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第 2 章 ARM 处理器

第 2 章 ARM 处理器. 本章描述了 ARM 体系结构和 ARM Linux 的发展，介绍了几种应用 Linux 的典型 ARM 处理器和开发板。本章可以使读者了解嵌入式 Linux 系统硬件平台的基础知识。. 本章目标. ARM 体系结构 典型的 ARM 处理器 S3C2410 开发板介绍 . 2.1 ARM 处理器简介. 1 ．定义

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第 2 章 ARM 处理器

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Presentation Transcript

  1. 第2章 ARM处理器

  2. 本章描述了ARM体系结构和ARM Linux的发展，介绍了几种应用Linux的典型ARM处理器和开发板。本章可以使读者了解嵌入式Linux系统硬件平台的基础知识。 www.farsight.com.cn

  3. 本章目标 • ARM体系结构 • 典型的ARM处理器 • S3C2410开发板介绍

  4. 2.1 ARM处理器简介 • 1．定义 • ARM（Advanced RISC Machines），既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。ARM处理器是一种低功耗高性能的32位RISC处理器，ARM处理器是一个综合体，ARM公司自身并不制造微处理器，而是由ARM的合作伙伴来制造 • 2．特点 • 体积小、低功耗、低成本、高性能 • 支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好地兼容8位/16位器件 • 大量使用寄存器，指令执行速度更快 • 大多数数据操作都在寄存器中完成 • 寻址方式灵活简单，执行效率高 • 指令长度固定

  5. 2.1.1 ARM公司简介（了解） • ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司，作为嵌入式RISC处理器的知识产权IP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，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。

  6. 2.1.2 ARM处理器体系结构 • 目前，ARM体系结构共定义了6个版本，从版本1到版本6 • 1．V1结构（版本1） • 2．V2结构 • 3．V3结构 • 4．V4结构 • 5．V5结构 • 6．V6结构

  7. 2.1.3 Linux与ARM处理器 • 在32位RISC处理器领域，基于ARM的结构体系在嵌入式系统中发挥了重要作用，ARM处理器和嵌入式Linux的结合也正变得越来越紧密，并在嵌入式领域得到了广阔的应用。

  8. Linux具有诸多内在优点 • （1）Linux的内核精简而高效，针对不同的实际需求，可将内核功能进行适当地剪裁 • （2）Linux具有完善的网络性能，并且具有多种网络服务程序 • （3）Linux的可移植性强，方便移植到许多硬件平台 • （4）Linux源码开放，软件资源丰富

  9. 2.2.1 ARM微处理器的指令集 • ARM微处理器的指令集主要有6大类。 •  跳转指令 •  数据处理指令 •  程序状态寄存器（PSR）处理指令 •  加载/存储指令 •  协处理器指令 •  异常产生指令

  10. 2.2.2 ARM指令寻址方式 • 1．立即数寻址 • ARM指令的立即数寻址是一种特殊的寻址方式，操作数本身就在指令中给出，只要取出指令也就取到了操作数。这个操作数被称为立即数

  11. 2．寄存器寻址 • 寄存器寻址就是利用寄存器中的数值作为操作数，这种寻址方式是各类微处理器经常采用的一种方式，也是一种执行效率较高的寻址方式。

  12. 3．寄存器间接寻址 • 寄存器间接寻址就是以寄存器中的值作为操作数的地址，而操作数本身存放在存储器中。

  13. 4．基址变址寻址 • 基址变址的寻址方式就是将寄存器（该寄存器一般称作基址寄存器）的内容与指令中给出的地址偏移量相加，从而得到一个操作数的有效地址。 • 5．多寄存器寻址 • 采用多寄存器寻址方式，一条指令可以完成多个寄存器值的传送。这种寻址方式可以用一条指令完成传送最多16个通用寄存器的值

