嵌入式系统硬件选型Word格式.docx

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授权方面，ARM7已经发出了70多个，ARM9为40多个，最新的ARM11的客户有TI、Qualcomm和LSI。

ARM自成立中国公司以来，积极拓展业务，已经同中芯国际、中兴集成、上海华虹等公司签署了ARM授权，并积极与中国大学合作，向大学提供技术支持和免费的开发工具。

东南大学已成为中国大陆首家通过ARM大学计划获得ARM7TDMI内核授权的学府。

同时，东南大学计划组建一个ARM-东南大学系统级芯片实验室。

美国高通（Qualcomm）公司在前不久公布了下一代手机基带芯片开发计划，加紧与德州仪器争夺CDMA手机芯片市场。

据高通透露，这些新型的芯片集成了两个DSP和两个ARM处理器，预计在2004年出货，以期在CDMA1xEV-DV芯片市场打败刚进入该市场的德州仪器。

ARM技术具有很高的性能和功效，因而容易被厂商接受。

同时，合作伙伴的增多，可获得更多的第三方工具、制造和软件支持，又使整个系统成本降低，使产品进入市场的时间加快，从而具有更大的竞争优势。

可以说，ARM已成为移动通信、手持计算、多媒体数字消费等嵌入式解决方案的事实标准。

ARM芯片获得了许多实时操作系统（RealTimeOperatingSystem）供应商的支持，比较知名的有：

WindowsCE、Linux、pSOS、VxWorksMucleus、EPOC、uCOS、BeOS等。

WindowsCE的PocketPC只支持ARM。

ARM公司为ARM架构处理器提供了ARM处理器内核（如ARM7TDMI、ARM9TDMI、ARM10TDMI等）和ARM处理器核（ARM710T/720T/740T、ARM920T/922T/940T、ARM926E/966E及ARM1020E等）。

由于各半导体公司（ARM公司合作伙伴）在上述的处理器内核或处理器核基础上进行再设计，嵌入各种外围和处理部件，形成各种嵌入式微处理器和嵌入式微控制器。

ARM芯片具有RISC体系的一般特点，如：

●具有大量的寄存器；

●绝大多数操作都在寄存器中进行，通过Load/Store的体系结构在内存和寄存器之间传递数据；

●寻址方式简单；

●采用固定长度的指令格式。

除此之外，ARM体系采用了一些特别的技术，在保证高性能的同时尽量减少芯片体积，降低芯片的功耗，这些技术包括：

●在同一条数据处理指令中包含算术逻辑处理单元处理和移位处理；

●使用地址自动增加（减少）来优化程序中循环处理；

●Load/Store指令可以批量传输数据，从而提高数据传输的效率；

●所有指令都可以根据前面指令执行结果，决定是否执行，以提高指令执行的效率。

ARM架构自诞生至今，已经发生了很大的演变，至今已定义5种不同的版本：

1.v1版架构

该版架构只在原型机ARM1出现过，其基本性能：

a）基本的数据处理指令（无乘法）

b）字节、半字和字的Load/Store指令

c）转移指令，包括子程序调用及链接指令

d）软件中断指令

e）寻址空间：

64MB。

1.v2版架构

该版架构对v1版进行了扩展，如ARM2与ARM3（v2a版）架构，增加了以下功能：

●乘法和乘加指令。

●支持协处理器指令。

●对于FIQ模式，提供了额外的两个备份寄存器。

●SWP指令及SWPB指令。

本版本中地址空间是26位，目前已经不再使用。

2.v3版架构

版本3较以前的版本发生了比较大的变化，主要改进部分如下：

●处理器的地址空间扩展到了32位，但除了版本3G（版本3的一个变种）外的其他版本是向前兼容的，支持26位的地址空间。

●当前程序状态信息从原来的R15寄存器移到一个新的寄存器中，新寄存器名为CPSR（CurrentProgramStatusRegister，当前程序状态寄存器）。

