1、产品系列 包括ARM7、ARM9、ARM10和SecurCore、 StrongARM、XScale等 n ARM7：低功耗的32位核，适用于对价位和功耗敏 感的产品。 n ARM9：集成度较高，集成了TFT LCD控制器、 USB Host以及各种存储卡接口，其功能已相当于嵌 入式微控制器。 n SecurCore：是专为安全需要而设计 n XScale ：Intel目前主要推广的一款ARM微处理器 系统，提供较强的多媒体功能和网络通讯功能。 2.3 典型嵌入式处理器 n ARM应用领域 已成为移动通信、手持设备、多媒体数字消 费嵌入式解决方案的RISC标准。 例： n PDA:Compaq
2、的iPAQ H3630、HP的 Jornada 720、联想的天玑5100均采用Intel 的StrongARM SA-1110（206MHz） n 移动通信：HP iPAQ hw6515 GPS 全智能 手机采用Intel的PXA270处理器（312MHz ） 2.3 典型嵌入式处理器 368K/Coldfire n Motorola 68000(68K)比INTEL的8088还要早。 Coldfire是68K的低成本替代产品 n 68K/Coldfire主要应用于对实时性和可靠性要求较 高的工业控制领域 2.3 典型嵌入式处理器 4PowerPC n PowerPC架构的特点是可伸缩性好，
3、方便灵活 n 品种多，通用处理器&嵌入式控制器和内核 例如 n IBM公司的PowerPC 405 GP是一个集成 10/100Mbps以太网控制器、串行和并行端口、内存 控制器以及其它外设的高性能嵌入式处理器 n Motorola MPC823e微处理器是一个高度综合的 片上系统（SOC）设备。 2.3 典型嵌入式处理器 n PowerPC应用范围 非常广泛，从高端的工作站、服务器到桌面计算 机系统，从消费类电子产品到大型通信设备，无所 不包。 2.3 典型嵌入式处理器 5MIPS n MIPS公司 Microprocessor without Interlocked Pipeline St
4、ages技术公司，是一家设计制造高性能、高档次及 嵌入式32位和64位处理器的厂商，在RISC处理器方面 占有重要地位。MIPS公司设计RISC处理器始于80年 代初，后来MIPS公司的战略发生变化，把重点放在 嵌入式系统，1999年MIPS公司发布MIPS 32和MIPS 64架构标准，为未来MIPS处理器的开发奠定了基础 。 2.3 典型嵌入式处理器 n MIPS特点 n 属于高性能、高处理能力的高端嵌入式处理器 。 n 目前其成本价格和开发工具价格也很昂贵。 2.3 典型嵌入式处理器 6X86 n 众所周知的微处理器，起源于Intel架构的8080。 n 常见的X86系列有386EX和4
5、86DX，板级形式如 PC104。 n 特点：CPU处理能力很强，适用于高端应用领域。 2.3 典型嵌入式处理器 7国产嵌入式处理器 n 方舟：(ARCA) n 2001年7月，中芯微系统公司研制出“方舟一号” 主要应用于网络计算机、宽带智能终端、交换机等 ，如神州数码、联想、美国慧智公司等的网络计算 机 。与国外其它指令集不兼容，不支持高级的OS 。 n 龙芯：(GODSON ，小名狗剩) n 2002年9月28号，中科院计算所研制。与MIPS 有些渊源。 通知 周五停课 结课时间顺延到12周的周五 。 2.4 嵌入式处理器的选型方法 主要包括以下4项选型原则： (1)根据具体应用领域选择M
6、PU/MCU/DSP/ SoC中的 一种。例如： n 在高端数据处理应用领域，常选用嵌入式微处 理器。 n 在实时控制领域，多选用嵌入式微控制器。 n 在数字图像处理、多媒体信息设备等领域，往 往选用嵌入式DSP处理器或带有DSP内核的嵌入 式片上系统 。 2.4 嵌入式处理器的选型方法 (2)根据具体应用功能需求、性能指标、运行环境和成 本预算等查找厂商提供的该类嵌入式处理器芯片的 Datasheet等资料，选择芯片的具体型号和配置参数。 2.4 嵌入式处理器的选型方法 (3)关注生产厂商是否提供相应内置硬件调试工具和评 估板。 n ICE等调试工具有助于很大程度缩短调试周期、 降低调试难度
7、。 n 评估板用于验证自己的选型决策是否正确。 (4)对于32位及以上嵌入式处理器，关注是否有合适的 嵌入式操作系统支持。 2.5 嵌入式处理器的发展趋势 (1) 集成化与微型化 n 体现在片上资源及功能的集成化、体积的微型化 n 例如: n嵌入式微处理器 嵌入式微控制器 n嵌入式微控制器 嵌入式片上系统 2.5 嵌入式处理器的发展趋势 (2) 高性能与低成本 n 高性能 n 嵌入式处理器主频将越来越高 n 加强对多媒体方面的支持 n 多核体系结构的发展 n 另一方面成本将越来越低 。 2.5 嵌入式处理器的发展趋势 (3) 低功耗 n 低功耗的发展趋势将与移动通信设备、手持设备 、多媒体数字
