嵌入式处理器的体系架构与内核.docx

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1、嵌入式处理器的体系架构与内核嵌入式系统已经广泛地应用到当今各个领域,与我们的生活息息相关，小到掌上的数字产品,大到汽车、航天飞机。提到嵌入式系统我们很快会联想到单片机,不错，侬是最基础和常用的嵌入式系统，但是目前像皿、ARM.暨、M1PS等其他嵌入式系统应用越来越广泛。嵌入式系统与模拟电路或其他功能电路组成的SOC（SystemonChip,片上系统）或SiP（SysteminPackage,系统级封装）在手机、机顶盒等功能复杂的产品上的应用也越来越多。总的来说，嵌入式系统发展呈现如下特点：由8位处理向32位过渡，由单核向多核过渡，向网络化功能发展,MCU、FPGA.ARM、DSP等齐头并进，

2、嵌入式操作系统呈多元化趋势,所有的嵌入式处理器都是基于一定的架构的，即IP核（InteIIeCtUaIProperty,知识产权），生产处理器的厂家很多，但拥有IP核的屈指可数。有自己的IP核，光靠卖IP核即可坐拥城池。嵌入式系统的架构有专有架构和标准架构之分，在MCU（微控制器）产品上，像瑞萨（Renesas）、飞思卡尔（FreeSCaIe）、NEC都拥有自己得专有IP核，而其他嵌入式通器都是基于标准架构。嵌入式处理器的体系架构与内核详解当我们谈及嵌入式处理器的体系架构时,一般都是想到Inte1的X86架构和ARM公司的ARM架构。X86架构和ARM架构最大的不同点就是使用的指令集不同，前者

3、使用的C1SC指令集，后者使用的是R1SC指令集,还有一点就是X86架构使用的是冯诺依曼结构，ARM架构既使用冯诺依曼结构，也使用哈佛结构（已经成了一种趋势）。何为架构？这两个字看起来很简单，不就是“骨架+结构”，但是个人觉得并不好理解。百度上把架构分为逻辑架构，物理架构和系统架构。对于处理器，当起发展到一定程度时，这种物理架构不会有很大的变化。以CPU为例,它主要由逻辑部件+寄谴部件+控制部件组成，这种结构在发展稳定之后，就不会有大多的改变。那么人们常说的架构版本更新主要体现在哪里呢？指令集。当然还有如存储器管理特性改进等因素，以ARM处理器架构为例，如图1为其进化史。Examp1esArc

4、hitecturev4v4T曰ARM7TDMI,920T,Inte1StrongARMArchitecturev5r5EARM926.946.966.Inte1XScaIe可以看到其架构一路从V477版本,Architecturev6ARM1136,1176.1156T-2Architecturev7-A(App1ication；e.g.,CortexA8)v7-R(Rea1-Time；e.g.,Cortex-R4)v7-M(Microcontro11er：.g.Cortx-M3)其中V7版本分三路发展，A系列，R系列，M系列。再看图2看其处理器指令的演进史:ARMThumbV4v4TVSv5

5、E/新加入增强型DSP指令ThUrnb指令集问世架构演进图可以发现，在V4T版本时增加了ThUmb指令集，刚好可以对应处理器的ThUmb状态，到了V5E版本，加入了增强型的DSP指令，V6版本可谓是ARM指令演进史上的一件大事，有了Thumb-2的问世。其实之前的16位Thumb指令集就32位ARM指令集的一个功能子集，到了ThUmb-2,以其强大，轻佻和高效，16位指令首次与32位指令并存，再也不需要因为处理器模式的变换而造成指令集变换。从ARM-Cortex-MB将全身的处理能力托付给Thumb-2指令集就可以看出，Thunmb-2指令集的强大。处理器架构与处理器内核有什么区别？”处理器内

