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arm的历史及发展

ARM（AdvancedRISCMachines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。

技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。

适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。

　　英文全称：

AdvancedRISCMachines

　　国家：

英国（欧洲）

　　行业：

电子半导体微处理器智能手机

　　总部：

英国剑桥

　　CEO：

沃伦.伊斯特

　　竞争对手：

英特尔

　　市场份额

　　手机处理器90%的市场份额

　　上网本处理器30%的市场份额

　　平板电脑处理器80%的市场份额

ARM公司

　　ARM（AdvancedRISCMachines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。

技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。

适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。

　　ARM公司是苹果、Acorn、VLSI、Technology等公司的合资企业。

　　ARM将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，每个厂商得到的

ARM公司（6张）

都是一套独一无二的ARM相关技术及服务。

利用这种合伙关系，ARM很快成为许多全球性RISC标准的缔造者。

　　目前，总共有30家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议，其中包括Intel、IBM、LG半导体、NEC、SONY、飞利浦和国民半导体这样的大公司。

至于软件系统的合伙人，则包括微软、升阳和MRI等一系列知名公司。

　　1991年ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。

目前，采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75％以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。

　　20世纪90年代，ARM公司的业绩平平，处理器的出货量徘徊不前。

由于资金短缺，ARM做出了一个意义深远的决定：

自己不制造芯片，只将芯片的设计方案授权（licensing）给其他公司，由它们来生产。

正是这个模式，最终使得ARM芯片遍地开花，将封闭设计的Intel公司置于“人民战争”的汪洋大海。

　　但是进入21世纪之后，由于手机制造行业的快速发展，出货量呈现爆炸式增长，ARM处理器占领了全球手机市场。

2006年，全球ARM芯片出货量为20亿片，2010年预计将达到45亿片。

　　ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，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，全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM公司的授权，因此既使得ARM技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。

