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代码:—102—00分类号:羔邋研究生学号。
iQ2QQ2缝§2Q婴§密级:玉⑨东牡知予荭太孽硕士学位论文撼于嵌入式uClinux碧0毙的Wbb控制技栅究ResearchontheWebControlTechnologybasedontheEmbededuClinuxSystem作者:马骥指导教师:王遗明副教授学科专她:电路与系统研究方向:嵌入式系统学位类型:学掰硕士客j艺师范大学学位评定委员会2007年5弱摘要应用嵌入式Internet技术的监控系统是监控领域最新的发展趋势,嵌入式Interact技术改变以往的监控系统体系结构,满足了现代监控系统的可扩展性、分布式、实时性等。
该项技术的研究具有广阔的应用前景,正是在这一背景下,本文对基于嵌入式Web服务器的远程监控系统进行了研究。
嵌入式Web监控技术的出现得益于电子制造工艺的飞速发展和嵌入式操作系统的应用日益广泛,近年来出现了许多优秀的嵌入式操作系统如Vxwork、uC/OS.Ⅱ、uCtinux等,其中uClinux以其良好的兼容性、丰富
开源的软件开发资源在嵌入式操作系统领域占有重要一席,在各个领域不断出现它的身影。
ARIVl自诞生以来一直是嵌入式领域的宠儿,市场占有率非常大,三星公司的S3C44BOX就是一款成功的ARM产品,它基于ARM7TDMI内核,拥有丰富的硬件资源,在控制领域倍受青睐。
本文以S3C44BOX为主控制器,设计开发了一套用于嵌入uClinux操作系统的开发板,为研究嵌入式Web远程监控技术提供了良好的软、硬件开发平台。
嵌入式Web远程监控不同于以往的C/S和B/S网络监控技术,它通常采用嵌入式系统作为Web服务器。
使得系统的成本大大降低,且设备体积小巧,便于安装、出现故障易于维护,安全可靠,此技术自闻世以来得到了广泛关注,各式各样的解决方案和实现方式层出不穷。
本文以ARM和uClinux为嵌入式开发平台,移植了Web服务程序Boa,使之成功运行于uclinux系统上。
结合嵌入式CGI技术实现了网页交互控制远端嵌入式设备。
该系统可以利用硬件平台的丰富外设资源,扩展其监控功能,具有广泛的应用前景和开发利用价值。
关键词:嵌入式系统;uClinux;A删;S3C44BOX;CA;I)Boa;Web控制Abstract11圮applicationoftheembeddedInteracttechnologyinmonitoringsystemistheuptodatedevelopmenttrendinthemonitoringfield111epastmonitoringandeonta’olsystemconfigurationhasbeenchangedbytheembeddedIntemetteeimology.MeanwhiletheembeddedInteracttechnologysatisfiedtheexpansibilit,/、distributingeapabilityandreal-timedemand.Theresearchofthistechnologyhaveexpansiveapplicationforegroundinthecontextofwhichtheresearchofthelong-distancemonitoringsystembasedontheembeddedW曲sl既,.vclrisll尬.deinthepaper.刃始appearanceoftheembedded彤西monitoringteeim0109Yprofitedfromtherapiddevelopmentoftheelectronicmanufacturingteehnicsandtheextensiveapplicationoftheembeddedoperatingsystem.Inrecentyears,manyexcellentembeddedoperatingsystemsappear咄suchasVxwork、uC/0S-II、uClinux.Thereinto。
uClinuxwhielahasgoodcompatibilityandabundantsotlwarelresourc档isinthehighcsti〕ightintheembeddedoperatingsystemfieldsanditofIenappearsinmanyotlacr6eldstoo.ARMisafavouriteallthetimeinembeddedfieldssinceitcameforth.Itsratioofmarketpossessionisveryhi曲.S3C44BOXofSumsungCompanywhichisbasedOnARM7TDMlkernelisasuCCessfulARMproduct.Ithasabundanthardwareres01lrcesandispraisefulincontrolfields.Inthispapcr;S3044BOXiSchosentobethemaincontroller.Asuitofdevelopmentboardwhichisbasod011tlaeembeddeduClinuxoperatingsystemisdesigned.Itprovidest3.