基于ARM體系看嵌入式處理器的發(fā)展_優(yōu)秀論文

1、 基于ARM體系看嵌入式處理器的發(fā)展摘 要：隨著科技的巨大進(jìn)步, 嵌入式技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越成熟, 嵌入式處理器逐漸成為應(yīng)用的主流, 并且有逐漸占領(lǐng)中高端市場(chǎng)的趨勢(shì)。本文介紹ARM體系的歷史以及發(fā)展過(guò)程, ARM體系的指令集, 嵌入式處理器, 同時(shí)在ARM體系中看到嵌入式處理器的優(yōu)勢(shì)所在, 以及未來(lái)發(fā)展的潛力以及挑戰(zhàn)?！娟P(guān)鍵詞】ARM體系指令集 ARM體系 嵌入式處理器嵌入式技術(shù)的高速發(fā)展, 另嵌入式處理器已經(jīng)深入到許多領(lǐng)域當(dāng)中, 例如：計(jì)算機(jī)技術(shù), 微電子技術(shù), 網(wǎng)絡(luò)以及通訊信息等領(lǐng)域。ARM嵌入式處理器以及其完整的發(fā)展系列, 其具有體積小, 功率損耗低, 高性能, 低成本的優(yōu)勢(shì), 以及按對(duì)象所

2、需不同功能及時(shí)嵌入擴(kuò)展模塊的實(shí)用性。因此, ARM嵌入式處理器的成長(zhǎng)以及潛力巨大, 但同時(shí)更高的性能要求, 將是很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。1 ARM體系的歷史和和發(fā)展1978年12月, CPU公司在英國(guó)劍橋創(chuàng)辦, 當(dāng)時(shí)主要業(yè)務(wù)是為當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)供應(yīng)電子設(shè)備。1979年, CPU公司更名為Acorn計(jì)算機(jī)公司。1985年, 第一代32位, 6MHz的處理器ARM誕生.精簡(jiǎn)指令計(jì)算機(jī)的英文縮寫是RISC, 其支持簡(jiǎn)單的指令, 同時(shí)功率損耗很小, 成本低, 尤其適合移動(dòng)的設(shè)備。20世紀(jì)90年代初期, ARM 32位嵌入式RISC處理器發(fā)展到世界范圍, 得到各界的認(rèn)可。因其優(yōu)勢(shì)明顯, 占領(lǐng)了低耗能、低成本和高性能的嵌

3、入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的大部分市場(chǎng)。但ARM公司不生產(chǎn)營(yíng)銷芯片, 它只傳播芯片技術(shù)以及授權(quán)給生產(chǎn)商。ARM體系的代表ARM7、ARM9、ARM11等, ARM7系列的程序指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是存儲(chǔ)合并在一起的；而ARM9、ARM11系列的程序指令存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是分離的, 也就是說(shuō)采用哈弗結(jié)構(gòu)。ARM9、ARM11的性能要比ARM7的要高, 跑操作系統(tǒng)建議不用ARM7系列。2 ARM體系指令集CPU 的指令集要有分層思想, 才能很好地實(shí)現(xiàn)軟件與硬件的結(jié)合。一方面, 指令集跟編譯器要很好地兼容；另一方面, 要使硬件的設(shè)計(jì)得到實(shí)現(xiàn)。ARM是代表性的RISC體系, 而RISC的設(shè)計(jì)思想要求指令集簡(jiǎn)單, 簡(jiǎn)

4、潔。與CISC體系比較, RISC體系具有很明顯的優(yōu)勢(shì), 其可以通過(guò)容易的指令實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。ARM的指令集包括分支指令, 數(shù)據(jù)處理指令, 狀態(tài)寄存轉(zhuǎn)移指令, 協(xié)處理指令, 異常處理指令, LOAD-STORE數(shù)據(jù)移動(dòng)指令這6種典型指令。ARM指令集是非常實(shí)用, 優(yōu)秀的指令集, 它有以下的幾個(gè)特點(diǎn)：（1）ARM指令都是32位定長(zhǎng), 有4 byte內(nèi)存邊界保存, 因此流水線和譯碼電路更容易實(shí)現(xiàn)。（2）ARM指令集可以壓縮成十六位Thumb 指令集形式, 因此可以減低損耗以及獲得更高的代碼密度。（3）LOAD-STORE框架。只有這種類別的指令可以訪問(wèn)內(nèi)部?jī)?chǔ)存器, 也可以轉(zhuǎn)移寄存器和內(nèi)部?jī)?chǔ)存器的數(shù)