　　ARM商品模式的强大之处在于它在世界范围有超过100个的合作伙伴（Partners）。

ARM是设计公司，本身不生产芯片。

采用转让许可证制度，由合作伙伴生产芯片。

　　2007年底，ARM的雇员总数为1728人，持有专利700项（另有900项正在申请批准中），全球分支机构31家，合作伙伴200家，年收入2.6亿英镑。

编辑本段ARM授权方

　　ARM公司本身并不靠自有的设计来制造或出售CPU，而是将处理器架构授权给有兴趣的厂家。

ARM提供了多样的授权条款，包括售价与散播性等项目。

对于授权方来说，ARM提供了ARM内核的整合硬件叙述，包含完整的软件开发工具（编译器、debugger、SDK），以及针对内含ARMCPU硅芯片的销售权。

对于无晶圆厂的授权方来说，其希望能将ARM内核整合到他们自行研发的芯片设计中，，通常就仅针对取得一份生产就绪的智财核心技术（IPCore）认证。

对这些客户来说，ARM会释出所选的ARM核心的闸极电路图，连同抽象模拟模型和测试程式，以协助设计整合和验证。

需求更多的客户，包括整合元件制造商（IDM）和晶圆厂家，就选择可合成的RTL（暂存器转移层级，如Verilog）形式来取得处理器的智财权（IP）。

藉著可整合的RTL，客户就有能力能进行架构上的最佳化与加强。

这个方式能让设计者完成额外的设计目标（如高震荡频率、低能量耗损、指令集延伸等）而不会受限于无法更动的电路图。

虽然ARM并不授予受权方再次出售ARM架构本身，但受权方可以任意地出售制品（如芯片元件、评估板、完整系统等）。

商用晶圆厂是特殊例子，因为他们不仅授予能出售包含ARM内核的硅晶成品，对其它客户来讲，他们通常也保留重制ARM内核的权利。

　　就像大多数IP出售方，ARM依照使用价值来决定IP的售价。

在架构上而言，更低效能的ARM内核比更高效能的内核拥有较低的授权费。

以硅芯片实作而言，一颗可整合的内核要比一颗硬件宏（黑箱）内核要来得贵。

更复杂的价位问题来讲，持有ARM授权的商用晶圆厂（例如韩国三星和日本富士通）可以提供更低的授权价格给他们的晶圆厂客户。

透过晶圆厂自有的设计技术，客户可以更低或是免费的ARM预付授权费来取得ARM内核。

相较于不具备自有设计技术的专门半导体晶圆厂（如台积电和联电），富士通／三星对每片晶圆多收取了两至三倍的费用。

对中少量的应用而言，具备设计部门的晶圆厂提供较低的整体价格（透过授权费用的补助）。

对于量产而言，由于长期的成本缩减可借由更低的晶圆价格，减少ARM的NRE成本，使得专门的晶圆厂也成了一个更好的选择。

　　许多半导体公司持有ARM授权：

Atmel、Broadcom、CirrusLogic、Freescale（于2004从摩托罗拉公司独立出来）、Qualcomm、富士通、英特尔（借由和Digital的控诉调停）、IBM，英飞凌科技，任天堂，恩智浦半导体（于2006年从飞利浦独立出来）、OKI电气工业，三星电子，Sharp，STMicroelectronics，德州仪器和VLSI等许多这些公司均拥有各个不同形式的ARM授权。

虽然ARM的授权项目由保密合约所涵盖，在智慧财产权工业，ARM是广为人知最昂贵的CPU内核之一。

单一的客户产品包含一个基本的ARM内核可能就需索取一次高达美金20万的授权费用。

而若是牵涉到大量架构上修改，则费用就可能超过千万美元。

　　ARM（AsynchronousResbonseMode）异步响应方式异步响应方式ARM（AsynchronousResponsesMode）也是一种非平衡数据链路操作方式，与NRM不同的是，ARM下的传输过程由从站启动。

从站主动发送给主站的一个或一组帧中可包含有信息，也可以是仅以控制为目的而发的帧。

在这种操作方式下，由从站来控制超时和重发。

该方式对采用轮询方式的多站链路来说是必不可少的。

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本讲培训目标

对ARM处理器相关产品有整体上的了解处理器相关产品有整体上的了解了解选择ARM处理器的选择依据了解选择处理器的选择依据了解ARM处理器的编程模型了解处理器的编程模型了解ARM处理器的指令系统了解处理器的指令系统

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课程内容

第一章ARM处理器介绍ARM处理器介绍第二章ARM处理器选择依据ARM处理器选择依据第三章ARM处理器编程模型ARM处理器编程模型第四章ARM处理器指令系统ARM处理器指令系统

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ARM公司简介

ARM（AdvancedRISCmachines）公司是全球领先的16/32位微处理器知识产权设计供应商。

1990年正式成立。

ARM公司作为32位处理器内核的提供者，拥有100多家半导体合作伙伴。

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ARM公司简介

它不介入芯片的生产销售，只向各大半导体制造商出售知识产权。

现在设计、生产ARM芯片的国际大公司已经超过50多家。

目前已经占有75%以上的32位RISC嵌入式产品市场。

在低功耗、低成本的嵌入式应用领域确立了市场领导地位。

ARM公司的网址

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第一章ARM处理器介绍ARM处理器介绍

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ARM简介

ARM是一个CPU核。

ARM公司自己并不生产或销售芯片，它采用技术授权模式，通过出售芯片技术授权，收取授权费与技术转让费这种商业模式导致ARM公司专注于armcore技术的设计。

价格合理，过去没有32位cpu研发能力的半导体公司进入这一行列。

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ARM简介

ARM首先在移动计算领域获得盛誉，目前基于ARM的SOC芯片在手持产品，多媒体消费产品，中底端网络设备广泛应用。

ARM体系性价比高，功耗低，获得了众多知名芯片厂家的支持和授权。

如Samsung,Atmel,Intel,Motorola,TI,Qualcomm，Conexant，CirrusLogic,SONY，LSI,LinkUp…….

