大工20秋《单片机原理及应用》复习资料二

aopeng

单片机原理及应用辅导资料二主    题：课件第二章第1-4节——ARM内核系列、ARM Cortex-M3内核简介、开发工具、ARM7到Cortex-M3
学习时间：2020年4月6日--4月12日
“不忘初心、牢记使命”主题理论学习：
每周文摘：坚持党的领导，最根本的是坚持答案权威和集中统一领导。党章规定“四个服从”，最根本的是全党各个组织和全体党员服从党的全国代表大会和中央委员会；答案强调“四个意识”，最根本的是坚决维护答案权威和集中统一领导。这都不是空洞的口号，不能只停留在表态上，要落实到行动上。
     摘选自《在十九届中央纪律检查委员会第二次全体会议上的讲话》课程内容：
我们这周主要学习第二章单片机的基本结构和原理第1-4节的相关内容。希望通过下面的内容能使同学们加深对相关知识的理解。一、学习要求
了解ARM内核的分类及特点。二、主要内容
ARM简介
ARM（Advanced RISC Machines）公司是一家知识产权（IP）供应商，它与一般的半导体公司最大的不同就是不制造芯片且不向终端用户出售芯片。而是通过转让设计方案，由合作伙伴生产出各具特色的芯片。ARM公司利用这种双赢的伙伴关系迅速成为了全球性RISC微处理器标准的缔造者。这种模式也给用户带来巨大的好处，因为用户只需掌握了一种ARM内核结构及其开发手段，就能够使用多家公司相同ARM内核的芯片。??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（原PHILIPS）和NS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。??ARM架构是ARM公司面向市场设计的第一款低成本RISC微处理器，它具有极高的性价比和代码密度以及出色的实时中断响应和极低的功耗，并且占用硅片的面积极少，从而使它成为嵌入式系统的理想选择，因此应用范围非常广泛，比如手机、PDA、MP3/MP4和种类繁多的便携式消费产品中。2004年ARM公司的合作伙伴生产了12亿片ARM处理器。
ARM即Advanced RISC Machines的缩写，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内核采用精简指令集计算机（RISC）体系结构，它是一个小门数的计算机，其指令集和相关的译码机制比复杂指令集计算机（CISC）要简单得多，其目标就是设计出一套能在高时钟频率下单周期执行，简单而有效地的指令集。RISC的设计重点在于降低处理器中指令执行部件的硬件复杂度，这是因为软件比硬件更容易提供更大的灵活性和更高的智能化，因此ARM具备了非常典型的RISC结构特性：??（1）具有大量的通用寄存器；??（2）通过装载/保存（load-store）结构使用独立的load和store指令完成数据在寄存器和外部存储器之间的传送，处理器只处理寄存器中的数据，从而可以避免多次访问存储器；??（3）寻址方式非常简单，所有装载/保存的地址都只由寄存器内容和指令域决定；??（4）使用统一和固定长度的指令格式。??此外，ARM体系结构还提供：? （1）每一条数据处理指令都可以同时包含算术逻辑单元（ALU）的运算和移位处理，以实现对ALU和移位器的最大利用；??（2）使用地址自动增加和自动减少的寻址方式优化程序中的循环处理；??（3）load/store指令可以批量传输数据，从而实现了最大数据吞吐量；??（4）大多数ARM指令是可“条件执行”的，也就是说只有当某个特定条件满足时指令才会被执行。通过使用条件执行，可以减少指令的数目，从而改善程序的执行效率和提高代码密度。??这些在基本RISC结构上增强的特性使ARM处理器在高性能、低代码规模、低功耗和小的硅片尺寸方面取得良好的平衡。??从1985年ARM1诞生至今，ARM指令集体系结构发生了巨大的改变，还在不断地完善和发展。为了清楚地表达每个ARM应用实例所使用的指令集，ARM公司定义了7种主要的ARM指令集体系结构版本，以版本号V1~V7表示。
1．ARM内核系列
ARM公司开发了很多系列的ARM处理器核，应用比较多的是ARM7系列、ARM9系列、ARM10系列、ARM11系列、Intel的Xscale系列和MPCore系列，还有针对低端8位MCU市场最新推出的Cortex－M3系列，其具有32位CPU的性能、8位MCU的价格。


（1）ARM7系列
内核为冯-诺依曼结构，三级流水线，ARMv4指令集
ARM7TDMI第一款流行的ARM内核，提供了较好的性能-功耗比
ARM720T是ARM7内核中最具灵活性的成员
ARM7EJ-S处理器，可综合
（2）ARM9系列
存储器系统根据哈佛结构重新设计，具有5级流水线，区分了数据和指令总线
ARM920T仍然执行ARMv4T指令架构
ARM9E-S，执行v5TE架构指令。
—ARM946E-S针对有确定实时响应要求的嵌入式应用
ARM926EJ-S采用Jazelle技术（可加速java字节码的执行）
（3）ARM10系列
针对高性能应用，具有6条流水线，也可支持向量浮点单元（VFP）
ARM1020E包括增强的E指令，双64位总线接口
（4）ARM11系列
ARM1136J-S发布于2003年，是针对高性能和高能效应用而设计的。执行ARMv6架构指令的处理器。它集成了一条具有独立的load-store和算术流水线的8级流水线。
ARM1136JF-S就是为了进行快速浮点运算，而在ARM1136J-S增加了向量浮点单元。
（5）ARM Cortex系列
发布于2005年，根据应用和需求划分成整套系列的完整解决方案
Cortex-A：针对复杂OS和应用程序
Cortex-R：针对实时系统的嵌入式处理器
Cortex-M：针对价格敏感应用领域的嵌入式处理器2．ARM Cortex-M3内核简介
Cortex-M3内核优势
小处理器内核、系统和存储器，可降低器件成本
完整的电源管理，很低的功耗
突出的处理器性能，可满足挑战性的应用需求
快速的中断处理，满足高速、临界的控制应用
可选的存储器保护单元（MPU），提供平台级的安全性
增强的系统调试功能，可加快开发进程
没有汇编代码要求，简化系统开发
宽广的适用范围：从超低成本微控制器到高性能SoC
（1）ARM Cortex-M3处理器结构框图

（2）ARM Cortex-M3处理器内存映射

（3）Cortex-M3内核特点
Cortex-M3内核采用ARMv7-M架构，Thumb2指令架构（ISA）子集
哈佛结构，同时读取/存储数据
三级流水线
单周期32位乘法器
硬件除法器
Thumb和Debug状态
Handler和Thread模式
处理器状态自动保存，可以缩短ISR进入和退出的延迟
可以打断和继续LDM/STM，PUSH/POP
支持ARMv6的BE/LE（大小端）
ARMv6不对齐访问
3. ARM7到Cortex-M3
存储器映射
中断/异常系统
MPU
系统控制
操作模式：arm7中的7中操作模式，在CM3中通过异常来取代  对照表

三、习题
（单选题）
1.ARM处理器是（    ）位微处理器。
A.4            B.8            C.16           D.322. Cortex-M是（   ）的嵌入式处理器。
A.针对复杂OS和应用程序
B.针对实时系统
C.针对价格敏感应用领域的         
D.以上均不是 3.以下关于Cortex-M3内核说法错误的是（   ）。
A.采用ARMv7-M架构，Thumb2指令架构（ISA）子集               
B.哈佛结构，同时读取/存储数据
C.5级流水线
D.单周期32位乘法器【习题答案】
（单选题）
1、D    2、C    3、C
转载注明  无忧答案网  QQ 761296021