Pedstavení procesor s architekturou ARM

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Pedstavení procesor s architekturou ARM"

Ondřej Kopecký
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Pedstavení procesor s architekturou ARM Referát Pokroilé architektury poíta Jan Bartošek bar712

2 Úvodem AT91SAM (tj. AT91 Smart ARM-based Microcontrollers) od spolenosti Atmel je 32bitová ada RISC mikroprocesor zaloená na architektue ARM. Procesory obsahují pamti Flash a SRAM, množství periferií a také nkterá strandardní komunikaní rozhraní. Dají se tedy oznait termínem SoC (system-on-a-chip). Externí rozhraní zahrnují USB a CAN sbrnice, Ethernet, SPI, USART, ADC. adi DMA umožuje pímou komunikaci mezi externími rozhraními a pamtí. Tím se zvýší datová propustnost s minimálnímí nároky na samotný procesor. Vnitní periferie mikrokontrolér jsou ítae a asovae, obvody Power-on-Reset, napájecí obvody a vylepšené adie perušení. To zlepšuje výkon procesoru v reálném ase. Obvody ízení napájení udržují proudovou spotebu obvodu na miminu tím, že se vypínají nepoužívané periferie a rozhraní, píp. mže být procesor uveden do standby módu. ARM je pvodn název spolenosti Acorn RISC Machines, která vyvinula cca v roce 1987 první RISC procesor s názvem ARM - údajn pvodn pro levný desktopový poíta. Pozdji se po úspchu procesor ARM1 až ARM3 oddlila divize procesor ARM jako firma Advanced RISC Machines (Acorn vyvíjel i OS - RISC OS). Jak plyne z názvu spolenosti zamovala se na procesory s architekturou RISC (Reduced Instruction Set Computing). Od doby odštpení opustilo dílny ARM nkolik ad procesor od ARM6 až po ARM11. Výhoda ARMu spoívá pedevším v jeho RISCové instrukní sad - instrukce jsou vykonávány pímo hardwarem, nikoli mikrokódem. To že procesor obsahuje menší poet hardwarových instrukcí dlá jeho návrh do jisté míry jednodušší, samotný procesor je menší a tedy má menší spotebu. Jednodušší instrukní soubor umožuje také snadnjší vytvoení kompilátoru. Díky nkterým vlastostem ARM je omezen i problém pedpovídání skok, který je tak ožehavý ve svt CISC. Za výhody RISCových procesor se považuje i vtší poet univerzáln použitelných registr. ARM má navíc nkteré vymoženosti jako jsou podmínné instrukce. ARM architektura je založená na redukovaném instrukním souboru (RISC) mající vysokou instrukní výkonnost a rychlou reálnou odezvu na perušení. Nelze také opomenout 16bitovou Thumb podmnožinu která ušetí 35-40% pamti ve srovnání s 32bitovým instrukním souborem aniž by se významn snížil výkon. ARM7 specifikace jádra 32bitový RISC procesor (redukovaná instrukní sada) 0,18 mm technologie

Externí rozhraní zahrnují USB a CAN sbrnice, Ethernet, SPI, USART, ADC. adi DMA umožuje pímou komunikaci mezi externími rozhraními a pamtí.

3 napájení 1,8 V píkon < 0,4 mw pracovní frekvence Mhz architektura typu von Neumann (data i program v jednom adresovém prostoru) 3 stavové zpracování instrukcí (pipeline) ARM7 z hlediska programování 37 celoíselných 32bitových registr 8, 16, 32bitové datové typy 7 pracovních režim: o usr normální programový režim o fiq režim datového penosu (rychlá obsluha IRQ, penos dat prostednictvím DMA) o irq režim pro základní perušovací služby o svc chránný režim pro operaní systém o abt režim pro pípad, kdy data nebo provádná instrukce se nepodaí správn vykonat o sys privileg režim pro uživatelskou aplikaci o und režim pro pípad vykonání nedefinované (neznámé) instrukce

datového penosu (rychlá obsluha IRQ, penos dat prostednictvím DMA) o irq režim pro základní perušovací služby o svc chránný režim pro operaní systém o abt režim pro

4 ARM7 popis registr struktura registr závisí na pracovním režimu R0-R12 univerzální 32bitové registry R13 (SP) ukazatel do zásobníku adres R14 (LR) registr pro uložení obsahu registru R15 pi vykonání instrukce typu BL R15 (PC) programový íta R16 (CPSR) stavový registr

zásobníku adres R14 (LR) registr pro uložení obsahu registru R15

5 ARM7 instrukní sada 15 typ instrukcí pro vtvení programu (B, BL, BLX, BX,...) 16 typ instrukcí pro aritmetické a logické operace (AND, ADD, SUB, MUL,...) 10 typ instrukcí pro pesun dat (MOV, LDR, STR, SWP,...) SWI instrukce pro softwarové perušení ARM Thumb specifikace instrukní sada je 16bitová, o % mén programové pamti redukované instrukce nemají vliv na snížení výkonu registry zstávají 32bitové, ale používá se jen jejich polovina redukované instrukce se dekódují bhem standardního dekódovacího cyklu významn zjednodušuje návrh procesorového systému

..) SWI instrukce pro softwarové perušení ARM Thumb specifikace instrukní sada je 16bitová, o 35-40 % mén programové pamti redukované

6 Atmel AT91SAM7X Architektura tchto procesor na bázi ARM7 se vyznauje, krom pedchozího, následujícími rysy: Vylepšená architektura ARM. Deterministické chování pedvídatelná odezva na události v reálném ase, pedem známý poet hodinových takt. Podpora DMA zrychlení komunikace mezi periferiemi a pamtí. Vylepšené ízení a obsluha perušení, zlepšená funkce v reálném ase. Bitové operace set/reset jedinou instrukcí zjednodušují kód. