嵌入式系統與軟ppt課件(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 結構框圖43ARM920T的工作狀態l ARM狀態：– 32位，執行字對準的 ARM指令；l Thumb狀態：– 16位，執行半字對準的 Thumb指令。44ARM920T的運行模式l 支持 7種運行模式；l 運行模式可以通過軟件控制改變；l 外部中斷或異常處理也可以引起模式發生改變。45模式 模式描述用戶（ User） ARM處理器正常的程序執行狀態快速中斷（ FIQ） 用于高速數據傳輸或通道處理外部中斷（ IRQ） 用于通用的中斷處理管理（ Supervisor） 操作系統保護模式數據訪問中止（ Abort） 實現虛擬存儲器和存儲器保護系統（ System） 運行特權操作系統任務未定義（ Undifined） 支持硬件協處理器的軟件仿真46l 共有 37個 32位寄存器：– 31個通過寄存器，包括程序計數器 PC；– 6個狀態寄存器。ARM920T的寄存器結構47ARM920T的存儲系統l 地址空間216。 ARM體系結構采用 232個 8位字節的單一、線性地址空間；216。 每個字的地址是字對準的，地址低兩位為 00；216。 字對準地址是 A的字由地址 A、 A+ A+2和 A+3的 4個字節組成。48ARM920T的存儲系統l 存儲器格式 ARM體系結構可以用兩種方法存放數據，即大端格式和小端格式：216。 大端格式：較高的有效字節存放在較低的存儲器地址，較低的有效字節存放在較高的存儲器地址；216。 小端格式：較高的有效字節存放在較高的存儲器地址，較低的有效字節存放在較低的存儲器地址。4950l 采用 5級流水線：– 取指；– 譯碼；– 執行；– 訪存；– 寫回。ARM920T的流水線結構51MIPS系列系列l MIPS是世界上很流行的一種 RISC處理器l MIPS的意思是 “ 無互鎖流水級的微處理器” (Microprocessor without interlocked piped stages)l 其機制是盡量利用軟件辦法避免流水線中的數據相關問題l MIPS處理器是由斯坦福（ Stanford） 大學Hennessy教授領導的研究小組研制出來的52MIPS系列系列l 1984年 MIPS計算機公司成立l 1986年推出 R2022處理器l 1988年推出 R3000處理器l 1991年推出第一款 64位商用微處理器 R4000l 1992年， SGI收購了 MIPS計算機公司之后，該公司又陸續推出 R8000（ 于 1994年）、 R10000（ 于1996年）和 R12022（ 于 1997年）等型號的處理器。l 1998年， MIPS脫離 SGI成為 MIPS技術公司之后，其戰略發生變化，把重點放在了嵌入式系統上。 53MIPS系列系列l 1999年， MIPS公司發布 MIPS 32和 MIPS 64架構標準，為未來 MIPS處理器的開發奠定了基礎l 新的架構集成了所有原來的 MIPS指令集，并且增加了許多更強大的功能。l 和 ARM公司一樣， MIPS公司本身并不從事芯片的生產活動（只進行設計），不過其他公司如果要生產該芯片的話必須得到 MIPS公司的許可。 54MIPS系列系列l MIPS指令集體系 ISA (MIPS Instruction Set Architecture) 167。 從最早的 MIPS I ISA開始發展，到 MIPS V ISA， 再到現在的 MIPS32和 MIPS64結構，其所有版本都是與前一個版本兼容的。167。 在 MIPS III的 ISA中，增加了 64位整數和 64位地址。167。 在 MIPS IV和 MIPS V的 ISA中增加了浮點數的操作等。 55MIPS系列系列l MIPS指令集體系 ISA (MIPS Instruction Set Architecture) 167。 MIPS I ? MIPS V ? MIPS32和 MIPS64結構，其所有版本都是與前一個版本兼容的。167。 MIPS32和 MIPS64體系是為滿足高性能、成本敏感的需求而設計的。167。 MIPS32體系是基于 MIPS II的 , 并從 MIPS III、 MIPS IV和 MIPS V中選擇一些指令以增強數據和代碼的有效操作。167。 