·刘洪涛《ARM Cortex处理器体系结构》PDF--华清远见

ARM Cortex系列处理器发 展与应用 刘洪涛 版权版权 } 华清远见嵌入式 培训 焊锡培训资料ppt免费下载焊接培训教程 ppt 下载特设培训下载班长管理培训下载培训时间表下载 中心版权所有； } 未经华清远见明确许可，不能为任何目的以任何形式复制 或传播此文档的任何部分； } 本文档包含的信息如有更改，恕不另行通知； } 保留所有权利。 ARM公司产品 } www.farsight.com.cn3 ARM体系结构的发展 4T Halfword and signed halfword / byte support System mode Thumb instruction set Improved ARM/Thumb Interworking CLZ Saturated arithmetic DSP multiply- accumulate instructions Extensions Jazelle (5TEJ) 5TE 6 SIMD Instructions Multi-processing v6 Memory architecture Unaligned data support Extensions Thumb-2 (6T2) TrustZone (6Z) Multicore (6K) Thumb only (6-M) 7 § Note that implementations of the same architecture can be different: § Cortex-A8 - architecture v7-A with a 13-stage pipeline § Cortex-A9 - architecture v7-A with an 8-stage pipeline Thumb-2 NEON TrustZone Architecture Profiles 7-A (Applications): NEON 7-R (Real-time): Hardware divide 7-M (Microcontroller): Hardware divide, Thumb-2 only ARM处理器的发展 www.farsight.com.cn5 ARM Cortex 系列处理器 处理器选择器 } http://www.arm.com/products/processors/selector.php www.farsight.com.cn7 如何分析比较ARM处理器（芯片） } 速度（主频、效率、多核、多发射） } 数据处理能力（浮点、除法、乘法、单指令多数 据流等） } 存储系统（mmu、cache、TCM、flash、内存、总 线架构） } 异常系统（中断、abort等） } 功耗（电源管理、制造 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 ）、能耗（W/MHz） } 外设（串口、can、pwm、usb、mac等） } 开发调试工具 } 成本、技术资料等其它因素 www.farsight.com.cn8 Cortex-M0处理器 www.farsight.com.cn9 § ARMv6-M Architecture § 16-bit Thumb-2 with system control instructions § Fully programmable in C § 3-stage pipeline § von Neuman architecture § AHB-Lite bus interface § Fixed memory map § 1-32 interrupts § Configurable priority levels § Non-Maskable Interrupt support § Low power support § Core configured with or without debug § Variable number of watchpoints and breakpoints Cortex-M0特点 } 能耗最低的最小 ARM 处理器 } Cortex-M0 的代码密度和能效优势意味着它是各种应用 中 8/16 位设备的自然高性价比换代产品，同时保留与功 能丰富的 Cortex-M3 处理器的工具和二进制向上兼容性 } Cortex-M0 处理器在不到 12 K 门的面积内能耗仅有 85 µW/MHz（0.085 毫瓦），所凭借的是作为低能耗技术的 领导者和创建超低能耗设备的主要推动者的无与伦比的 ARM 专门技术。 } 简单 } 指令只有 56 个，这样您便可以快速掌握整个 Cortex-M0 指令集（如果需要）；但其 C 语言友好体系结构意味着 这并不是必需的。可供选择的具有完全确定性的指令和 中断计时使得计算响应时间十分容易。 www.farsight.com.cn10 典型产品 } 主要厂商有： NXP、新唐（NuMicro家族） www.farsight.com.cn11 Cortex-M1处理器 Cortex M3 Total 60k* Gates § 采用ARMv6-M指令集架构 § 能执行所有Thumb代码 § 32位三级流水线结构 § Fully programmable in C § 3-stage pipeline § von Neuman architecture § 可配置的data and instruction TCMs § 独立的存储器和AHB-lite接口 § 1-32 interrupts § 可配置的嵌套向量中断控制器 § 无需授权费用或权益金 § 专门针对FPGA的应用实现而开发 Cortex-M1特点 } 在 FPGA 中使用 ARM Cortex-M1 的优点 } 全部使用 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 处理器体系结构 } 供应商独立性 - Cortex-M1 处理器支持所有主要 FPGA 供 应商 } 软件和工具可以在 FPGA 和 ASIC/ASSP 之间重用 } 从 