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ARM9嵌入式系统硬件设计指南.pdf

发布时间：2022-06-25 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：6.01M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    第1章 嵌入式系统概述
    1.1 嵌入式系统
    1.1.1 现实中的嵌入式系统
    1.1.2 嵌入式系统的定义特点
    1.1.3 嵌入式系统的技术前沿
    1.2 嵌入式处理器
    1.2.1 嵌入式处理器介绍
    1.2.2 嵌入式微处理器分类
    1.3 ARM简介
    1.3.1 RISC结构特性
    1.3.2 常用ARM处理器
    第2章 I.MX28系列ARM9处理器介绍
    2.1 I.MX28系列ARM9简介
    2.1.1 I.MX28概述
    2.1.2 I.MX28性能特色
    2.2 I.MX28系列ARM9器件选型信息
    2.3 I.MX28系列ARM9的功能框
    第3章 EasyARM-i.MX283(7)A快速入门
    3.1 EasyARM-i.MX283(7)A简介
    3.1.1 产品图片
    3.1.2 产品特性
    3.1.3 EasyARM-i.MX283A与EasyARM-i.MX287A资源对比表
    3.1.4 EasyARM-i.MX283(7)A的积木塔式结构
    3.1.5 EasyARM-i.MX283(7)A配套的产品生态链
    3.2 EasyARM-i.MX283(7)A使用指南
    3.2.1 开发必备工具
    1． 电源接头
    2． 网线
    3． TF卡
    4． USB转串口线
    5． TFT液晶
    3.2.2 EasyARM-i.MX283(7)A机械尺寸
    3.2.3 EasyARM-i.MX283(7)A组装
    1． 安装M2铜柱
    2． 安装FFC柔性连接线
    3． 固定液晶屏
    4． 液晶屏安装铁框
    5． 液晶屏面板设计
    3.3 EasyARM-i.MX283(7)A管脚说明
    3.3.1 指示灯说明
    3.3.2 调试串口与启动功能配置
    3.3.3 IDC接口定义说明
    3.3.4 IDC-A接口默认功能说明
    3.3.5 IDC-B接口默认功能说明
    3.3.6 IDC-A/B接口复用功能说明
    1. 可复用SPI功能
    2. 可复用I2S功能
    3. 可复用I2C功能
    4. 可复用UART功能
    5. 可复用PWM功能
    3.3.7 10/100M以太网接口
    3.3.8 MicroUSB接口
    3.3.9 USB Host接口
    3.3.10 TFT液晶FFC连接器接口
    3.3.11 JTAG接口
    3.3.12 TF卡接口
    3.4 EasyARM-i.MX283(7)A性能参数
    3.4.1 系统功耗
    3.4.2 系统主要性能配置
    第4章 EasyARM-i.MX283(7)A硬件电路分析
    4.1 EasyARM-i.MX283(7)A系统框图
    4.2 启动配置说明
    4.3 系统时钟电路设计
    4.4 电源电路设计
    4.4.1 总系统电源电路设计
    4.4.2 5V电源
    4.4.3 4.2V电源
    4.4.4 3.3V电源
    4.4.5 i.MX28 内部PMU介绍
    4.4.6 i.MX28采用5V单独供电
    4.4.7 i.MX28采用4.2V（DCDC_BATT）单独供电
    4.4.8 电池供电应用
    4.4.9 EasyARM-i.MX283(7)A默认供电方案
    4.5 存储器电路设计
    4.5.1 NAND Flash电路设计
    4.5.2 DDR2电路设计
    4.6 复位电路设计
    4.6.1 看门狗复位电路
    4.6.2 按键复位及5V关断电路
    4.7 USB电路设计
    4.7.1 USB Host电路
    4.7.2 USB Device电路设计
    4.8 以太网接口电路设计
    4.8.1 以太网收发器电路
    4.8.2 以太网变压器电路
    4.9 TF卡接口电路设计
    4.10 LCD接口电路设计
    4.11 蜂鸣器电路设计
    4.12 RTC电路设计
    4.13 i.MX28硬件设计检查事项
    第5章 嵌入式SoC开发
    5.1 嵌入式SoC
    5.1.1 嵌入式SoC设计思想
    5.1.2 嵌入式SoC设计重用技术
    5.2 跳过“0”阶段设计
    5.2.1 MiniARM M28A嵌入式工控核心板
    1． MiniARM M28A 产品特征
    2． MiniARM M28A 命名规则及选型
    5.2.2 EPC 嵌入式工控机
    1． EPC-283/ EPC-287 产品特征
    广州致远电子股份有限公司(www.zlg.cn)/广州周立功单片机科技有限公司(www.zlgmcu.com) 目 录 2.1 3.2 3.3 1.2 1.3 2.2 2.3 3.1 1.1 2.1.1 2.1.2 第 1 章 嵌入式系统概述 ·································································································· 1 嵌入式系统 ···················································································································· 1 1.1.1 现实中的嵌入式系统 ····························································································· 1 1.1.2 嵌入式系统的定义特点 ························································································· 1 1.1.3 嵌入式系统的技术前沿 ························································································· 2 嵌入式处理器 ················································································································ 3 1.2.1 嵌入式处理器介绍 ································································································· 