嵌入式linux----ARM入门，熟悉ARM处理器S3C2440

ARM(Advanced RISC Machines)，是一个公司的名字，也是对一类微处理器的统称，也可以是一种技术的名字。ARM公司设计了很多处理器，他们根据内核的不同划分到各个系列中，系列划分是基于ARM7、ARM9、ARM10、ARM11内核的，在每个系列中，存储器管理、cache和TCM处理器扩展也有多种变化。

ARM7内核是冯诺依曼体系结构，数据和指令使用同一条总线，内核有一条3级流水线，执行ARMv4指令集。ARM7系列微处理器包括几种类型的核，其中ARM7TDMI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器，属低端ARM处理器核。

• T： 支持16位压缩指令集Thumb
• D： 支持片上Debug
• M： 内嵌硬件乘法器
• I： 嵌入式ICE，支持片上断点和调试点

ARM9系列微处理器在高性能和低功耗方面提供最佳性能。

• 5级整数流水线，指令执行效率最高
• 提供1.1MIPS/MHz的哈佛结构
• 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集
• 支持32位高速AMBA总线接口
• 全性能的MMU，支持多种主流嵌入式操作系统
• MPU支持实时操作系统
• 支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力。

ARM10E系列微处理器具有高性能、低功耗的特点，由于采用新的体系结构，与同等的ARM9器件相比，在同样时钟频率下，性能提高了近50%，同时采用了两种先进的节能方式，使其功耗极低。

• 支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合
• 6级整数流水线，指令执行效率更高
• 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集
• 支持32位高速AMBA总线接口
• 支持VFP10浮点处理协处理器
• 全性能的MMU，支持多种主流嵌入式操作系统
• 支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力。
• 主频最高可达400MIPS
• 内嵌并行读/写操作部件

ARM11中ARM1136J-S发布于2003年，是针对高性能和高能效应用而设计的，是第一个执行ARMv6架构指令的处理器，集成了一条独立的load-sotore和算术流水线的8级流水线。

了解一款CPU首先了解体系结构、寄存器结构和指令结构三个方面，这是区分其他不同类型CPU的关键。

首先关于体系结构，CISC是复杂指令集计算机，RISC是精简指令集计算机，优先选取使用频率最高的简单指令，避免复杂指令，将指令长度固定。RISC特点：

• 采用固定长度的指令格式，指令规整、简单、基本寻址方式有2-3种
• 使用单周期指令，便于流水线操作执行
• 大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率

其次关于寄存器结构，ARM共有37个寄存器，被分为若干个组（BANK），包括31个通用寄存器，包括程序计数器，均为32位的寄存器；6个状态寄存器，用以标识cpu的工作状态及程序的运行状态，均为32位，目前只使用了其中一部分。ARM处理器有7中不同的处理器模式(工作模式)：用户模式、快速中断模式、中断模式、管理模式、数据访问终止模式、系统模式、未定义指令终止模式，在每一种处理器模式下均有一组相应的寄存器与之对应。即在任意一种处理器模式下，可访问的寄存器包括15个通用寄存器、1-2个状态寄存器和程序计数器。在所有寄存器中，有些是在7种处理器模式下共用的同一个物理寄存器，而有些寄存器则是不同处理器模式下专有。

                                                         

最后指令结构，ARM微处理器在较新的体系结构中支持两种指令集，分别是32位长度的ARM指令集和16位长度的Thumb指令集，其中Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与等价的ARM代码相比可节省30%~40%以上的存储空间，同时具备32位代码的所有优点。

ARM微处理器的选择。

1. 内核的选择。选择使用WinCE或标准Linux等操作系统以减少软件开发时间，则选择ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、strong-ARM等带有MMU功能。ARM7TDMI没有MMU。
2. 工作频率的选择。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。不同的芯片对时钟的处理不同，有的芯片只需要一个主时钟频率，有的芯片内部时钟控制器可以分别为ARM核、USB、UART、DSP、音频等功能部件提供不同频率时钟。

   ARM系列	处理速度 MIPS/MHz	系统主时钟频率 MHz
   ARM7	0.9	20~133
   ARM9	1.1	100~233
   ARM10	NA	700（最高）

3. 芯片内存储器的选择。大多数的ARM微处理器芯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，但是AT91F40162具有高达2M的片内流程存储空间。
4. 除了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，并集成在芯片中，通常称为片内外围电路，如USB接口、IIS接口、LCD控制器、键盘接口、RTC、ADC、DAC、DSP协处理器等。设计者应分析系统需求，尽可能采用片内外围电路完成所需功能，这样既可简化系统设计，也可提高系统可靠性。

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S3C2440是韩国三星公司生产的基于ARM920T的16/32位RISC嵌入式处理器，是非常流行的嵌入式处理器。频率是400MHz，其中ARM920T核由ARM9TDMI、存储管理单元MMU、高速缓存三部分组成。MMU可以管理虚拟内存；高速缓存由独立的16KB地址和16KB数据高速Cache组成。ARM920T有两个内部协处理器，CP14（用于调试控制）和CP15（用于存储系统控制和测试控制）。

片内资源：

• 1.2V内核供电，1.8 2.5 3.3V存储器供电，3.3V外部IO供电，16KB的ICache和16KBde DCache，MMU微处理器
• 外部存储控制器（SDRAM控制和片选逻辑）
• LCD控制器提供1通道LCD专用DMA
• 4通道DMA，并有外部请求引脚
• 3通道UART
• 2通道SPI
• 1通道I2C-BUS接口（多主支持）
• 1通道I2S-BUS音频编解码接口
• AC97解码器接口
• 兼容SD主接口协议1.0版和MMC卡协议2.11兼容版
• 2端口USB主机和1端口USB设备
• 4通道PWM定时器和1通道内部定时器，看门狗定时器
• 8通道10比特ADC和触摸屏接口
• 具有日历功能的RTC
• 相机接口（最大4096*4096像素的输入支持，2048*2048像素输入时，支持缩放）
• 130个通用I/O口和24通道外部中断源
• 具有普通，慢速，空闲和掉电模式
• 具有PLL片上时钟发生器