舟)odsoftware粕dl拼dwareplatformforstudyingtheembeddedW曲long-distancemonitoringtechnology.11”embeddedW曲10ng-distaneemonitoringdiffcrsfromtheformerC/SandB/Swebmonitoringtechnology.ItusuallyadoptstheembeddedsystemaSthewebSel’Vel’.Inthisway,theCOStofthesystemreducesgreatly.ThevolumeofthefaeilityisalSOconvenienttobeinstalledanditiSsafe.reliableandeasytomaintai也砸Stechnologyreceivedextensiveattentionsinceitcameout.AUkindsofresolventsandimplanentmodeshaveC0131eoutcontinuously.Inthispaper,ARMandUClinuxarcchosentobetheembeddeddevelopmentbase.theW曲servingprogramBoaisexplantedSOastOm.BIketh锄13111successfullyintheuClinuxsystem.CombinedwiththeCGItcdmology,thefunctionsofembeddedremoteinteraetivccontrol黜implementedthroughwet,page.ThiSsystemcouldutilizetheabundantexteriorresOlll’cesofhardwarebaseSOastoexpanditsmonitoringfunction.Ithasextensiveapplicationforegroundandvalueofutilization.KeyWords:EmbeddedSystem:uClinux;ARM:S3C44BOX;CGI;Boa;WebcontrolH独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得东北师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
学位论文作者签名:墨壅日期:碉、6、1学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定,即:东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。
本人授权东北师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。
(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名:丝日期:丝:£:f学位论文作者毕业后去向:工作单位:通讯地址:指导教师签名:丑盎堑&Et期:型〕:i:J电话:邮编:引言0.1嵌入式系统研究现状O.1.1嵌入式系统综述Iq嵌入式系统是指用于执行独立功能的专用计算机系统。
它由包括微处理器、定时器、微控制器、存储器、传感器等一系列微电子芯片与器件,和嵌入在存储器中的微型操作系统、控制应用软件组成,共同实现诸如实时控制、监视、管理、移动计算、数据处理等各种自动化处理任务。
嵌入式系统以应用为中心,以微电子技术、控制技术、计算机技术和通讯技术为基础,强调硬件软件的协同性与整合性,软件与硬件可剪裁,以满足系统对功能、成本、体积和功耗等要求。
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。
例如神州飞船和长征火箭中包含了很多嵌入式系统,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。
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,在移动通信、数码娱乐、仪器仪表等诸多领域都有它的身影.如手机、机顶盒、路由器、MP3播放器、电子游戏机等等。
嵌入式系统越来越深入到我们生活的每一个细节中。
一个完整的嵌入式系统包括软件和硬件两个平台。
其中软件部分包括嵌入式操作系统以及运行于操作系统之上的应用软件,硬件平台包括嵌入式处理器及其外围相关功能器件。
这里的嵌入式操作系统和嵌入式处理器是整个嵌入式系统中两个最重要的组成部分。
。
,。
一。
I软件平台{霎炎萎差墨妻蕃嵌入式系统{:j”.~.:■……’l硬件平台{鬈盒主篓言雾能器件图0.1嵌入式系统的构成O.1.2嵌入式操作系统嵌入式操作系统负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、调度,控制、协调并发活动。