8、消费产品等嵌入式系统日益增长的市场 需求相适应 n 例如： n 低工作电压（5V 3.3V） n 动态调整电压与频率 2.5 嵌入式处理器的发展趋势 (4) 硬件功能实现的可编程化 例如：采用FPGA实现嵌入式处理器的某些功能， 其优点包括 n 应用领域广泛 n 调试修改方便 n 实现成本低 2.6 本章小结 嵌入式处理器：嵌入式硬件系统核心部件 n 基本特征 n 种类与典型系列 n 选型方法 n 发展趋势 习题 1.嵌入式处理器通常划分为哪四大类型？列举出每种 类型的典型嵌入式处理器的型号系列名称。 2.自己使用的手机通讯工具中使用的是何种类型型号 的嵌入式处理器？ 3.如何进行嵌入式处理器
9、的选型？ ARMAdvanced RISC Machines uIP（Intellectual Property） 知识产权。硅知识产权核是用于ASIC、ASSP、PLD等当中， 并且是预先设计好的电路功能模块。IP核分为软核、硬核 和固核 uFabless (无生产线） uRISC Reduced Instruction Set Computer 精简指令集计算机 ARM：RISC处理器IP核Fabless ARM微处理器的特点 u体积小、低功耗、低成本、高性能 u支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集 u大量使用寄存器，指令执行速度更快 u大多数数据操作都在寄存器中完成 u寻址
10、方式灵活简单，执行效率高 u指令长度固定 ARM微处理器系列 uARM7 uARM9 uARM9E uARM10E uARM11 uSecurCore uIntel的StrongARM、Xscale 目前仍在不断发展 ARM7系列微处理器(1) 特点： u低功耗 u嵌入式ICERT逻辑 u0.9MIPS/MHz的3级流水线结构 u32位ARM指令集和16位的Thumb指令集 u主频最高可达130MHz ICE：In Circuit Emulation，在电路仿真 MIPS：Million Instruction Per Second 每秒百万条指令 ARM7系列微处理器(2) 类型： uARM
11、7TDMI uARM7TDMI-S uARM720T uARM7EJ TDMI的基本含义为： T： 支持16位压缩指令集Thumb D： 支持片上Debug M：内嵌硬件乘法器（Multiplier） I： 嵌入式ICE，支持片上断点和调试点 ARM7系列微处理器(3) 典型芯片： ATMEL:AT91M40800/55800A Samsung:S3C44B0/4510B ST:STR710 x ARM9系列微处理器(1) 特点： u1.1MIPS/MHz的哈佛结构，5级流水线 u32位ARM指令集和16位Thumb指令集 u支持32位的高速AMBA总线接口 u全性能的MMU，支持Window
12、s CE、Linux、 Palm OS等多种主流嵌入式操作系统 u支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和 数据处理能力 MMU：Memory Management Unit ARM9系列微处理器（2） 类型： uARM920T uARM922T uARM940T ARM9系列微处理器（3） 典型芯片： uATMEL: AT91RM9200（ARM920T） uSamsung：S3C2410（ARM920T） uTI: OMAP5910（ARM925 + C55x） DaVinci（ARM926EJ-S + C64x） ARM9E系列微处理器 ARM9E系列微处理器为可综合处理器，
13、使用单一 的处理器内核提供了微控制器、DSP、Java应用系统 的解决方案，极大的减少了芯片的面积和系统的复杂 程度。ARM9E系列微处理器提供了增强的DSP处理能 力，很适合于那些需要同时使用DSP和微控制器的应 用场合。 ARM9系列微处理器主要应用于下一代无线设备 、数字消费品、成像设备、工业控制、存储设备和网 络设备等领域。 ARM9E系列微处理器包含ARM926EJ-S、 ARM946E-S和ARM966E-S三种类型，以适用于不同 的应用场合。 ARM9E系列微处理器 ARM9E系列微处理器的主要特点如下： u支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的 场合。 u5级流水线，指
14、令执行效率更高。 u支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。 u支持32位的高速AMBA总线接口。 u支持VFP9浮点处理协处理器。 u全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统。 uMPU支持实时操作系统。 u支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和 数据处理能力。 u主频最高可达300MIPS。 ARM10E系列微处理器 ARM10E系列微处理器具有高性能、低功耗的特 点，由于采用了新的体系结构，与同等的ARM9器件 相比较，在同样的时钟频率下，性能提高了近50 ，同时，ARM10E系列微处理器采用了两种先进的 节能方式
