arm体系结构和接口技术

嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可剪裁，适应应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

 

嵌入式系统的特点

专用、软硬件可剪裁可配置

低功耗、高可靠性、高稳定性

软件代码短小精悍

代码可固化

实时性

弱交互性

 

}         未来嵌入式系统的发展趋势：

①     小型化、智能化、网络化、可视化

②     多核技术的应用

③     低功耗（节能）、绿色环保

④     云计算、可重构、虚拟化等

⑤     平台化、标准化、系统可升级，代码可复用

商业版嵌入式操作系统：

1.       Vxworks

a)         它是在当前市场占有率最高的嵌入式实时操作系统

b)        它提供的多任务机制，对任务的控制采用优先级抢占和轮询调度机制，充分保证了可靠的实时性，具有高可靠性和稳定性

2.       Windows CE

a)         用户图形界面相当出色

b)        具有模块化、结构化和基干Win32应用程序接口以及与处理器无关等特点

 

ARM技术特征

}         体积小、低功耗、低成本、高性能

}         •  支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容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

 

 

 

 

ARM920T 处理器主要特性如下

}         • ARM9TDMI RISC 整数 CPU

}         • 16-K字节指令与16-K 字节数据缓存

}         • 指令与数据存储器管理单元(MMUs)

}         • 写缓冲器

}         ARM9TDMI处理器是哈佛结构的，有包括取指、译码、执行、存储及写入的五级流水线。

}         ARM920T 处理器包括两个协处理器：

}         • CP14 -控制软件对调试信道的访问。

}         • CP15 - 系统控制处理器，提供16 个额外寄存器用来配置与控制缓存、MMU、系统保护、时钟模式及其他系统选项。

}         5级流水线结构

}         – 取指(F)

}         – 指令译码(D)

}         – 执行(E)

}         – 数据存储访问(M)

}         – 写寄存器(W)

 

ARM系统结构v4以上版本支持以上3种数据类型，v4以前版本仅支持字节和字。

所有数据类型指令的操作数都是字类型的，如“ADD r1，r0，＃0x1”中的操作数“0x1”就是以字类型数据处理的。

 

}         5级流水线ARM组织

}         在ARM9TDMI中使用了典型的5级流水线，5级流水线包括下面的流水线级

}         （1）取指令（fetch）：从存储器中取出指令，并将其放入指令流水线。

}         （2）译码（decode）：指令被译码，从寄存器堆中读取寄存器操作数。在寄存器堆中有3个操作数读端口，因此，大多数ARM指令能在1个周期内读取其操作数。

}         （3）执行（execute）：将其中1个操作数移位，并在ALU中产生结果。如果指令是Load或Store指令，则在ALU中计算存储器的地址。

}         （4）缓冲/数据（buffer/data）：如果需要则访问数据存储器，否则ALU只是简单地缓冲1个时钟周期。

}         （5）回写（write-back）：将指令的结果回写到寄存器堆，包括任何从寄存器读出的数据。

 

影响流水线性能的因素

互锁

跳转指令

 

 

}         Nand Flash与Nor Flash对比：

}         1、接口对比
 NOR Flash带有通用的SRAM接口，可以轻松地挂接在CPU的地址、数据总线上，对CPU的接口要求低。NOR Flash的特点是芯片内执行(XIP,eXecute In Place)，这样应用程序可以直接在Flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。
NAND Flash器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。 

}         2、容量和成本对比
相比起NAND Flash来说，NOR Flash的容量要小，一般在1~32MByte左右

}         3、可靠性性对比
NAND器件中的坏块是随机分布的，而坏块问题在NOR Flash上是不存在的

}         4、寿命对比
NAND闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次，而NOR的擦写次数是十万次

}         5、升级对比
NOR Flash的升级较为麻烦，因为不同容量的NOR Flash的地址线需求不一样
不同容量的NAND Flash的接口是固定的，所以升级简单 

}         6、读写性能对比
擦除NOR器件时是以64～128KB的块进行的，执行一个写入/擦除操作的时间约为为5s。擦除NAND器件是以8～32KB的块进行的,执行相同的操作最多只需要4ms。NOR的读速度比NAND稍快一些。

 

}         A/D转换的技术指标

}         1、分辨率（Resolution）

^}         数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，1/2ⁿ

}         2、 转换速率（Conversion Rate）

}         完成一次从模拟转换到数字的A/D转换所需的时间的倒数

}         3、量化误差（Quantizing Error）

}         由于A/D的有限分辨率而引起的误差（1LSB或1/2LSB）

}         4、偏移误差（Offset Error）

}         输入信号为零时输出信号不为零的值

}         5、满刻度误差（Full Scale Error）

}         满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差

}         6、线性度（Linearity）

}         实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移