它必须体现其所在系统的特征,能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。
嵌入式操作系统是相对于~般操作系统而言的,它除具备了一般操作系统最基本的功能,如任务调度、同步机制、中断处理、文件处理等外,还有以下特点【6】:l、强稳定性,弱交互性:嵌入式系统一旦开始运行就不需要用户过多的干预,这就要负责系统管理的嵌入式操作系统具有较强的稳定性。
2、较强的实时性:嵌入式操作系统实时性一般较强,可用于各种设备控制当中。
3、可伸缩性:开放、可伸缩性的体系结构。
4、外设接口的统一性:提供各种设备驱动接口。
实时操作系统是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序,用户的应用程序是运行于RTOS之上的各个任务,RTOS根据各个任务的要求,进行资源(包括存储器、外设等)管理、消息管理、任务调度、异常处理等工作。
在RTOS支持的系统中,每个任务均有一个优先级,RTOS根据各个任务的优先级,动态地切换各个任务,保证对实时性的要求。
常见的嵌入式实时操作系统有:WindowsCE、VxWorks、OSE,这几款操作系统作为商业化产品,拥有高性能的内核,友好的交互界面。
完善的技术支持,但同时其源码不开放,开发成本高,适合专业或高端应用领域。
此外,还有像uClinux和uC/OS.II这样源码开放的操作系统,其性能与商业软件相比并不逊色,可移植性强,功能完善,开发成本低,非常适合普通的开发应用和嵌入式系统学习。
0.1.3嵌入式处理器通常用于嵌入式系统开发的处理器种类繁多,性能各异,总体可以分为以下几个大类…:1、嵌入式微处理器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,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扳上,称为单板计算机。
如STD.BUS、PCI04等。
2、嵌入式微控制器嵌入式微控制器又称单片机,它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、FlashRAM、EEPI∞M等各种必要功能和外设。
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,因此称为微控制器。
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.25l、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。
3、嵌入式DSP处理器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TexasInstruments的TM¥320系列和Motorola的DSP56000系列。
24、嵌入式片上系统(SOC)随着EDA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己来l临,这就是SystemOnChip(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,应用系统电路板将交得很简洁,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有代表性的产品是Philips的SmartXA,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Interact安全方面。
0.2远程监控系统的研究现状随着数字化时代的到来,各种信息的网络共享已经越来越受到人们的重视和青睐。
将工业监控系统接入Internet,实现监控信息和控制策略的网络共享,己经成为一个国内外学者研究的热门课题。
目前已有的远程监控系统大致分为以下几种:0.2.1基于C/s模式的网络监控系统【52】C/S模式,即C1lent/Server(客户机/服务器)模式是一种两层结构的网络模式。
第一层是在客户机系统上结合了数据处理和结果显示,第二层是通过网络结合了数据库服务器。
在监控系统中,一般用一台计算机作为Server,其他远程监控用户均作为C1lent接入Server。
Server和C1ient之间通过专用的应用程序进行网络通信。
C/S通过将任务合理的分配到C1ient端和Server端,降低了系统的通讯开销,可以充分利用两端硬件环境的优势。
但随着企业规模的日益扩大,软件的复杂程度不断提高,C/S模式的弊端暴露无遗,例如开发成本高、软件移植困难、系统维护不便、系统拓展不灵活等等使得这种方式的网络监控系统很难推广使用。
0.2.2基于B/S模式的计算机网络监控系统在B/S(Bro胃ser/Server,浏览器/服务器)体系结构系统中,用户通过浏览器向服务器发出请求,服务器对浏览器的请求进行处理,将用户所需信息返回至浏览器。
这种结构大大简化了客户机的工作,客户机只需配置少量的客户端软件便可对控制过程进行远程监控。
而服务器将担负更多的工作,数据请求处理、数据加工、结果返回以及动态网页生成等工作都由服务器完成。