MIPS64體系是基于 MIPS V并與 MIPS32體系兼容的。 56總線總線 的基本概念的基本概念? 總線是 CPU與存儲器和設備通信的機制，是計算機各部件之間傳送數據、地址和控制信息的公共通道。? 總線分類：1. 按相對于 CPU位置劃分：? 片內總線或內部總線：連接 CPU內部各主要功能部件? 片外總線： CPU與存儲器（ RAM和 ROM）和 I/O接口之間進行信息交換的通道2. 按功能和信號類型：? 數據總線 Dbus。? 地址總線 Abus。? 控制總線 Cbus。57總線總線 的基本概念的基本概念? 總線的主要參數1. 總線寬度 ：又稱總線位寬，指的是總線能同時傳送數據的位數。如 16位總線就是具有 16位數據傳送能力。2. 總線頻率 ：總線工作速度的一個重要參數，工作頻率越高，速度越快。通常用 MHZ表示3. 總線帶寬 ：又稱總線的數據傳送率， 是指在一定時間內總線上可傳送的數據總量 ，用每秒最大傳送數據量來衡量。總線帶寬越寬，傳輸率越高 總線帶寬 =（總線寬度 /8） X 總線頻率帶寬單位： MB/s； 如：總線寬度 32位，頻率 66MHZ， 則總線帶寬 =（ 32位 /8位） * 66MHZ=264MB/s58總線總線 的基本概念的基本概念l 一個微處理器系統可能含有多條總線。l 高速設備可以連到高速總線上l 低速設備可以連到低速總線上l 橋：總線互聯的電路l 原因：252。 數據寬度：高速總線通常提供較寬的數據連接252。 成本：高速總線通常采用更昂貴的電路和連接器252。 橋允許總線獨立操作，這樣在 I/O操作中可提供某些并行性59存儲器 高速設備CPU 低速設備低速設備橋高速總線 低速總線多總線系統60嵌入式系統的總線嵌入式系統的總線 l 嵌入式系統的總線一般集成在嵌入式微處理器中l 從微處理器的角度來看，總線可分為 :l 片外總線 : 如 PCI、 ISA、 AMBA的 APB等l 片內總線 : 如 AMBA的 AHB和 ASB、 AVALON、 OCP、WISHBONE等l 選擇總線和選擇嵌入式微處理器密切相關，總線的種類隨不同的微處理器的結構而不同。 61ProcessorlocalbusMicroprocessor Cache MemorycontrollerDMAcontrollerBridgePeripheralPeripheralPeripheralPeripheralbus嵌入式系統總線62AMBA總線總線 l AMBA（ Advanced Microcontroller Bus Architecture）是 ARM 公司研發的一種總線規范，目前為 版本。l 在 AMBA總線規范中，定義了 3種總線 :167。 AHB(Advanced Highperformance Bus)： 用于高性能系統模塊的連接，支持突發模式數據傳輸和事務分割；可以有效地連接處理器、片上和片外存儲器，支持流水線操作。167。 ASB（ Advanced System Bus）： 也用于高性能系統模塊的連接 ,由 AHB總線替代； 167。 APB（ Advanced Peripheral Bus）： 用于較低性能外設的簡單連接，一般是接在 AHB或 ASB系統總線上的第二級總線。 63AMBA總線總線 外部總線APB系統總線AHB測試接口ARMCPUSDRAMControlSRAM LCDControl橋并行接口串行接口Timer UART基于 AMBA總線的典型系統64AHB總線總線l AHB總線主要由主單元、從單元、仲裁器和譯碼器組成。 l AHB主單元 :l 只有主單元可在任何時刻使用總線。l AHB可以有一個或多個主單元。l 主單元可以是 RISC處理器、 DSP以及 DMA控制器，以啟動和控制總線操作。65AHB總線總線l AHB從單元 :l 可以響應（并非啟動）讀或寫總線操作。l 總線的從單元可以在給定的地址范圍內對讀寫操作進行相應的反應。l 從單元向主單元發出成功、失敗信號或等待各種反饋信號。l 從單元通常是其復雜程度不足以成為主單元的固定功能塊，例如外存接口、總線橋接口以及任何內存都可以是從單元，系統的其他外設也包含在 AHB的從單元中。 66AHB總線總線l AHB仲裁器 :l 用來確定控制總線是哪個主單元，以保證在任何時候只有一個主單元可以啟動數據傳輸。l 一般來說仲裁協議都是固定好的，例如最高優先級方法或平等方法，可根據實