15、，使其功耗极低。 ARM10E系列微处理器主要应用于下一代无线设 备、数字消费品、成像设备、工业控制、通信和信 息系统等领域。 ARM10E系列微处理器包含ARM1020E、 ARM1022E和ARM1026EJ-S三种类型，以适用于不 同的应用场合。 ARM10E系列微处理器 ARM10E系列微处理器的主要特点如下： u支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合 。 u6级整数流水线，指令执行效率更高。 u支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。 u支持64位的高速AMBA总线接口。 u支持VFP10浮点处理协处理器。 u全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、
16、Palm OS 等多种主流嵌入式操作系统。 u支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据 处理能力 u主频最高可达400MIPS。 u内嵌并行读/写操作部件。 ARM11E系列微处理器 ARM公司在2003年4月29日宣布了其下一代ARM架 构的CPUARM11（又名Jaguar），基于ARM11的 微处理器具有更强的性能，尤其是多媒体处理能力。 ARM11微处理器采用0.13微米工艺，低端产品运 行在350MHz500MHz，高端产品运行在533 750MHz，如果将加工工艺减小到0.10微米，那么芯片 速度将达1GHz。 目前的ARM7和ARM9内核的芯片最大速度只能到 40
17、0MHz。目前最快的嵌入式处理器为Intel的Xscale， 最高主频为500MHz。 SecurCore系列微处理器 SecurCore系列微处理器专为安全需要而设计， 提供了完善的32位RISC技术的安全解决方案，因此 ，SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构的 低功耗、高性能的特点外，还具有其独特的优势，即 提供了对安全解决方案的支持。 SecurCore系列微处理器主要应用于一些对安全 性要求较高的应用产品及应用系统，如电子商务、电 子政务、电子银行业务、网络和认证系统等领域。 SecurCore系列微处理器包含SecurCore SC100、 SecurCore SC1
18、10、SecurCore SC200和SecurCore SC210四种类型，以适用于不同的应用场合。 SecurCore系列微处理器 SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构各种 主要特点外，还在系统安全方面具有如下的特点： u带有灵活的保护单元，以确保操作系统和应用数据 的安全。 u采用软内核技术，防止外部对其进行扫描探测。 u可集成用户自己的安全特性和其他协处理器。 Intel的StrongARM、Xscale系列微处理器 Intel公司推出的面向无线移动终端开发的体系结构“ Personal Internet Client Architecture (PCA)” 是一个开放
19、的嵌 入式系统开发应用平台，它以XSCALE系列嵌入式处理器为核 心，支持Linux、WinCENET和VxWorks等操作系统，是一 个理想的面向无线互连的应用平台。 Xscale 处理器是基于ARMv5TE体系结构的解决方案，是 一款全性能、高性价比、低功耗的处理器。它支持DSP指令集 ，已使用在数字移动电话、个人数字助理和网络产品等场合。 Intel这款芯片技术已出售给Marvell公司。 典型芯片：PXA250/255/270/272 ARM微处理器的体系结构（1） RISC体系结构特点： u在进行指令系统设计时，只选择使用频率很高的指令 ，在此基础上增加少量能有效支持操作系统和高级语
20、 言实现以及其他功能的指令，使指令条数大大减少 u采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻 址方式有23种 u使用单周期指令，便于流水线操作执行 u大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作 ，只有加载/存储指令可以访问存储器，以提高指令 的执行效率 u为提高指令执行速度，大部分指令直接采用硬件电路 实现，少量采用微码实现 ARM微处理器的体系结构（2） ARM体系结构还采用了一些特别的技术，在保 证高性能的前提下尽量缩小芯片的面积，并降低 功耗。 u大多数的指令都可根据前面的执行结果决定是否 被执行，从而提高指令的执行效率 u可用加载/存储指令批量传输数据，以提高数据 的传输效率