实际上B/S结构把两层的C/S结构的事务处理逻辑从客户机的任务中分离出来,由服务器单独组成一层来担负其任务。
这种结构不仅把客户机从沉重的负担和不断对其提高的性能要求中解放出来,也把技术维护人员从繁重的维护升级工作中解脱出来。
系统维护人员不再为程序的维护工作奔波于各个客户机之间,而只需把精力放在功能服务器上即可。
B/S结构的网络模式大大提高了网络监控系统的灵活性,是目莳应用较为广泛的一种网络监控模式。
但是在这种监控模式中,由于用户经常是通过远程访问并监控整个控制过程,因此作为服务器的计算机一般只作为远程访I;3N务器,造成了一定的资源浪费。
另外,当作为服务器的计算机受病毒感染或使用不当时,易造成系统不稳定甚至崩溃,此时则需要专业的计算机人员进行现场维护。
O.2.3基于B/S模式的嵌入式Web远程监控系统嵌入式Web监控系统自提出以来,得到了各类研究学者、公司企业的极大关注,各式各样的解决方案和实现方式层出不穷。
然而目前基于嵌入式Web服务器的远程监控系统并不多见,本文的研究重点便是这类基于B/S模式的嵌入式Web远程监控系统。
这类Web远程监控系统一般采用高性能的16/32位处理器作为处理核心构造嵌入式系统,外部扩展易失性和非易失性存储设备,采用扩展以太网接口的方式提供Internet外部接入。
内部则采用GPIO或RS232、CAN、IIC等总线和监控传感器或受控器件进行通信。
通过在该嵌入式系统上构建Web服务器,提供基于B/S的远程访问。
由于采用嵌入式系统作为Web服务器,使得系统的成本大大降低,且设备体积小巧,便于安装。
而且由于嵌入式Web服务器的专用性,使得系统稳定性大大提高。
此外,一旦系统发生故障,可以直接通过Internet进行远程软件维护或软件升级,能以最快速度恢复系统。
0.3嵌入式Web服务器研究现状O.3。
l常见的嵌入式焉eb服务器解决方案对于现有的嵌入式Web服务器解决方案,从总体上出发可以把它分为以下几类:i、硬件上采用内部集成或外部扩展网卡芯片,软件上则采用在应用中直接嵌入完整的或者经过裁减的TCP/IP协议栈的方式,建立直接的Internet访问。
在这样的系统中,用软件的方式处理TCP/IP协议,应用起来较为灵活,也便于升级维护。
本文所介绍的嵌入式Web服务器即采用了这种方案。
2、在系统上加入一个第三方的TCP/IP设备,以硬件的方式来实现TCP/IP协议,系统只需要负责和该芯片的接口进行连接就可以接入Internet。
该方案将TCP/IP协议固化在硬件中。
从而提高了系统的性能,而且实现起来也较为简单,但系统缺乏灵活性,软件的升级也很不方便。
3、自己编写TCP/IP协议栈或者其中的几个特定协议。
这种方案和第一种方案比较类似,不同在于其TCP/IP协议栈是根据系统需要用户自己编写的,在功能上会比第一种方案匾乏一些,但同时其
代码量也将大大降低。
4、使用专门网络和外部网关进行通信,通过外部网关实现和Internet的连接。
这种方案主要解决8/16位的控制器为核心的嵌入式系统或其他不具有网络接口的设备的网络接入的问题,也是早期大多数嵌入式设备接入Internet的方法。
这种外部网关可以是独立的嵌入式设备,也可以是带有专门网络接口的Pc机。
O.3.2研究现状分析虽然Web技术以及Web服务器技术发展到现在己经很成熟了,但如何把Web服务器技术应用到嵌入式设备中,还没有一个统一的标准。
上述四种解决方案在综合考虑性能、价格、开发周期和维护成本等因素的情况下,都各自有其突出的4优势,在实际应用中都能占到一席之地。
在硬件方面,由于成本和应用领域的要求,目前应用最多的嵌入式微处理器是8位的微处理器。
这些微处理器的片内资源比较少,相应的软件也不会太庞大。
因此比较复杂的软件功能不容易在这些微处理器上实现。
因为要传送大量的HT^lL页面,所以会影响微处理器的运行效率,微处理器对其他事件的响应将会相对缓慢。
但是国外有学者在8051只有2.4l(BRAM和32KBFlash的单片机中成功实现了嵌入式Web服务器,提供了包含文本、表单和图像的页面的传输。
在资源有限的情况下,服务器所能提供的服务一般都比较简单,而且这也对开发者有很高的要求。
开发者需要对嵌入式系统软硬件知识、TCP/IP协议和HTTP服务等知识有着很透彻的理解。
一般情况下,为了实现比较复杂的嵌入式ffeb服务器功能,往往要采用16位以上的微处理器和较丰富的存储资源。
在软件系统方面,可以采用实时操作系统或简单利用循环加中断的结构。
国外许多公司提供了功能强大、性能可靠的实时操作系统。
大部分实时操作系统内部具有对TCP/IP协议的支持,可以实现Web服务器的功能,如VRTX,NUCLEUS,pSOS,QNX,VxWork,RTXC,CMX—RTX等产品。
另外有些国外公司提供了支持C语言的TCP/IP协议的库函数,这些库函数既可以运行在实时操作系统环境下,也可以直接连接到用户的软件中。
利用以上这些产品有较高可靠性傈证。
但是这些产品对国内用户来讲有一个比较大的问题,就是这些产品的价格比较昂贵,这是影响这些实时操作系统推广的主要原因之一。
而同时嵌入式Linux操作系统以源码开放、价格低廉、功能强大、易于移植等特点而正在被广泛采用,并已成为一种新兴力量。