FPGA 到 ASIC 的简单迁移路径 } 受最大的体系 - ARM Connected Community的支持 } 易于将 Cortex-M1 处理器 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 迁移到更新和最有效的 FPGA } 受可提供不同性能点解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的强大 ARM 处理器路线 图的支持 } ARM 体系结构已在数十亿 ARM Powered®设备中经过验 证 www.farsight.com.cn13 典型产品 } Actel（爱特） www.farsight.com.cn14 Cortex-M3处理器 Cortex M3 Total 60k* Gates Serial Wire Viewer § ARMv7-M Architecture § Thumb-2 only § Fully programmable in C § 3-stage pipeline § von Neumann architecture § Optional MPU § AHB-Lite bus interface § Fixed memory map § 1-240 interrupts § Configurable priority levels § Non-Maskable Interrupt support § Debug and Sleep control § Serial wire or JTAG debug § Optional ETM Cortex M3特点 } 提供更高的性能和更丰富的功能 } 是专门针对微控制器应用开发的主流 ARM 处理器。 } 性能和能效 } 具有高性能和低动态能耗，Cortex-M3 处理器提供领先的功效：在 90nmG 基础上为 12.5 DMIPS/mW。将集成的睡眠模式与可选的状 态保留功能相结合，Cortex-M3 处理器确保对于同时需要低能耗和 出色性能的应用不存在折衷。 } 全功能 } 该处理器执行 Thumb®-2 指令集以获得最佳性能和代码大小，包括 硬件除法、单周期乘法和位字段操作。Cortex-M3 NVIC 在设计时是 高度可配置的，最多可提供 240 个具有单独优先级、动态重设优先 级功能和集成系统时钟的系统中断。 } 丰富的连接 } 功能和性能的组合使基于 Cortex-M3 的设备可以有效处理多个 I/O 通道和协议标准， 如 USB OTG (On-The-Go)。 www.farsight.com.cn16 典型产品 } 主要厂商 } Atmel } EnergyMicro } Luminary（TI） } NXP } ST www.farsight.com.cn17 CORTEX-M4处理器 www.farsight.com.cn18 M3基础上强化了运算能力，新加了 浮点，DSP，并行计算等。 ARM希 望把Cortex-M4用于数字信号控制市 场，也就是既有微控制器的“控制”能 力，又有DSP的“处理”能力，主要应 用领域包括马达控制，电力与能源 管理，嵌入式音频处理（能听懂人 说话的智能洋娃娃？），以及工业 自动化。 Cortex-M系列处理器开发 } 开发环境 } Keil（RealView-MDK） } IAR } 开发工具 } Ulink2 } J-Link www.farsight.com.cn19 Cortex-M系列处理器开发（cont.） } CooCox介绍 } CooCox CoIDE为ARM Cortex M系列的开发者提供了一 套完整的集成开发环境，包括工程管理、编辑、编译工 具、调试器及一个开发者可以分享自己的代码和看法的 交流平台。 www.farsight.com.cn20 Cortex-M系列处理器开发（cont.） www.farsight.com.cn21 Cortex-M系列处理器开发（cont.） www.farsight.com.cn22 Cortex-M系列处理器开发（cont.） www.farsight.com.cn23 Cortex-M启动代码特点 } 全c方式 www.farsight.com.cn24 Cortex-M启动代码特点（cont.） } 汇编方式 www.farsight.com.cn25 Cortex-M的操作系统支持 } 基于MDK RTX } MDK RL—RTX和Cortex—M3都源自 ARM公司。ARM公司将其无缝整合在 MDK开发套件中，因此将RL—RTX 移植到Cortex-M3上非常适合。 } uC/OS-II } 注意：开源不免费 } http://micrium.com/page/downloads/port s目录下是对各个处理器移植的可下载 的地方 www.farsight.com.cn26 Cortex-R4处理器 } ARMv7-R Architecture } Hardware divide instructions } Thumb-2 support } 8-stage dual-issue pipeline } Dynamic Branch prediction } Return stack } Memory protection unit (MPU) } Non-maskable interrupt option } Configurable caches and TCMs } External DMA support } Optional parity error checking } v7 Debug architecture Cortex-R4特点 } Cortex™-R4 处理器是第一个基于 ARMv7-R 体系结构的深 层嵌入式实时处理器。它专用于大容量深层嵌入式片上系 统应用，如硬盘驱动器控制器、无线基带处理器、消费性 产品和汽车系统的电子控制单元。 } Cortex-R4 是为基于 90 nm 至 28 nm 的高级芯片工艺的实 现而设计的，此外其设计重点在于提升能效、实时响应性 、高级功能和使得系统设计更加容易。