●增加了SPSR（SavedProgramStatusRegister，备份的程序状态寄存器），用于在异常中断程序时，保存被中断的程序的状态。

●增加了两种处理器模式，使操作系统代码可以方便地使用数据访问中止异常、指令预取异常和未定义指令异常。

●增加了指令MRS和MSR，用于访问CPSR寄存器和SPSR寄存器。

●修改了原来的从异常中返回的指令。

ARMv2和ARMv3有一个32位数据总线和一个26位地址总线。

在以后版本的ARM上，数据总线和地址总二者都是完全的32位宽。

3.v4版架构

与版本3相比，版本4增加了下列指令：

●半字的读取和写入指令。

●读取（Load）带符号的字节和半字数据的指令。

●增加了T变种，可以使处理器状态切换到Thumb状态，在该状态下指令集是16位的Thumb指令集。

●增加了处理器的特权模式。

在该模式下，使用的是用户模式下的寄存器。

另外，在版本4中明确定义了哪些指令会引起未定义指令异常。

版本4不再强制要求与以前的26位地址空间兼容。

4.v5版架构

与版本4相比，版本5增加或者修改了下列指令：

●提高了T变种中ARM/Thumb混合使用的效率。

●对于T变种的指令和非T变种的指令使用相同的代码生成技术。

同时，版本5还具有以下的特点：

●增加了前导零计数（countleadingzeros）指令，该指令可以使整数除法和中断优先级排队操作更为有效。

●增加了软件断点指令。

●为协处理器设计提供了更多的可选择的指令。

●更加严格地定义了乘法指令对条件标志位的影响。

5.v6版架构

ARM体系版本6是2001年发布的。

其主要特点是增加了SIMD功能扩展。

它适合使用电池供电的高性能的便携式设备。

这些设备一方面需要处理器提供高性能，另一方面又需要功耗很低。

SIMD功能扩展为包括音频/视频处理在内的应用系统提供了优化功能。

它可以使音频/视频处理性能提高4倍。

ARM体系版本6首先在2002年春节发布的ARM11处理器中使用。

ARM还定义了一些拥有特定功能的变种（Variant）。

●T变种（Thumb指令集）：

Thumb指令集是将ARM指令集的一个子集重现编码形成的一个指令集。

ARM指令长度是32位，Thumb是16位，这样，使用Thumb指令集可以得到密度更高的代码，这对于需要严格控制产品成本的设计非常有意义，当然，完成同样的功能采用Thumb指令通常需要比采用ARM指令更多的指令，因此不适合对时间要求苛刻的场合，并且Thumb指令不包含异常处理指令，因此通常和ARM指令配合使用。

Thumb指令集有两个版本：

版本1用于ARM体系版本4，版本2用于ARM体系版本5；

●M变种（长乘法指令）：

增加了两条用于进行长乘法操作的ARM指令，首先在ARM体系版本3引入，在ARM体系版本4之后，M变种成为系统的标准功能；

●E变种（增强型DSP指令）：

包含附加指令用于增强处理器对一些典型DSP算法的处理性能，E变种首先在ARM体系版本5T中使用。

在早期一些E变种中未包含LDRD/STRD/MCRR/MRRC/PLD等指令，这种E变种记作ExP，x表示缺少，P代表上述的几种指令；

●J变种（Java加速器Jazelle）：

提供Java加速功能，可得到比普通Java虚拟机高得多的性能；

●D变种（片内Debug）：

支持片内Debug调试；

●I变种（嵌入式ICE）：

集成嵌入式ICE宏单元，原型设计和系统芯片的调试因此得到极大简化；

●SIMD变种（ARM媒体功能扩展）：

为嵌入式应用系统提供了高性能的音频/视频处理技术。

因此，表示ARM体系结构版本的字符串由下面几部分构成：

●字符串ARMv。

●ARM指令集版本号。

目前是1-6的数字字符。

●表示变种的字符。

由于在ARM体系版本4之后，M变种成为系统的标准功能，所以字符M通常不需要列出来。

●使用字符x表示排除某种功能。

例如，ARMv5TE表示，ARM指令集版本号为5，Thumb指令集版本号为2，属于M变种和E变种。

目前非常流行的ARM芯核有ARM7TDMI，StrongARMARM720T，ARM9TDMI，ARM922T，ARM940T，RM946T，ARM966T，ARM10TDM1等。

自V5以后，ARM公司提供PiccoloDSP的芯核给芯片设计者，用于设计ARM+DSP的SOC结构的芯片。

由于ARM芯片有多达十几种的芯核结构，70多家芯片生产厂家，以及千变万化的内部功能配置组合，给开发人员在选择方案时带来一定的困难。

所以，对ARM芯片做一对比研究是十分必要的。

“Withperformanceupto800MIPS（withtheIntel®

XScale™microarchitecture）,powerconsumptionfiguresmeasuredinmicrowattsperMegahertz,theindustry'

sbroadestfeatureset,andfullarchitecturalcompatibility,theARMprocessorcorerangeprovidessolutionsforopenplatformsinwireless,consumerandimagingapplications,embeddedreal-timesystemsforstorage,automotive,industrialandnetworkingapplications,andsecureapplicationsforsmartcardsandSIMcards.”（

ARM处理器当前有5个产品系列：

ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、ARM11和SecureCore。

（可参考和）ARM7Family

ARM720T

ARM7EJ-S

ARM7DI

ARM7TDMI

ARM7TDMI-SARM9Family

ARM920T

ARM922T

ARM940TARM9EFamily

ARM926EJ-S

ARM946E