3 1.2.2 嵌入式微处理器分类 ····························································································· 3 ARM 简介 ······················································································································ 4 RISC 结构特性 ······································································································· 5 1.3.1 1.3.2 常用 ARM 处理器 ·································································································· 5 第 2 章 I.MX28 系列 ARM9 处理器介绍 ········································································ 8 I.MX28 系列 ARM9 简介 ······························································································ 8 I.MX28 概述 ··········································································································· 8 I.MX28 性能特色 ··································································································· 8 I.MX28 系列 ARM9 器件选型信息 ··············································································· 9 I.MX28 系列 ARM9 的功能框 ···················································································· 10 第 3 章 EasyARM-i.MX283(7)A 快速入门 ···································································· 12 EasyARM-i.MX283(7)A 简介 ······················································································ 12 3.1.1 产品图片 ·············································································································· 12 3.1.2 产品特性 ·············································································································· 12 EasyARM-i.MX283A 与 EasyARM-i.MX287A 资源对比表 ······························ 13 3.1.3 EasyARM-i.MX283(7)A 的积木塔式结构 ··························································· 14 3.1.4 EasyARM-i.MX283(7)A 配套的产品生态链 ······················································· 14 3.1.5 EasyARM-i.MX283(7)A 使用指南 ·············································································· 16 3.2.1 开发必备工具 ······································································································· 16 EasyARM-i.MX283(7)A 机械尺寸 ······································································ 19 3.2.2 EasyARM-i.MX283(7)A 组装 ·············································································· 19 3.2.3 EasyARM-i.MX283(7)A 管脚说明 ·············································································· 24 3.3.1 指示灯说明 ··········································································································· 24 3.3.2 调试串口与启动功能配置 ··················································································· 24 IDC 接口定义说明 ······························································································· 25 3.3.3 IDC-A 接口默认功能说明 ··················································································· 26 3.3.4 IDC-B 接口默认功能说明 ··················································································· 27 3.3.5 IDC-A/B 接口复用功能说明 ··············································································· 28 3.3.6 10/100M 以太网接口 ··························································································· 30 3.3.7 