  14. 6．相对寻址 • 与基址变址寻址方式相类似，相对寻址以程序计数器PC的当前值为基地址，指令中的地址标号作为偏移量，将两者相加之后得到操作数的有效地址。 • 7．堆栈寻址 • 堆栈是一种数据结构，按先进后出（First In Last Out，FILO）的方式工作，使用一个称作堆栈指针的专用寄存器指示当前的操作位置，堆栈指针总是指向栈顶。

  15. 2.2.3 Thumb指令概述 • Thumb指令集是ARM指令集的一个子集，允许指令编码为16位的长度。与等价的32位代码相比较，Thumb指令集在保留32代码优势的同时，可以在很大程度上节省系统的存储空间。

  16. 2.3.1 Atmel AT91RM9200 • AT91RM9200具有以下的丰富片上资源。 • （1）16KB数据Cache，16KB指令Cache； • （2）虚拟内存管理单元MMU； • （3）带有Debug调试的在片Emulator； • （4）Mid-level Implementation Embedded Trace Macrocell； • （5）16KB的内部SRAM和128KB的内部ROM； • （6）带有外部总线接口（EBI），方便用户进行扩展升级； • （7）支持SDRAM、SRAM、Burst Flash和CompactFlash、SmartMedia and NAND Flash的无缝连接； • （8）增强型的时钟产生器和电源管理单元； • （9）带有2个PLL的2个在片振荡器； • （10）慢速的时钟操作模式和软件电源优化能力； • （11）4个可编程的外部时钟信号； • （12）包括周期性中断、看门狗和第二计数器的系统定时器； • （13）带有报警中断的实时时钟； • （14）带有8个优先级、可单个屏蔽中断源、Spurious中断保护的先进中断控制器； • （15）7个外部中断源和1个快速中断源； • （16）4个32位的PIO控制器，可以达到122个可编程I/O引脚（每个都有输入控制、可中断及开路的输出能力）； • （17）20通道的外部数据控制器（DMA）； • （18）10/100M的以太网接口； • （19）2个全速的USB 2.0主接口和一个从口； • （20）4个UART； • （21）3通道16位的定时/计数器（TC）； • （22）两线接口（TWI）； • （23）IEEE 1149.1 JTAG标准扫描接口。

  17. 2.3.2 Samsung S3C2410 • S3C2410是著名的半导体公司Samsung推出的一款32位RISC处理器，为手持设备和一般类型的应用提供了低价格、低功耗、高性能微控制器的解决方案。

  18. 其片上功能如下。 • （1）内核工作电压为1.8/2.0V、存储器供电电压3.3V、外部I/O设备的供电电压3.3V； • （2）16KB的指令Cache和16KB的数据Cache； • （3）LCD控制器，最大可支持4K色STN和256色TFT； • （4）4通道的DMA请求； • （5）3通道的UART（IrDA1.0、16字节TxFIFO、16字节RxFIFO），2通道的SPI接口； • （6）2通道的USB（Host/Slave）； • （7）4路PWM和1个内部时钟控制器； • （8）117个通用I/O，24路外部中断； • （9）272Pin FBGA封装； • （10）16位的看门狗定时器； • （11）1通道的IIC/IIS控制器； • （12）带有PLL片上时钟发生器。

  19. 2.3.3 TI OMAP1510/1610系列 • MAP161X系列的处理器主要具有以下特点。 • 1．低功耗、高性能CMOS技术 • 2．TMS320C55xDSP核 • 3．ARM926TEJ核

  20. 2.3.4 Freescale i.Max21 • i.Max21主要具有如下特性。 •  集成ARM926内核。 • 16KB的指令Cache和16KB的数据Cache。 •  采用Smart Speed Switch技术，可实现数据的并行处理，增加数据的吞吐量。 • 16/18位的彩色LCD控制器，支持SVGA。 • USB On-the-Go，2通道的USB Host。 •  支持实时MPEG4和H.263编解码，最高可每秒传输30帧CIF或QVGA图像。