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主要ARM芯片供应商及其代表性产品和主要应用领域

供应商芯片1芯片芯片2芯片芯片3芯片芯片4芯片主要应用PalmNetworkPC,

Intel

SA-110

SA-1100

SA-1110

IXP1200

TI

TMS320DSC21

TMS320DSC24

TMS320DSC25

OMAP1510

DigitalCamera

Samsung

S3C44B0X

S3C2410

S3C4510

S5N8946

ADSL,PDA

Motorola

DragonballMX1

BT,PDAMP3,GSM,3G,BTGP,MP3

Philips

SAA7750

VWS22100

VCS94250

VWS26001

CirrusLogic

EP7209

EP7212

EP7312

EP9312

ATMEL

AT91R40XXX

AT75C310

AT76C901

AT76C502

GP,Wireless

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ARM简介

ARM功能强大，完善的开发工具支持，因此越来越受到国内工程师的欢迎。

目前国内流行的ARM处理器应用主要基于ARM7TDMI内核。

s3c4510/44b0at9140800

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嵌入式产品处理器

目8bit单片机主要问题是：

外围扩充代码/数据空间困难。

mips值低，无法快速实现协议处理功能，，外接ethernet/上tcp/ip协议困难，无法完成视频音频处理

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其他嵌入式处理器介绍

X86系列Motolora系列MIPS系列SH/HP-RISC等系列

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X86系列

CPU性能价格比良好开发简单，软件兼容性好。

软件资源丰富开发平台简单目前有大量工控104板，CPCI板可使用,方便二次开发。

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X86系列cpu—Intel公司

intel嵌入式x86系列：

186series，386ex，486dx.I960AMD嵌入式x86系列:

186/188em/es/cc..Elan520..NS系列:

Geode?

GX,GXLV,GXM

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Motorola系列处理器

Motorola系列处理器

68k/DragonballCpu32ColdfirePPC8xxPPC82xx

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Motorola系列处理器

开发工具完备，技术支持力量强大高端通信市场主要芯片供应商抗干扰，军品指标产品线完备

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其他系列内核

SH3core:

HP-RISCcore:

MIPScore:

有多款机顶盒/视频SOC产品使用ST7…..

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ARM系列处理器

ARM系列内核的优势低价格低功耗高处理能力。

另外具有Thumb,DSP,jazeller功能扩展支持厂家多，资源重用性好。

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ARM系列处理器

主流ARM内核：

ARM7/TDMI720TARM9/ARM9EARM10SecurcoreStrongARM/Xscale

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ARM系列处理器

ATMEL公司arm系列AT91系列目标替代单片机，单纯CPU核。

CPUAT75/76系列：

内置arm7/DSP双内核，有Arm+2DSP/ARM+DSP+MAC,两种配置，加上PHY就可实现voip终端

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ARM系列处理器

Cirruslogic公司机顶盒/mp3/IA等专用SOC，有数模混合和视频/音频处理优势。

EP7211EP7212EP7209EP9312

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ARM系列处理器

NetScillon公司ARM+NET系列芯片，关注设备上网（嵌入式internetinternet）解决方案。

Samsung:

Arm系列SOC芯片，4510/44b0/2410…集成度高，关注网络/移动存储/mp3/pda应用。

Motolora:

龙珠MX1，使用了arm9内核…..

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第二章ARM处理器的选择依据ARM处理器的选择依据

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第一、ARM微处理器内核的选择

用户如果希望使用WinCE或标准Linux等操作系统以减少软件开发时间，就需要选择ARM720T以上带有MMU（MemoryManagementUnit）功能的ARM芯片，ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、Strong-ARM都带有MMU功能。

ARM7TDMI（S3C4510B）则没有MMU，不支持WindowsCE和标准Linux，但目前有uCLinux等不需要MMU支持的操作系统可运行于ARM7TDMI硬件平台之上。

uCLinux已经成功移植到多种不带MMU的微处理器平台上，并在稳定性和其他方面都有上佳表现。

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第二、系统的工作频率

系统的工作频率在很大程度上决定了ARM微处理器的处理能力。

ARM7系列微处理器的典型处理速度为0.9MIPS/MHz，常见的ARM7芯片系统主时钟为20MHz-133MHzARM9系列微处理器的典型处理速度为1.1MIPS/MHz，常见的ARM9的系统主时钟频率为100MHz-233MHz，ARM10最高可以达到700MHz。

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第三、片内外围电路的选择

除ARM微处理器核以外，几乎所有的ARM芯片均根据各自不同的应用领域，扩展了相关功能模块，并集成在芯片之中，称之为片内外围电片内外围电路例如：

USB接口、IIS接口、LCD控制器、键盘例如接口、RTC、ADC和DAC、DSP协处理器等目的：

目的：

设计者应分析系统的需求，尽可能采用片内外围电路完成所需的功能，这样既可简化系统的设计，同时提高系统的可靠性。

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第四、芯片内存储器的容量

大多数的ARM微处理器片内存储器的容量都不太大，需要用户在设计系统时外扩存储器但也有部分芯片具有相对较大的片内存储空间，如ATMEL的AT91F40162就具有高达2MB的片内程序存储空间用户在设计时可考虑选用这种类型，以简化系统的设计。

