嵌入式系統開發技術（自我學習）——嵌入式處理器（1）

嵌入式處理器物理上既可以是單個微處理器芯片或DSP芯片，也可以是微控制器或SoC中的CPU內核

嵌入式系統的硬件核心是嵌入式處理器

目標

1. 嵌入式處理器結構特點及分類，ARM處理器的技術特點，產品分類
2. 典型ARM處理器的結構，特點和主要應用領域
3. ARM處理器工作狀態，工作模式，寄存器結構
4. ARM處理器異常處理，數據類型，存儲格式，處理器管理單元（MMU），存儲器保護單元（MPU）
5. ARM指令集的指令類型及格式，移位操作實現數據變換，尋址方式
6. ARM彙編語言程序

嵌入式處理器概述

• 嵌入式處理器的結構類型

RISC處理器特點：

指令數目較少，指令字長統一，格式規整，尋址模式較爲單純，指令操作簡單，執行時間短，大多能在1週期內完成

CISC處理器特點：

指令集中，指令數目很多，結構比較複雜，包含專用指令，不同指令長度不相等，執行時間長短不一

RISC與CISC並不對立

馮諾依曼結構與哈佛結構不同之處：

CPU連接程序存儲器與數據存儲器方式不同

馮諾依曼結構中，CPU與存儲器的連接只有一套總線

哈佛結構中：

1）使用兩個獨立的存儲器：數據和存儲指令，不允許指令與數據並存
2）使用獨立總線

• ARM處理器主要特點

1）單週期操作
2）只使用加載/存儲指令訪問內存
3）指令長度固定：32位長（16位代碼Thumb工作狀態除外）
4）三地址指令格式
5）指令流水線技術
6）低功耗設計

• ARM處理器構架發展

指令集架構（ISA）

1）V1：ARM1
2）V2：ARM2 ARM3
3）V3：ARM6 ARM7
4）V4：ARM7TDMI ARM920T
5）V5：ARM10E XScale
6）V6：ARM11系列
7）V7M：Cortex-M3/4
8）V6M：Cortex-M0

• ARM處理器指令集比較

指令集	指令集比較
ARM指令集	32指令，用於6/16/32位整數的運算
Thumb指令集	16位字長，只支持通用功能
Thumb-2指令集	實現代碼密度和處理器性能的最佳平衡

• ARM處理器分類

ARM11系列以後改用Cortex

• 經典ARM處理器

指令的執行：

1）取指令
2）指令譯碼
3）執行指令運算
4）cache/存儲器訪問
5)結果寫回寄存器

• ARM Cortex嵌入式處理器

Cortex-M3處理器組件

1）ARMv7-M處理器內核
2）嵌套向量中斷控制器（NVIC）
3）存儲器保護單元（MPU）
4）總線接口
5）低成本調試解決方案

CM4比CM3多一個VFP可選部件，具有數字信號處理能力

• ARM Cortex實時嵌入式處理器

主要特點：
1）高性能
2）實時處理
3）安全
4）低成本

• ARM Cortex應用處理器