3.3.8 MicroUSB 接口 ···································································································· 30 USB Host 接口 ····································································································· 31 3.3.9 TFT 液晶 FFC 连接器接口 ·················································································· 31 3.3.10 JTAG 接口 ············································································································ 33 3.3.11 TF 卡接口 ············································································································· 33 3.3.12 EasyARM-i.MX283(7)A 性能参数 ·············································································· 34 3.4 i
    广州致远电子股份有限公司(www.zlg.cn)/广州周立功单片机科技有限公司(www.zlgmcu.com) 4.5 4.6 4.1 4.2 4.3 4.4 3.4.1 系统功耗 ·············································································································· 34 3.4.2 系统主要性能配置 ······························································································· 34 第 4 章 EasyARM-i.MX283(7)A 硬件电路分析 ···························································· 36 EasyARM-i.MX283(7)A 系统框图 ·············································································· 36 启动配置说明 ·············································································································· 36 系统时钟电路设计 ······································································································· 38 电源电路设计 ·············································································································· 39 4.4.1 总系统电源电路设计 ··························································································· 39 5V 电源 ················································································································· 39 4.4.2 4.2V 电源 ·············································································································· 39 4.4.3 3.3V 电源 ·············································································································· 40 4.4.4 i.MX28 内部 PMU 介绍 ······················································································ 40 4.4.5 i.MX28 采用 5V 单独供电 ··················································································· 41 4.4.6 i.MX28 采用 4.2V（DCDC_BATT）单独供电 ··················································· 42 4.4.7 4.4.8 电池供电应用 ······································································································· 43 EasyARM-i.MX283(7)A 默认供电方案 ······························································· 45 4.4.9 存储器电路设计 ··········································································································· 45 NAND Flash 电路设计 ························································································· 45 DDR2 电路设计 ··································································································· 47 复位电路设计 ·············································································································· 47 4.6.1 看门狗复位电路 ··································································································· 47 4.6.2 