5、據(jù)、地址, 而其他的指令沒(méi)有著種功能。（4）STM和LD指令, 當(dāng)發(fā)生中斷處理時(shí), 能把寄存器中的數(shù)據(jù)等內(nèi)容保護(hù)到堆棧中。由以上的特點(diǎn)可知, ARM指令集的方便性, 簡(jiǎn)單性適用于匯編語(yǔ)言的設(shè)計(jì), 此外, 還有利于高級(jí)語(yǔ)言編譯器的開發(fā)。3 嵌入式處理器自微型處理器的問(wèn)世至今, 嵌入式系統(tǒng)飛速的發(fā)展, 嵌入式處理器直接關(guān)系到整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的機(jī)能的優(yōu)越性。如今世界上具有嵌入式功能特點(diǎn)的處理器已經(jīng)不少于1000種, 比較盛行體系結(jié)構(gòu)包含MPU, MCU等多個(gè)系列。嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵是其處理器, 是輔助、控制系統(tǒng)運(yùn)行的硬件基礎(chǔ)。其應(yīng)用領(lǐng)域極其廣, 從起先應(yīng)用的4位處理器, 到近年仍在大量應(yīng)用的8位單片機(jī),

6、 再到現(xiàn)在越來(lái)越受歡迎的32位, 64位嵌入式CPU。嵌入式處理器作為嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵, 其擔(dān)任著控制系統(tǒng)正確、高效運(yùn)行的重要任務(wù), 讓該設(shè)備智能化和使用操作簡(jiǎn)便。嵌入式處理器具有的特點(diǎn)：（1）能實(shí)時(shí)多任務(wù)處理；（2）存儲(chǔ)區(qū)的保護(hù)功能；（3）有可擴(kuò)展的微處理器結(jié)構(gòu)；（4）很強(qiáng)的中斷處理能力；（5）低功率損耗。4 從ARM體系看嵌入式處理器的前景及我國(guó)的未來(lái)發(fā)展嵌入式處理器主要應(yīng)用在PC機(jī)上, 從ARM體系可看到它的發(fā)展趨勢(shì), 以及我國(guó)集成電路發(fā)展的前進(jìn)方向。（1）嵌入式處理器領(lǐng)域都普遍要求設(shè)計(jì)時(shí)間周期短, 性能高, 功率損耗低。根據(jù)這個(gè)要求, CISC體系要想達(dá)到這些要求比較難, 比如Inte

7、l的P4處理器, 功率損耗低達(dá)55W, 其內(nèi)部設(shè)計(jì)、測(cè)試難度大。而RISC體系恰有上述的優(yōu)點(diǎn), 因此ARM體系的嵌入式處理器在其領(lǐng)域有絕對(duì)性的優(yōu)勢(shì)。（2）目前集成電路發(fā)展趨勢(shì)是以軟硬件共同設(shè)計(jì)和超微型系統(tǒng)芯片為主, 實(shí)際上, 系統(tǒng)芯片（SOC）上要集成多個(gè)微型處理器, 這給SOC的設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的技術(shù)難度。ARM體系為客戶提供許多技術(shù)成熟并大眾化的RISC處理器核, 同時(shí)減少SOC芯片的上市時(shí)間, 占領(lǐng)市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。例如GSM移動(dòng)通信處理芯片等, 在嵌入式處理器領(lǐng)域方面有一定的地位。（3）就目前我國(guó)的集成電路還處在飛躍發(fā)展時(shí)期, 要想和Intel等巨頭抗衡是不現(xiàn)實(shí)的, 但在嵌入式處理領(lǐng)域, 因其應(yīng)用性領(lǐng)域廣泛, 我認(rèn)為還是有所作為的。國(guó)家應(yīng)該鼓勵(lì)并成立一些高水平的的集成電路公司, 利用我國(guó)的人才優(yōu)勢(shì), 自主研發(fā)具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的RISC處理器核, 并大量推廣于市場(chǎng), 提高市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力, 這樣我們?cè)谇度胧教幚砥黝I(lǐng)域?qū)?huì)有所成就。5 結(jié)束語(yǔ)本文從ARM體系在看待嵌入式發(fā)展的的趨勢(shì)和方向, 首先介紹ARM體系的發(fā)展過(guò)程, ARM體系的指令集, 嵌入式處理器, 與此同時(shí)分析ARM體系中嵌入式處理器的優(yōu)勢(shì)所在, 以及我國(guó)未來(lái)在嵌入式創(chuàng)新, 研發(fā)的方向