通过在嵌入式Linux系统上植入提供Web服务的软件从而实现嵌入式Web服务器的设计是目前比较流行的一种实现方式。
0.4论文研究的内容基于以上的分析,本文针对目前监控系统中存在的一些不足和急需解决的问题提出一种W曲远程监控系统方案,主要研究的内容包括:l、嵌入式uClmux系统开发相关知识介绍,包括uClinux的配置、编译、驱动加载,添加用户程序等。
2、ARM处理器以及三星公司的32位ARM7TDMI处理器S3C44BOX的相关介绍。
3、基于S3CA4BOX的嵌入式Web控制系统硬件平台设计方案,包括各功能模块的原理图及功能介绍,U-boot软件应用和硬件系统Bootloadcr程序的编译。
4、嵌入式W曲服务器架设的相关知识,包括CGI技术应用和BoaWeb服务程序在uClinux系统上的移植。
。
本课题主要研究如何基于嵌入式uClinux操作系统和32位高性能嵌入式微控制器S3CA4BOX,设计一种嵌入式系统的软硬件平台,成功实现嵌入式Web服务。
这样可以让开发人员省去底层的开发,把主要的工作放在应用程序分析和设计上,因此本课题无论在理论上,还是在实际的应用中部具有重要的现实意义。
5第一章ARM及S3044BOX处理器1.1ARM处理器概述”岫1.1.1ARM的由来ARM是AdvancedRISCMachine的缩写,1991年ARM公司成立于英国剑桥。
ARM是微处理器行业的一家知名企业,设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。
适用于多种领域,已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场,^蹦技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。
ARM公司是32位嵌入式RISC微处理器领域的领先供应商,在世界范围内有100多个合作伙伴。
1999年由于移动电话火爆的市场,Ali^I公司的32位RISC处理器市场份额超过了50%。
2001年初,其32位RISC处理器嵌入式市场占有率更是超过了75%。
ARM公司本身并不生产芯片,而是专注于设计,只提供知识产权(IP)。
世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核,根据各自不同的应用领域,加入适当的外围电路,从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。
目前,全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM公司的授权,其中包括Intel、IBM、LG、NEC,SONY、飞利浦和国民半导体这样的大公司,软件系统的合伙人,则包括微软、升阳和崃I等一系列知名公司。
因此,既使得A跚技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持,又使整个系统成本降低,使产品更容易进入市场被消费者所接受,更具有竞争力。
ARM将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商,每个厂商得到的都是一套独一无二的AIlM相关技术及服务。
利用这种合作关系,A蹦很快成为许多全球性RISC标准的缔造者。
1.1.2ARM微处理器的结构传统的CISC(ComplexInstructionSetComputer,复杂指令集计算机)结构有其固有的缺点,即随着计算机技术的发展而不断引入新的复杂的指令集,为支持这些新增的指令。
计算机的体系结构会越来越复杂,然而,在CIsc指令集的各种指令中。
其使用频率却相差悬殊,大约有20%的指令会被反复使用,占整个程序
代码的8096。
而余下的80%的指令却不经常使用,在程序设计中只占20%,显然,这种结构是不太合理的。
基于以上的不合理性,1979年美国加州大学伯克利分校提出了RISC(ReducedInstructionSetComputer,精简指令集计算机)的概念,到目前为止,RISC体系结构也还没有严格的定义,~股认为,RISC体系结构应具有如下特点:l、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到3种。
2、使用单周期指令,便于流水线操作执行。
3、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。
除此以外,ARM体系结构还采用了一些特别的技术,在保证高性能的前提6下尽量缩小芯片的面积,并降低功耗:4、所有的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行,从而提高指令的执行效率。
5、可用加载/存储指令批量传输数据,以提高数据的传输效率。
6、可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理。
7、在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。