按键复位及 5V 关断电路 ···················································································· 48 USB 电路设计 ·············································································································· 49 USB Host 电路 ····································································································· 49 USB Device 电路设计 ·························································································· 50 以太网接口电路设计 ··································································································· 50 4.8.1 以太网收发器电路 ······························································································· 51 4.8.2 以太网变压器电路 ······························································································· 53 TF 卡接口电路设计 ····································································································· 54 LCD 接口电路设计 ······································································································ 55 蜂鸣器电路设计 ··········································································································· 56 RTC 电路设计 ·············································································································· 57 i.MX28 硬件设计检查事项·························································································· 58 第 5 章 嵌入式 SoC 开发································································································ 61 嵌入式 SoC ·················································································································· 61 5.1.1 嵌入式 SoC 设计思想 ·························································································· 61 5.1.2 嵌入式 SoC 设计重用技术 ·················································································· 61 跳过“0”阶段设计 ····································································································· 62 5.2.1 MiniARM M28A 嵌入式工控核心板 ·································································· 62 EPC 嵌入式工控机 ······························································································ 64 5.2.2 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.7 4.8 5.1 5.2 4.5.1 4.5.2 4.7.1 4.7.2 ii
    广州致远电子股份有限公司(www.zlg.cn)/广州周立功单片机科技有限公司(www.zlgmcu.com) 第1章 嵌入式系统概述 1.1 嵌入式系统 嵌入式计算机系统的出现，是现代计算机发展史上的里程碑。嵌入式系统诞生于微型计算 机时代，与通用计算机的发展道路完全不同，形成了独立的单芯片的技术发展道路。由于嵌入 式系统的诞生，现代计算机领域中出现了通用计算机与嵌入式计算机的两大分支。通用计算机 按照高速、海量的技术发展；嵌入式计算机系统则为满足对象嵌入式智能化控制要求发展。不 可兼顾的技术发展道路，造成了两大分支的相对独立。经独立的分工发展，20 世纪末，现代计 算机的两大分支都得到了迅猛的发展。 经过十几年的发展，嵌入式系统已经在很大程度改变了人们的生活、工作和娱乐方式，而 且这些改变还在加速。嵌入式系统具有无数的种类，每种都具有自己独特的结构和功能。例如， MP3、数码相机与打印机就有很大的不同。 1.1.1 现实中的嵌入式系统 嵌入式系统多“嵌入”在产品内部，即使不可见，但几乎无处不在。嵌入式系统在很多产 业中得到了广泛的应用并逐步改变着这些产业，包括工业自动化、国防、运输和航天领域。例 如神舟飞船和长征火箭中有很多嵌入式系统，导弹的制导系统也是嵌入式系统，高档汽车中也 有多达几十个嵌入式系统。 在日常生活中，人们使用各种嵌入式系统，但未必知道它们。图 1-1 就是一些生活中比较 常见的嵌入式系统。事实上，几乎所有带有一点“智能”的家电（全自动洗衣机、电脑电饭煲„„） 都是嵌入式系统。嵌入式系统广泛的适应能力和多样性，使得视听、工作场所甚至健身设备中 到处都有嵌入式系统。 图 1-1 常见的嵌入式系统应用实例 1.1.2 嵌入式系统的定义特点 嵌入式系统诞生于微型计算机，是嵌入到对象体系中，实现对象智能化的微型计算机。由 于通用计算机无法满足绝大多数对象体在体积、价位及可靠性等方面的要求，因此，嵌入式系 统迅速走上了独立发展的单片机道路。首先是将计算机芯片化集成为单片微型计算机（SCMP）， 其后，为满足对象体系的应用要求，单片机不断从单片微型计算机向微控制器（MCU）与片上 系统（SoC）发展。但无论怎样发展变化，都改变不了“微计算机”、“嵌入到对象体系中”、“满 足对象智能化控制要求”的技术本质。 1 DC