基于 40 nm G 工艺 ，Cortex-R4 可以实现以将近 1 GHz 的频率运行，此时它 可提供 1,500 Dhrystone MIPS 的性能。该处理器提供高度 灵活且有效的双周期本地内存接口，使 SoC 设计者可以最 大限度地降低系统成本和能耗。 www.farsight.com.cn28 典型产品 } 主要厂商 } Infineon（英飞凌） } 应用于医疗设备 } 博通 } 应用于蓝光播放器 www.farsight.com.cn29 Cortex-R系列处理器开发 } Cortex-R+RTOS } 如：OSEK实时操作系统 www.farsight.com.cn30 Cortex-A8处理器 } ARMv7-A Architecture } Thumb-2 } Thumb-2EE (Jazelle-RCT) } TrustZone extensions } Custom or synthesized design } MMU } 64-bit or 128-bit AXI Interface } L1 caches } 16 or 32KB each } Unified L2 cache } 0-2MB in size } 8-way set-associative § Optional features § VFPv3 Vector Floating-Point § NEON media processing engine§ Dual-issue, super-scalar 13-stage pipeline § Branch Prediction & Return Stack § NEON and VFP implemented at end of pipeline Cortex-A8特点 } ARM Cortex™-A8处理器基于 ARMv7 体系结构，能够将 速度从 600MHz 提高到 1GHz 以上。Cortex-A8 处理器可以 满足需要在 300mW 以下运行的移动设备的功率优化要求 ；以及需要 2000 Dhrystone MIPS 的消费类应用领域的性 能优化要求。 } 该处理器特别适合高性能应用领域。 } 频率从 600MHz 到 1GHz 及以上 } 高性能、超标量微体系结构 } 用于多媒体和 SIMD 处理的 NEON™技术 www.farsight.com.cn32 典型产品 } 主要厂商 } TI （德州仪器） } Omap3430 Cortex-A8核600MHz （诺基亚N96采用此芯片） } Omap3530 Cortex-A8核600MHz ARM+DSP双核 } Samsung（三星） } S5PC100 Cortex-A8核 600MHz (iPhone 3GS采用此芯片) } S5PC110/S5PV210 Cortex-A8核 1GHZ www.farsight.com.cn33 典型产品(cont.) } Freescale（飞思卡尔） } i.MX512/ i.MX513/ i.MX515 Cortex-A8核600MHz~1GHz （在多款上网本中得到应用） } Marvell（马维尔）： } PXA930 800MHz Cortex-A8核 } ARMADA 500/600/1000系列 Sheeva PJ4核心 1GHz~1.2GHz（支持ARMv7指令集，架构异同） } Qualcomm（高通）： } QSD8650A/ QSD8672（Snapdragon系列） 1.3G~1.5G scorpion核心（支持ARMv7指令，架构异同） www.farsight.com.cn34 Cortex-A9处理器 } ARMv7-A Architecture } Thumb-2, Thumb-2EE } TrustZone support } Variable-length Multi-issue pipeline } Register renaming } Speculative data prefetching } Branch Prediction & Return Stack } 64-bit AXI instruction and data interfaces } TrustZone extensions } L1 Data and Instruction caches } 16-64KB each } 4-way set-associative 典型产品(cont.) } Nvidia（英伟达）： } Tegra2 Cortex-A9核 } 它可以支持非常强劲的1080P高清播放能力、3D播放能力，视觉 体验非常出色 } TI } OMAP4430 } OMAP 4440最大的特色就是采用双ARM Cortex A9核心，运行频 率为1.5GHz。 OMAP 4440将可以使Web浏览等应用的性能得到 显著提高。至少会比现有的A8处理器性能改善50%以上。 www.farsight.com.cn36 摩托罗拉XOOM平板电 脑双核心的Tegra 2处理 器、 Android 3.0系统 摩托罗拉XOOM平板电 脑双核心的Tegra 2处理 器、 Android 3.0系统 Cortex-A5处理器（1~4） www.farsight.com.cn37 ARM Cortex™-A5处 理器是能效最高、成本最 低的处理器，能够向最广 泛的设备提供 Internet 访 问：从超低成本的手机、 特色手机和智能移动设备 到普遍采用的嵌入式、消 费类和工业设备。 Cortex-A5 是最小的 Cortex-A 处理器 Cortex-A15处理器（1~4） www.farsight.com.cn38 最高主频2.5G，广泛适 用于下一代智能手机、 平板机、大屏幕移动计 算设备、高端数字家庭 娱乐终端、无线基站等 Cortex-A系列处理器开发 } 开发工具 } RVDS+RVI+RVT } Cortex-A+操作系统 } Linux } android } Windows/CE、Mobile、phone } Windows7 } Iphone } Webos } …… www.farsight.com.cn39 刘洪涛 lht@farsight.com.cn