程度上決議了微處置器的處置才干。常見的ARM7芯片系統主時鐘頻率為20～133MHz常見的ARM9芯片的系統主時鐘頻率為100～233MHz運用選型〔續〕芯片內存儲器容量的要求——絕對大多數ARM處置器都在片內集成有存儲單元，但容量各有區別。片內擴展模塊的選擇——幾乎一切的ARM芯片均需求根據各自不同的運用領域，擴展相關功能模塊，并集成在芯片內部，稱之為片內擴展模塊。多芯核構造的選擇——某些供應商提供的ARM芯片內置多個處置器內核。如ARM+DSP、ARM+FPGA、ARM+ARM等處置器封裝的選擇——ARM芯片如今主要的封裝有QFP、TQFP、PQFP、LQFP、BGA、LBGA等方式。1.2ARM微處置器體系構造1.2.1ARM處置器形狀處置器形狀ARM7TDMI處置器內核包含2套指令系統，分別為ARM指令集和Thumb指令，并且各自對應1種處置器的形狀：ARM形狀：32位，處置器執行字方式的ARM指令，處置器默以為此形狀；Thumb形狀：16位，處置器執行半字方式的Thumb指令。2.4ARM處置器形狀形狀切換的一個例子運用BX指令將ARM內核的操作形狀在ARM形狀和Thumb形狀之間進展切換。ARM指令集Thumb指令集指令集關系1.2.2ARM處置器的運轉方式ARM體系構造支持7種處置器方式，分別為：用戶方式、快中斷方式、中斷方式、管理方式、中止方式、未定義方式和系統方式。這樣的益處是可以更好的支持操作系統并提高任務效率。ARM7TDMI完全支持這七種方式。ARM微處置器的任務方式◆?usr：ARM處置器正常的程序執行形狀?fiq：用于高速數據傳輸或通道處置?irq：用于通用的中斷處置?svc：操作系統運用的維護方式?abt：用于虛擬存儲及存儲維護?sys：運轉具有特權的操作系統義務?und：當出現未定義指令終止時進入該方式1.2.3ARM體系構造的存儲器格式ARM微處置器的存儲器格式◆?ARM體系構造所支持的最大尋址空間為4GB〔232字節〕?ARM體系構造將存儲器看作是從零地址開場的字節的線性組合。從零字節到三字節放置第一個存儲的字數據，從第四個字節到第七個字節放置第二個存儲的字數據，依次陳列。?ARM體系構造可以用兩種方法存儲字數據，稱之為大端格式和小端格式ARM微處置器的存儲器格式ARM微處置器的存儲器格式—大端格式◆?在這種格式中，字數據的高字節存儲在低地址中，而字數據的低字節那么存放在高地址中ARM微處置器的存儲器格式ARM微處置器的存儲器格式—小端格式◆?與大端存儲格式相反，在小端存儲格式中，低地址中存放的是字數據的低字節，高地址存放的是字數據的高字節1.2.4ARM的存放器組織在ARM處置器內部共有37個用戶可訪問的存放器，分別為31個通用32位存放器和6個形狀存放器。ARM處置器共有7種不同的處置器方式，每種方式都有一組相應的存放器組，最多可以18個活動的存放器。ARM形狀各方式下的存放器寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_scvR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR13_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態寄存器CPSRCPSRSPSR－SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq一切的37個存放器，分成兩大類：31個通用32位存放器；6個形狀存放器。1.2.4ARM的存放器組織在Thumb形狀各方式下實踐訪問的存放器Thumb形狀存放器集是ARM形狀集的子集，程序員可以直接訪問的存放器為：8個通用存放器R0～R7；程序計數器〔PC〕；堆棧指針〔SP〕；鏈接存放器〔LR〕；當前程序形狀存放器〔CPSR〕。ARM形狀Thumb存放器在ARM形狀存放器上的映射R0R1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12堆棧指針(R13)連接寄存器(R14)程序計數器(R15)CPSRSPSRR0R1R2R3R4R5R6R7堆棧指針(SP)連接寄存器(LR)程序計數器(PC)CPSRThumb形狀Thumb形狀R0～R7與ARM形狀R0～R7一樣；1Thumb形狀CPSR(無SPSR)與ARM形狀CPSR一樣。5Thumb形狀SP映射到ARM形狀R13；2Thumb形狀LR映射到ARM形狀R14；3Thumb形狀PC映射到ARM形狀R15(PC)；4低端存放器高端存放器在Thumb形狀中，高端存放器的訪問是遭到限制的，只需MOV、CMP和ADD指令可以對其訪問，可以用于數據的快速暫存。1.2.5異常處置異常簡介只需正常的程序流被暫時中止，處置器就進入異常方式。例如在用戶方式下執行程序時，當外設向處置器內核發出中斷懇求導致內核從用戶方式切換到異常中斷方式。假好像時發生兩個或更多異常，那么將按照固定的順序來處置異常。異常入口/出口匯總下表所示為異常前往地址值以及退出異常處置程序所引薦運用的指令。