    广州致远电子股份有限公司(www.zlg.cn)/广州周立功单片机科技有限公司(www.zlgmcu.com) 因此，我们可以将嵌入式系统定义成：“嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统”。 随着网络、通信时代的到来，不少嵌入式系统形成了一些独立的应用产品，如手机、PDA、 MP3、数码伴侣等，这些产品没有像电视机、电冰箱、空调、洗衣机、汽车等那样明显的嵌入 对象，这时嵌入式系统定义中的“嵌入到对象体系中”含义，可以广义地理解成“內嵌有计算 机”的含义。 1. 嵌入式系统的特点 按照嵌入式系统的定义，嵌入式系统有 3 个基本特点，即“嵌入性”、“专用性”与“计算 机”。 “嵌入性”由早期微型机时代的嵌入式计算机应用而来，专指计算机嵌入到对象体系中， 实现对象体系的智能控制。当嵌入式系统变成一个独立应用产品时，可将嵌入性理解为内部嵌 有微处理器或计算机。 “计算机”是对象系统智能化控制的根本保证。随着单片机向 MCU、SoC 发展，片内计算 机外围电路、接口电路、控制单元日益增多，“专用计算机系统”演变成为“内含微处理器”的 现代电子系统。与传统的电子系统相比较，现代电子系统由于内含微处理器，能实现对象系统 的计算机智能化控制能力。 “专用性”是指在满足对象控制要求及环境要求下的软硬件裁剪性。嵌入式系统的软、硬 件配置必须依据嵌入对象的要求，设计成专用的嵌入式应用系统。 2. 嵌入式系统的相关技术 嵌入式系统应是计算机的一个重要分支。但是，作为一个重要的计算机工具，有不断完善 的基础技术与在各个领域中的应用技术，并且依靠着多学科，如计算机学科、电子技术学科、 微电子学科、集成电路设计等的交叉与综合。 1.1.3 嵌入式系统的技术前沿 目前，无论是嵌入式系统基础器件、开发手段，还是应用对象，都有了很大变化。无论是 从事 8 位、16 位、32 位的嵌入式系统应用，都应该了解嵌入式系统的技术前沿。这些技术前沿 体现了嵌入式系统应用的一些基本观念，它们是：基于集成开发环境的应用开发、应用系统的 用户 SoC 设计、操作系统的普遍应用、普遍的网络接入、先进的电源技术以及多处理器 SoC 技 术。 早在 1990 年之前，嵌入式系统通常是很简单的且具有很长的产品生命周期的自主设备。近 些年来，嵌入式工业经历了巨大的变革。  产品市场窗口现在预计翻番的周期狂热到 6～9 个月；  全球重新定义市场的机会和膨胀的应用空间；  互联网现在是一个刚性需求而不是辅助性的，包括用有线和无线技术；  基于电子的产品更复杂化；  互联嵌入式系统产生新的依赖网络基础设施的应用；  微处理器的处理能力按莫尔定律（Moore’s L aw）预计的速度在增加。该定律认为集 成电路和晶体管个数每 18 个月翻一番。 如果说过去的趋势能指明未来，那么随着技术的革新，嵌入式软件将继续增加新的应用， 并产生更加灵巧的产品种类。根据人们对于自身虚拟运行设备的消费要求增加而不断壮大的市 场，以及由 Internet 创造的无限的机会，嵌入式系统将不断地重新塑造未来的世界。 2
    广州致远电子股份有限公司(www.zlg.cn)/广州周立功单片机科技有限公司(www.zlgmcu.com) 1.2 嵌入式处理器 1.2.1 嵌入式处理器介绍 普通个人计算机（PC）中的处理器是通用目的的处理器。它们的设计非常丰富，因为这些 处理器提供全部的特性和广泛的功能，故可以用于各种应用中。使用这些通用处理器的系统有 大量的应用编程资源。例如，现代处理器具有内置的内存管理单元（MMU），提供内存保护和 多任务能力的虚存和操作系统。这些通用的处理器具有先进的高速缓存逻辑。许多这样的处理 器具有执行快速浮点运算的内置数学协处理器。这些处理器提供接口，支持各种各样的外部设 备。这些处理器能源消耗大，产生的热量高，尺寸也大。其复杂性意味着这些处理器的制造成 本昂贵。在早期，嵌入式系统通常用通用目的的处理器建造。 近年来，随着微处理器制造技术的发展，越来越多的嵌入式系统用嵌入式处理器建造，而 不是用通用处理器。这些嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的处理器。 一类嵌入式处理器注重尺寸、能耗和价格。因此，某些嵌入式处理器限定其功能，即处理 器对于某类应用足够好，而对于其他类的应用可能就不够好了。这就是为何许多的嵌入式处理 器没有太高的 CPU 速度的原因。例如，为个人数字助理（PDA）设备选择的就没有浮点协处理 器，因为浮点运算没有必要。这些处理器可以是 16 bit 地址体系结构，而不是 32 bit 的；处理 器可以是 200MHz CPU 频率，因为应用的主要特性是交互和显示密集性的，而不是计算密集性 的。这类嵌入式处理器很小，因为整个 PDA 装置尺寸很小并能放在手掌上。限制功能意味着降 低能耗并延长电池供电时间。更小的尺寸可降低处理器的制造成本。 另一类嵌入式处理器更关注性能。这些处理器功能很强，并用先进的芯片设计技术包装， 如先进的管道线和并行处理体系结构。这些处理器设计满足那些用通用目的处理器难以达到的 密集性计算的应用需求。新出现的高度特殊的高性能的嵌入式处理器，包括为网络设备和电信 工业开发的网络处理器。总之，系统和应用速度是人们关心的主要问题。 还有一类嵌入式处理器关注全部 4 个需求——性能、尺寸、能耗和价格。例如，摄像机中 的嵌入式数字信号处理器（DSP）具有特殊性的计算单元、内存中的优化设计、寻址和带多个 处理能力的总线体系结构，这样 DSP 可以非常快地实时执行复杂的计算。在同样的时钟频率下， DSP 执行数字图像信号处理要比通用的处理器速度快若干倍，这就是在摄像机的设计上用 DSP 而不用通用的处理器的原因。并且 DSP 具有非常快的速度和强大的嵌入式处理器，其价格是相 当合适的，使得摄像机的整体价格具有相当的竞争力。 1.2.2 嵌入式微处理器分类  嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU) 嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的 CPU。在应用中，将微处理器装配在专门设计的 电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，这样可以大幅度减小系统体积和功耗。为了 满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，但 在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。 和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点， 但是在电路板上必须包括 ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠 性，技术保密性也较差。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路板上，称 为单板计算机。如 STD-BUS、PC104 等。近年来，德国、日本的一些公司又开发出了类似“火 柴盒”式名片大小的嵌入式计算机系列 OEM 产品。 嵌入式处理器目前主要有 Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM 系列等。 3