6、核”中的处理器应该是MCU0”处理器架构”中的处理器可以是更广义的ProcessingUnit0而当我们谈及内核时首先应该是针对某一系列的MCU0拿STM32系列MCU来说，它们是基于ARM-Cortex-M3为内核的。而内核主要谈其流水线和结构。如ARM7内核是0.9MIPS/MHZ的三级流水线和冯诺依曼结构，ARM9是11M1PS/MHZ的5级流水线哈佛结构。通过图3可以更直观的发现内核与MCU的关系。F1F11Cortex-M3芯片内部总线存储器匚匚U11匚匚匚匚1J1JiJ1J1J匚匚1J匚匚1J11juuuuuuuuuuuuuuuuuu1jARM内核和架构都是什么意思，它们到底是什么

7、关系？ARM产品越来越丰富，命名也越来越多。很多朋友提问：ARM内核和架构都是什么意思？内核和架构的关系是什么？比如ARMV7架构，这个架构指的是什么？小编选出了几个精彩回答！希望对嵌友们在选择设计电路时有所帮助。1ARM内核:从ARM7、ARM9到CorteX-A7、A8、A9、AI2、A15再到CorteX-A53、A57等，总之不同版本ARM有不同的想法。比如为高速度设计的CortexA8、A9都是ARMV7a架构;CorteXM3、M4是ARMV7m架构;前者是内核，后者是指令集的架构。2 .ARM的架构都是基于RISC指令集而架构的，而其内核只是实现这一指令集的硬件架构的基础,ThU

8、mb-2指令集架构（ISA）的子集，包含所有基本的16位和32位ThUmb-2指令、哈佛处理器架构，在加载/存储数据的同时能够执行指令取指，带分支预测的三级流水线等。3 .好比你盖房子，刚开始因为水平低流行盖平房，这就是一种架构（V5T）,然后这种平房架构你可以设计出一款独立卫生间的款式，这叫ARM7内核。然后其他人（芯片设计公司）想盖房子的就买你这个图纸去盖，接着过一段时间，有人觉得光独立卫生间还不够啊，我还想有个小院子！好吧，那ARM就满足你们的要求，出个带小院子的款式（ARM9）。又过了很久，这种平房的架构就随着大伙的需求一直改啊改啊，后来经过ARM研究发现：现在大伙盖房子的能力duan

9、gduang直升啊（包括工艺、设计能力、时钟主频）,只盖这种平房施展不开啊！好吧，ARM为了不让这帮设计的人闲着，就推出一种二三层楼房的样式，这因为跟平房设计结构完全不一样嘛，那就叫一种新的架构（ARMV6）,同样这种楼房样式ARM也为大家准备了带游泳池的和带车库的款式（ARM11）,好吧继续改啊改啊，改到后来大家已经开始有能力盖十层以上的大楼了。ARM一如既往地出了新的款式（ARMV7架构），这时ARM觉得以前名字都太土鳖了，什么ARM5、ARM6、ARM7一又难听又难记，我要取个看起来牛逼的名字，咱至少也算个能设计摩天大楼的主儿了，于是后面的内核都叫Cortex0改名只是一部分，随着这个架

10、构出来后，ARM发现以前用咱们图纸盖出的楼也就做个民宅，民宅图个啥？实惠嘛（功耗低）。现在不一样了，现在咱的图纸盖得楼不仅可以做民宅，还可以做军事基地、还可以做高档写字楼，以前这些高级功能的楼房可是只有小英（英特尔）才能设计出来的啊！为了满足这些不同的需求，ARM把这个架构设计出来的款式分成3个系列（M系列、R系列、A系列）。M系列是为民宅设计的，因为老百姓图实惠嘛，这种设计就设计个十层左右（功耗低）；R系列是为军事基地设计的，这种楼设计的也不高一十层左右吧，但是关键是要对特殊情况要有快速反应的能力（中断快）；最后A系列是给商业大佬用的，那当然是要高端大气上档次，就是要性能高，各种皿灯灯光秀啊都给我上。