当然,和CISC架构相比较,尽管RISC架构有上述的优点,但决不能认为RISC架构就可以取代CISC架构,事实上,RISC和CISC各有优势,而且界限并不那么明显。
现代的CPU往往采用CISC的外围,内部加入了RISC的特性,如超长指令集CPU就是融合了RISC和CIsc的优势,成为未来的CPU发展方向之一。
8、31个通用寄存器,包括程序计数器(Pc指针),均为32位的寄存器。
9、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,目前只使用了其中的一部分。
同时,A雕处理器又有7种不同的处理器模式,在每一种处理器模式一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(RO~R14)、一至二个状态寄存器和程序计数器。
在所有的寄存器中,有些是在7种处理器模式下共用的同一个物理寄存器,而有些寄存器则是在不同的处理器模式下有不同的物理寄存器。
A脚微处理器的在较新的体系结构中支持两种指令集:A跚指令集和Thumb指令集。
其中,A蹦指令为32位的长度,Thumb指令为16位长度。
Thumb指令集为ARM指令集的功能子集,但与等价的ARM
代码相比较,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。
鉴于ARM微处理器的众多优点,随着国内外嵌入式应用领域的逐步发展,ARbl微处理器必然会获得广泛的重视和应用。
但是,由于ARM微处理器有多达十几种的内核结构,几十个芯片生产厂家,以及千变万化的内部功能配置组合,给开发人员在选择方案时带来一定的困难,所以,对ARM芯片做一些对比研究是十分必要的。
1.2,3A脚微处理器内核的选择从前面所介绍的内容可知,ARM微处理器包含一系列的内核结构。
以适应不同的应用领域,用户如果希望使用WinCE或标准Linux等操作系统以减少软件开发时间,就需要选择APOJ720T以上带有删U(Memory~lanagementUnit)功能的A跚芯片,ARM720T、APa^920T、ARM922T、ARM946T、Strong-ARM都带有舢功能。
而AI瑚7TDMI则没有MMU。
不支持WindowsCE和标准Linux,但目前有uCLinux等不需要姗U支持的操作系统可运行于ARM7TDMI硬件平台之上。
事实上,uCLinux己经成功移植到多种不带MMU的微处理器平台上,并在稳定性和其他方面都有上佳表现。
1.2.4ARM微处理器的各个系列五l、ARM7系列微处理器A跚7系列微处理器为低功耗的32位RIsc处理器,最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。
ARM7微处理器系列具有如下特点:(1)采用AR娜4T(Newman)结构,三级流水线,平均功耗O.6m膂/Etz,时钟速度66姗z。
7(2)对操作系统的支持广泛,包括WindowsCE,Linux,PalmOS。
(3)指令系统与APSt9系列、ARM9E系列和ARMIOE系列兼容,便于用户的产品升级换代。
(4)主频最高可达130MIPS,高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用。
(5)AR~i7系列微处理器的主要应用领域为:工业控制、Internet设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。
ARM7系列微处理器包括如下几种类型的核:ARM7TDMI,ARM7TDMI-S.AI瑚720T,ARM7EJ。
其中,A蹦7TDMI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。
其中TDMI的基本含义为:TThumb16位压缩指令集。
D支持片上调试(Debug),使处理器能够停止,以响应调试请求。
M增强型Multiplier,与前代相比,具有较强的的性能且产生64位的结果。
IEmbeddedICE硬件,以支持片上断点和观察点。
2、ARM9系列微处理器ARMgE系列徼处理器为可综合处理器,使用单一的处理器内核提供了微控制器、DSP,Java应用系统的解决方案,极大的减少了芯片的面积和系统的复杂程度。
ARMgE系列微处理器提供了增强的DSP处理能力,很适合于那些需要同时使用DSP和微控制器的应用场合。
ARM9E系列微处理器的主要特点如下:(1)支持DSP指令集,适合于需要高速数字信号处理的场合。
(2)S级整数流水线,指令执行效率更高。
(3)支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。
(4)支持32位的高速A硒^总线接口。
(5)支持VFP9浮点处理协处理器。
(6)全性能的删U,支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多种主流嵌入式操作系统。
.(7)M雕支持实时操作系统。
(8)支持数据Cache和指令Cache,具有更高的指令和数据处理能力。
(9)主频最高可达.
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