21、u可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移 位处理 u在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效 率 ARM微处理器的应用选型 uARM微处理器内核的选择 运行Windows CE、Linux ARM720T以上带有MMU ARM720T、ARM920T、ARM922T、 ARM946T、Xscale 运行uCLinux、RTLinux、uC/OSII ARM7TDMI 无操作系统时，不受此限制。 ARM微处理器的应用选型 u系统的工作频率 u片内存储器的容量 u片内外围电路 USART（UART/SCI）、IIC、SPI、USB（ HOST/DEVICE)、IrDA、Ethernet（MA
22、C）、 IIS/AC97、LCD、Keypad、RTC、ADC、DAC 、DSP协处理器等 u生产商的选择 ARM应用系统开发工具 CodeWarrior for ARM Developer Suite（ ADS) Editor|Compiler|Linker|Debugger ARM Multi-ICE In Circuit Emulator Multi-ICE Server 建立工程，编辑源 文件 配置汇编器、编译器、链接器、调试器 AXD调试器 ARM应用系统软件开发过程 u指令集模拟器(Armulator) u驻留监控软件(Angel) u在线调试器(AXD) ARM应用系统软件调试方
23、法 ARM7TDMI体系结构图 ARM7TDMI引脚图 S3C4510框图 进一步阅读 uARM微处理器系列 uARM体系结构版本和变量 u指令流水线 uARM7TDMI处理器 uARM920T处理器 e4465b3053dfb87c52c057b087532b9嚼L9e44705043444335ea9d9c77fea99f75固L9e4481283a3d062b81d38a1570557fec讇耀舀P指令集，适合于需要高速数字信号处理的 场合。 u5级流水线，指令执行效率更高。 u支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。 u支持32位的高速AMBA总线接口。 u支持VFP9浮点处理
24、协处理器。 u全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统。 uMPU支持实时操作系统。 u支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和 数据处理能力。 u主频最高可达300MIPS。 ARM10E系列微处理器 ARM10E系列微处理器具有高性能、低功耗的特 点，由于采用了新的体系结构，与同等的ARM9器件 相比较，在同样的时钟频率下，性能提高了近50 ，同时，ARM10E系列微处理器采用了两种先进的 节能方式，使其功耗极低。 ARM10E系列微处理器主要应用于下一代无线设 备、数字消费品、成像设备、工业控制、通信和信 息系统等领域。 A
25、RM10E系列微处理器包含ARM1020E、 ARM1022E和ARM1026EJ-S三种类型，以适用于不 同的应用场合。 ARM10E系列微处理器 ARM10E系列微处理器的主要特点如下： u支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合 。 u6级整数流水线，指令执行效率更高。 u支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。 u支持64位的高速AMBA总线接口。 u支持VFP10浮点处理协处理器。 u全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS 等多种主流嵌入式操作系统。 u支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据 处理能力 u主频最高可达400MIPS。 u内嵌并行读/写操作部件。 ARM11E系列微处理器 ARM公司在2003年4月29日宣布了其下一代ARM架 构的CPUARM11（又名Jaguar），基于ARM11的 微处理器具有更强的性能，尤其是多媒体处理能力。 ARM11微处理器采用0.13微米工艺，低端产品运 行在350MHz500MHz，高端产品运行在533 750MHz，如果将加工工艺减小到0.10微米，那么芯片 速度将达1GHz。 目前的ARM7和ARM9内核的芯片最大速度只能到 400MHz。目前最快的嵌入式处理器为Intel的X
