嵌入式系统设计 教学课件 ppt 作者 李秀娟 第2章
56页1、1,1,第2章 嵌入式系统的硬件结构,工欲善其事,必先利其器。,2,本章内容,2.2 ARM微处理器概述,2.3 S3C2410处理器单元电路设计,2.4 输入输出设备,2.5 ARM的接口技术,2.6 总线技术,2.1 嵌入式系统的硬件基本构成,1,2,3,4,5,6,3,目的和要求,初步掌握嵌入式系统的硬件结构组成,为后面的学习奠定基础。 了解ARM嵌入式系统硬件组成 了解ARM家族处理器类型 理解ARM存储空间的管理 了解ARM外围接口与总线技术,4,2.1 嵌入式系统的硬件基本构成,5,嵌入式系统的硬件结构是以嵌入式处理器为中心, 由时钟、复位电路、中断控制器、SDROM控制器和外围总线控制器以及电源等必要的辅助接口组成。 嵌入式系统的硬件结构除了处理器核心部分外,还包括丰富的外围接口如I2C、SPI、UART和USB等接口 。 嵌入式系统不同于普通计算机系统,它是根据用户 需求而量身定做的专用计算机应用系统 电路都可根据需要和成本进行裁剪、定制。,6,嵌入式系统硬件框图,7,2.2 ARM微处理器概述,ARM公司简介 ARM公司于1990年11月在英国剑桥成立,原名Advan
2、ced RISC Machine,它是专门从事基于RISC 技术芯片设计开发的公司,作为知识产权供应商,公司本身并不直接从事芯片生产,而是靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片,世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM 微处理器核,根据各自不同的应用领域,加入适当的外围电路,从而形成自己的ARM 微处理器芯片进入市场。目前,总共有超过100家公司与ARM公司签订了技术使用许可协议,其中包括Intel、IBM、LG、NEC、SONY、NXP和NS这样的大公司。,8,9,10,11,ARM微处理器家族,ARM7 ARM9 ARM9E ARM10E ARM11 SecurCore StrongARM XScale Cortex系列。,12,ARM家族系列产品性能比较,13,2.2.3 ARM微处理器结构,1. ARM体系结构,冯诺依曼和冯诺依曼体系结构图,14,哈佛体系结构图,15,2RISC指令集,RISC(Reduced Instruction Set Computer,精简指令集计算机),RISC并非只是简单地减少指令,而是把着眼点放在了如何使计算机的结构更加简单合理地提
3、高运算速度上。RISC结构优先选取使用频率最高的简单指令,避免复杂指令;将指令长度固定,指令格式和寻址方式种类减少;以控制逻辑为主,不用或少用微码控制等措施。RISC和CISC结构相比较,尽管RISC架构上有许多优点,但绝不能认为RISC架构可以取代CISC架构,事实上,RISC和CISC各有优势,而且界限并不那么明显。现代的CPU往往采用CISC的外围,内部加入RISC的特性。,16,3 ARM微处理器的寄存器结构,17,ARM处理器共有37个寄存器。包括31个通用寄存器和6个状态寄存器,均为32位。 ARM处理器有7种不同的处理器模式,分别为:用户模式、快中断模式、中断模式、管理模式、中止模式、未定义模式和系统模式,在每一种处理器模式下均有一组相应的寄存器与之对应。,18,4、ARM微处理器的指令结构,ARM微处理器支持两种指令集:ARM指令集和Thumb指令集。ARM指令为32位的长度; Thumb指令集是ARM指令集的一个子集,是针对代码密度问题而提出的,它具有16位的代码宽度。 处理器在执行ARM程序段时,ARM处理器处于ARM工作状态;处理器在执行Thumb程序段时,ARM
4、处理器处于Thumb工作状态。,19,2.3 ARM的存储系统,2.3.1 ARM的存储空间,ARM体系结构使用单一的平板地址空间,该地址空间的范围大小为232个8位字节 。 32位情况: 32位的地址空间可以看作由230个32位的字单元组成。 每个字的地址是字对准的,故字单元的地址可以被4整除。 16位情况: 16位的地址空间可以看作由231个16位的半字组成。每个半字的地址是半字对准的,故半字单元的地址可以被2整除。,20,2.3.2 存储器格式,大端格式: 在这种格式中,字数据的高字节存储在低地址中,而字数据的低字节则存放在高地址中。,21,小端格式:与大端存储格式相反,在小端存储格式中,低地址中存放的是字数据的低字节,高地址存放的是字数据的高字节。,22,2.3.3 存储器的管理,虚拟地址: ARM系统中都存在着一个程序产生的地址集合,我们称之为地址范围,这个地址范围称为虚拟地址空间,该空间中的某一个地址我们称之为虚拟地址。 物理地址 : 物理地址空间和物理地址表示系统主存储器的实际地址空间和它的实际地址。 ARM对存储器的管理: ARM处理器使用MMU实现虚拟地址到实际物理地
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