異常或入口返回指令返回地址SWIMOVSPC,R14_svcR14未定義的指令MOVSPC,R14_undR14預取中止SUBSPC,R14_abt,#4R14－4快速中斷SUBSPC,R14_fiq,#4R14－4中斷SUBSPC,R14_irq,#4R14－4數據中止SUBSPC,R14_abt,#8R14－8復位無－1.2.5ARM體系的異常異常向量表地址異常進入時的模式進入時I的狀態進入時F的狀態0x00000000復位管理禁止禁止0x00000004未定義指令未定義IF0x00000008軟件中斷異常管理禁止F0x0000000C中止（預取）中止IF0x00000010中止（數據）中止IF0x00000014保留保留－－0x00000018IRQ中斷禁止F0x0000001CFIQ快速中斷禁止禁止注：表中的I和F表示不對該位有影響，保管原來的值。1.2.5ARM體系的異常異常優先級當多個異常同時發生時，一個固定的優先級決議系統處置它們的順序。優先級異常1復位2數據中止3FIQ4IRQ5預取指中止6未定義指令中止6軟件中斷異常優先級由高到低S3C2440處置器引見三星ARM處置器引見S3C44B0：ARM7TDMI、66MHz、集成LCD控制器〔支持STN，但不支持TFT〕、無網絡接口；適用產品：POS、PDA、E-BOOK、GPS、智能、電子書包、機頂盒，手持游戲機等等。160LQFP，160FBGA。支持LINUX、PSOS、uC/OSII等。S3C2410：ARM920T、200MHz、支持TFT、USBHOST、USBDEVICE、SDCard以及MMC接口、觸摸屏接口，NANDFLASH直接引導。無網絡接口。適用產品：POS、PDA、E-BOOK、GPS、智能、電子書包、機頂盒，手持游戲機、電子相冊、多媒體產品、視頻監控、智能控制儀表等等。272BGA。支持WINCE、LINUX、VxWorks等。三星ARM處置器引見S3C2440：ARM920T、400~533MHz、支持TFT、USBHOST、DEVICE、SDCard以及MMC接口、觸摸屏接口、AC’97CODEC、8通道10bitADC、照相機接口、289-FBGA，S3C2440CPU支持包括微軟WindowsCE、PalmOS、Symbian和Linux等操作系統

S3C2440功能特點S3C2440是三星公司開發的一款基于ARM920T內核和0.18umCMOS工藝的16/32位RISC微處置器，適用于低成本、低功耗、高性能的手持設備或其它電子產品。S3C2440中集成了以下一些通用的系統外設和接口：1.8V內核電壓，3.3V存儲電壓，3.3VI/O電壓。包括16KB的I-Cache〔指令高速緩存〕、16KB的D-Cache〔數據高速緩存〕和MMU〔存儲管理單元〕外部的存儲控制器〔SDRAM控制器和片選邏輯〕LCD控制器〔最高支持4K色的STN和16M色的TFT〕，包括一個LCDDMA4個帶外部懇求管腳的DMA3個UART、2個SPIS3C2440功能特點1個IIC-BUS控制器、1個IIS-BUS控制器SD主機接口，兼容Multi-MediaCardProtocolV2.112端口USB主設備接口、1端口USB從設備接口〔V1.1〕4個PWM時鐘和1個內部時鐘看門狗時鐘117個GPIO、24個外部中斷源功率控制：Normal,Slow,Idle,Power-off四種方式8路10-bitADC和觸摸屏接口帶ALARM功能的RTC帶PLL的片上時鐘發生器NANDFlash控制器,支持從NANDflash啟動S3C2440X內核構造S3C2440X內核構造S3C2440的封裝〔289FBGA)S3C6410處置器引見ARM11系列微處置器是ARM公司近年推出的新一代RISC處置器，它是ARM新指令架構——ARMv6的第一代設計實現。該系列主要有ARM1J，ARM1156T2和ARM1176JZ三個內核型號，分別針對不同運用領域。ARMv6架構是根據下一代的消費類電子、無線設備、網絡運用和汽車電子產品等需求而制定的。ARM11的媒體處置才干和低功耗特點，特別適用于無線和消費類電子產品；其高數據吞吐量和高性能的結合非常適宜網絡處置運用；另外，在實時性能和浮點處置等方面ARM11可以滿足汽車電子運用的需求。S3C6410簡介S3C6410是一款低功率、高性價比、高性能的用于挪動和通用途置RSIC處置器。為2.5G和3G通訊效力提供了優化的硬件性能，采用64/32bit的內部總線架構，交融了AXI、AHB、APB總線。還有很多強大的硬件加速器，包括運動視頻處置、音頻處置、2D加速、顯示處置和縮放。一個集成的MFC(Multi-FormatvideoCodec)支持MPEG4/H.263/H.264編解碼和VC1的解碼，這個硬件編解碼器支持實時的視頻會議以及NTSC和PAL制式的TV輸出。此外還內置一個采用最先進技術的3D加速器，支持OpenGLES1.1/2.0和D3DMAPI能實現4Mtriangles/s的3D加速。S3C6410簡介S3C6410包括優化的外部存儲器接口，該接口能滿足在高端通訊效力中的數據帶寬要求。接口分為兩路，DRAM和Flash/ROM/DRAM端口。DRAM端口可以經過配置來支持MobileDDR、DDR、Mobile