体系结构：

• 16/32位RISC体系结构和ARM920T内核强大的指令集

• 加强的ARM体系结构MMU用于支持WinCE，EPOC32和Linux

• 指令高速存储缓存器ICache，数据高速存储缓存器DCache，写缓存器write buffer，物理地址TAG RAM减少主存带宽和响应性能带来的影响

• 采用ARM920T CPU内核支持ARM调试体系结构

• 内部高级微控制总线（AMBA）体系结构（AMBA2.0, AHB/APB）

• 支持高速总线模式和异步总线模式，支持外部等待信号延长总线周期

系统管理器，S3C2440的存储器控制器提供访问外部存储器所需的存储器控制信号，特性：

• 支持大、小端方式（通过软件选择）
• 支持高速总线模式和异步总线模式
• 8个存储器bank，寻址空间：每个bank 128MB（总共1GB）
• 支持可编程的每bank 8/16/32位数据总线带宽
• bank0~bank6都采用固定的bank起始地址和大小，其中6个适用于ROM、SRAM，另外2个适用于ROM、SRAM和同步SDRAM，所有存储器bank都具有可编程的操作周期。
• 支持外部等待信号延长总线周期
• 支持掉电的SDRAM自刷新模式
• 支持各种型号的ROM引导（NOR FLASH、NAND FLASH、EEPROM等）
• 支持从NAND FLASH存储器启动，采用4KB内部缓冲器进行启动引导，启动后NAND FLASH存储器仍然作为外部存储器使用

Cache高速缓存：

• 64项全相连模式，采用ICache和DCache
• 每行8字长度，其中每行带有一个有效位和两个dirty位
• 伪随机数或轮转循环替换算法位
• 采用写穿或写回式cache操作来更新主存储器
• 写缓冲器可以保存16个字的数据和4个地址

S3C2440时钟：

• 片上MPLL和UPLL
• 采用UPLL产生操作USB主机/设备的时钟
• MPLL产生最大[email protected]操作MCU所需要的时钟
• 通过软件可以有选择性的为每个功能模块提供时钟
• 电源模式：正常、慢速、空闲和掉电模式
• 正常模式：正常运行的模式
• 慢速模式：不加PLL的低时钟频率模式
• 空闲模式：只停止CPU的时钟
• 掉电模式：所有外设和内核的电源都切断了
• 可以通过EINT[15:0]或RTC报警中断来从掉电模式中唤醒处理器

中断控制器：

• 60个中断源（1个看门狗定时器、5个定时器、9个UART、24个外部中断源EINT、4个DMA、2个RTC、2个ADC、2个IIC、2个SPI、1个SDI、2个USB、1个LCD、1个电池故障、1个NAND和2个CAMERA、1个AC97音频）
• 电平/边沿触发模式的外部中断源
• 可编程的边沿/电平触发极性
• 支持为紧急中断请求提供快速中断服务

脉冲带宽调制定时器（PWM）：

• 4通道16位具有PWM功能的定时器，1通道16位内部定时器，可基于DMA或中断方式工作
• 可编程的占空比周期、频率和极性
• 能产生死区
• 支持外部时钟源

实时时钟（RTC）：

• 全面的时钟特性：秒、分、时、日期、星期、月、年
• 32.768KHz工作
• 具有报警中断
• 具有节拍中断

通用I/O端口，S3C2440有130个多功能输入输出端口，24个外部中断端口：

• 端口A（GPA）：25个输入/输出端口
• 端口B（GPB）：11个输入/输出端口
• 端口C（GPC）：16个输入/输出端口
• 端口D（GPD）：16个输入/输出端口
• 端口E（GPE）：16个输入/输出端口
• 端口F（GPF）：8个输入/输出端口
• 端口G（GPG）：16个输入/输出端口
• 端口H（GPH）：9个输入/输出端口
• 端口J（GPJ）：13个输入/输出端口

LCD控制器，S3C2440的LCD控制器主要完成功能：将视频缓冲中的图像数据发送到外部的LCD中：

• 略。。。

UART控制器：

• 3通道UART，可以基于DMA模式或中断模式工作
• 支持5  6  7  8位串行数据发送/接收
• 支持外部时钟作为UART的运行时钟
• 可编程的波特率
• 支持IrDA1.0
• 具有测试用的还回模式
• 每个通道都具有内部64字节的发送FIFO和64字节的接收FIFO

A/D转换和触摸屏接口

• 8通道多路复用ADC
• 最大500KSPS/10位精度
• 内部TFT直接触摸屏接口

看门狗定时器

• 16位看门狗定时器
• 在定时器溢出时发生中断请求或系统复位

IIC总线接口

• 1通道多主IIC总线
• 可进行串行，8位，双向数据传输，标准模式下数据传输速度可达100kbit/s，快速模式下课达到400

IIS总线接口

• 1通道音频IIS总线接口，可基于DMA方式工作
• 串行，每通道8/16位数据传输
• 发送和接收具备128字节（64字节+64字节）FIFO
• 支持IIS格式和MSB-justified数据格式

AC97音频解码器接口

• 略。。。

USB设备控制器

•            略。。。

SD接口

• 略。。。

SPI接口

• 略。。。

相机接口

• 略。。。