    广州致远电子股份有限公司(www.zlg.cn)/广州周立功单片机科技有限公司(www.zlgmcu.com)  嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU) 嵌入式微控制器又称单片机，顾名思义，就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。嵌入 式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成 ROM/EPROM、RAM、总线、 总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、 EEPROM 等各种必要功能和外设。为适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多种衍 生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。这样 可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功耗和成本。 和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成 本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般 比较丰富，适合于控制，因此称微控制器。 嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通用系列包括 8051、P51XA、 MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300、数目众多 ARM 芯片等。 目前 MCU 占嵌入式系统约 70％的市场份额。  嵌入式 DSP 处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP) DSP 处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行 DSP 算法，编译效率较高， 指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT、谱分析等方面 DSP 算法正在大量进入嵌入式领域， DSP 应用正从在通用单片机中以普通指令实现 DSP 功能，过渡到采用嵌入式 DSP 处理器。 嵌入式 DSP 处理器比较有代表性的产品是 Texas Instruments 的 TMS320 系列和 Motorola 的 DSP56000 系列。TMS320 系列处理器包括用于控制的 C2000 系列，移动通信的 C5000 系列， 以及性能更高的 C6000 和 C8000 系列。DSP56000 目前已经发展成为 DSP56000，DSP56100， DSP56200 和 DSP56300 等几个不同系列的处理器。另外 PHILIPS 公司近年也推出了基于可重 置嵌入式 DSP 结构低成本、低功耗技术上制造的 R. E. A. L DSP 处理器，特点是具备双 Harvard 结构和双乘/累加单元，应用目标是大批量消费类产品。  嵌入式片上系统(System On Chip) 随着 EDI 的推广和 VLSI 设计的普及化及半导体工艺的迅速发展，在一个硅片上实现一个 更为复杂的系统的时代已来临，这就是 System On Chip(SOC)。各种通用处理器内核将作为 SOC 设计公司的标准库，和许多其它嵌入式系统外设一样，成为 VLSI 设计中一种标准的器件，用 标准的 VHDL 等语言描述，存储在器件库中。用户只需定义出其整个应用系统，仿真通过后 就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。这样除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统 大部分均可集成到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，对于减小体积和功耗、 提高可靠性非常有利。 SOC 可以分为通用和专用两类。通用系列包括 Infineon 的 TriCore，Motorola 的 M-Core， 某些 ARM 系列器件，Echelon 和 Motorola 联合研制的 Neuron 芯片等。专用 SOC 一般专用于某 个或某类系统中，不为一般用户所知。一个有代表性的产品是 Philips 的 Smart XA，它将 XA 单片机内核和支持超过 2048 位复杂 RSA 算法的 CCU 单元制作在一块硅片上，形成一个可加 载 JAVA 或 C 语言的专用的 SOC，可用于公众互联网如 Internet 安全方面。 1.3 ARM 简介 ARM 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。 4
    广州致远电子股份有限公司(www.zlg.cn)/广州周立功单片机科技有限公司(www.zlgmcu.com) 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、Freescale、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。 1.3.1 RISC 结构特性 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：  具有大量的通用寄存器；  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；  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；  使用统一和固定长度的指令格式。 此外，ARM 体系结构还提供：  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； load/store 指令可以批量传输数据，从而实现了最大数据吞吐量；  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；   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。 1.3.2 常用 ARM 处理器 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、Cortex-A8 系列、Cortex-A9 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. CortexTM-M3 处理器 ARM CortexTM-M3 处理器是一个面向低成本，小管脚数目以及低功耗应用，并且具有极高 运算能力和中断响应能力的一个处理器内核。其问世于 2006 年，第一个推向市场的是美国 LuminaryMicro 半导体公司的 LM3S 系列 ARM。 CortexTM-M3 处理器采用了纯 Thumb2 指令的执行方式，使得这个具有 32 位高性能的 ARM 内核能够实现 8 位和 16 位处理器级数的代码存储密度，非常适用于那些只需几 K 存储器的 MCU 5
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