  21. 2.4.1 三星S3C2410开发板介绍

  22. 1．硬件资源情况 • CPU：三星S3C2410A，主频203MHz。 •  内存：64MB。 • NOR Flash：2MB（SST39VF160或SST39VF1601）。 • NAND Flash：64MB（K9F1208，用户可自己更换为16MB、32MB或128MB的NandFlash）。 • 2个标准5线串口。 • 10M网口，CS8900Q3，带联接和传输指示灯。 • 2个USB1.1 HOST接口（其中一个HOST与Device复用，通过短路块选择）。 • 1个USB1.1 Device接口（它与USB HOST接口复用，通过短路块选择）。 • 1个IRDA红外线数据通信口。 •  采用IIS接口芯片UDA1341，一路立体声音频输出接口可接耳机或音箱。 •  支持录音，自带驻机体话筒可直接录音，另有一路话筒输入接口可接麦克风。 • 1个SD卡接口，可接256M SD卡。 • 1个50芯LCD接口引出了LCD控制器和触摸屏的全部信号。 •  支持黑白、4级灰度、16级灰度、256色、4096色STN液晶屏，尺寸从3.5寸到12.1寸，屏幕分辨率可达到800600像素。 •  支持黑白、4级灰度、16级灰度、256色、64K色、真彩色TFT液晶屏，尺寸从3.5寸到12.1寸，屏幕分辨率可达到800600像素。 •  标准配置为夏普256K色240320/3.5英寸TFT液晶屏，带触摸屏。 •  内部实时时钟（带有后备锂电池）。 • 1个20芯Multi-ICE标准JTAG接口，支持SDT2.51，ADS1.2等调试。 •  开关电源供电，输入直流电压范围是7～20V，带电源开关和指示灯。 • 1个EEPROM（AT24C02）用来验证IIC总线读写。 • 16个小按键，4个高亮LED。 • 1个蜂鸣器（带使能控制的短路块）。 • 2个PS/2接口，信号线接在中断引脚上。 • 1个精密可调电阻接到ADC引脚上用来验证模数转换。 • 1个60芯2mm间距双排标准连接器用作扩展口，引出了地址线、数据线、读写、片选、中断、I/O口、ADC、5V和3.3V电源、地等用户扩展可能用到的信号。

  23. 2．软件资源情况 •  ADS1.20安装程序（评估版）。 •  采用Linux2.4以上内核。 •  支持多种文件系统，比如Cramfs、Fat以及用于NAND Flash的YAFFS文件系统。 •  支持LCD和触摸屏。 •  支持USB HOST。 •  支持QT。 •  支持MP3播放和视频播放。 •  支持多种网络应用，比如FTP、HTTP、Telnet等网络应用。 •  烧写Flash的工具软件SJF2410（包含NT/2000/XP解决方案）。 •  串口工具软件sscom32.exe、dnw.exe、tftp.exe。 •  64K色（RGB565）图片字模软件。 •  USB Device接口驱动程序。 •  FS2410 BIOS源代码（ADS1.20的项目文件）。 •  FS2410测试程序（ADS1.20的项目文件，包含全部源代码）。 •  Linux for S3c2410内核源码包以及编译工具。 •  WINCE4.2.NET板级支持包BSP for S3c2410。 •  已经编译好并可在FS2410上运行的wince内核，基于优龙提供的BSP。 •  Samsung半导体网站关于S3C2410的全部资料和参考代码。 •  FS2410核心板和底板电路原理图。

  24. 2.4.2 众多的开发板供应商 • 随着嵌入式开发领域的不断深入和发展，现在越来越多的半导体厂商都开发了基于ARM核的32位RISC嵌入式处理器，并且为了推广各自的芯片，都有配套完善的开发板提供给用户。

  25. Q&A www.farsight.com.cn

  26. 谢谢！ www.farsight.com.cn

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