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第三章ARM微处理器的编程模型ARM微处理器的编程模型

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ARM体系结构介绍ARM体系结构介绍

RISC体系结构：

指令数少寻址方式少指令定长单指令周期多级流水线寄存器完成运算，存储器只有加载和存储指令。

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ARM体系结构介绍ARM体系结构介绍

ARM/THUMB模式THUMB（inside32bit,code‘s16bit）--增加代码密度减少成本ARM7TDMI（参下页）ARM7TDMI处理器可以在ARM/THUMB两种指令模式下工作和切换

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ARM7TDMI

在ARM的内核终有四个功能模块，可以供生产厂商根据不同的要求来配置生产，这四个模块分别是：

T、D、M、I。

T—THUMB。

该内核可以支持16位压缩指令集扩充到THUMB。

32位的指令32D－Debug.Debug.该内核放置了用于调试的结构，通常为一个边界扫描链（JTAG），可以使CPU进入调试模式，从而方便的进行断点设置。

M－MultiplierMultiplier内嵌硬件8位乘法器I－ICE（In-Circuit-Emulation）。

用于实现断点观测ICE（In-Circuit及变量观测的逻辑电路部分，其中TAP控制器可接入到边界扫描链

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ARM体系结构介绍ARM体系结构介绍

内核7种工作模式：

用户态/FIQ/IRQ/管理态/中止态/系统态/未定义态。

用户态无法改变模式，除非异常发生（SWI）1）用户态无法访问某些受限资源，如修改CPSR的控制位。

2）除用户模式以外，其余的所有6种模式称之为非用户模式，或特权模式（PrivilegedModes）；3）其中除去用户模式和系统模式以外的5种又称为异常模式（ExceptionModes），常用于处理中断或异常，以及需要访问受保护的系统资源等情况。

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ARM寄存器ARM寄存器

ARM微处理器共有37个32位寄存器，其中31个为通用寄存器，6个为状态寄存器。

R0—R12:

通用寄存器R8_FIQR12_FIQ：

允许快速中断处理R13用于各工作态的堆栈寄存器R14用来保护程序调用的现场PC指针R15:

pcCPSR:

状态寄存器SPSR:

用于保存CPSR的状态

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THUMB寄存器THUMB寄存器

SP--R13LR-R14PCR15R8R15访问受限

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中断与异常

区别：

正在执行的程序发生暂时的停止是异常；它的当前状态没有保存。

复位：

矢量表0x00000000IRQ中断irq引脚产生，比Fiq优先级低。

irqFiq进入Fiq时，会屏蔽irqFIQ矢量放在矢量表的最后，另外有自己的临时寄存器，提升中断响应0x0000001c优先级：

最高为复位，最低是SWI.

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中断与异常

异常发生：

将下一条当前要执行的指令地址存入LR中，复制CPSRSPSR.获得中断矢量并执行。

异常处理函数返回：

LR处理-PCSPSRCPSR清除中断禁止位标志。

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存储器和I/O存储器和I/O

ARM体系同时支持大尾端/小尾端

小位端：

11223344--〉44，33，22，11。

11223344--44332211大尾端：

11223344--〉11，22，33，44。

32根地址线32根数据线内部cacheI/O采用内存映射的方式实现

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第四章ARM处理器的指令系统ARM处理器的指令系统

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ARM指令寻址方式ARM指令寻址方式

寄存器寻址：

ADDR0，R1，R2；R0←R1＋R2立即寻址：

ADDR0，R0，＃1；R0←R0＋1ADDR0，R0，＃0x3f；R0←R0＋0x3fADDR0，R0，＃&3f；R0←R0＋0x3f寄存器移位寻址：

ADDR0,R1,R2,LSL#3寄存器间接寻址：

LDRR0,[R1]STRR0,[R1]

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ARM指令寻址方式ARM指令寻址方式

基址寻址：

LDRR0，[R1，＃4]LDRR0，[R1，＃4]！

R1←R1＋4LDRR0，[R1]，＃4R1←R1＋4LDRR0，[R1，R2]；R0←[R1＋4]；R0←[R1＋4]、；R0←[R1]、；R0←[R1＋R2]

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ARM指令集ARM指令集

多寄存器寻址：

LDMIAR0,{R1,R2,R3}块拷贝寻址：

STMFDR13!

{R2-R9}/PUSHLDMIAR0!

{R2-R9}STMIAR1,{R2-R9}LDMFDR13!

{R2-R9}/POP

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ARM指令集ARM指令集

相对寻址：

BLSUBRMOVPC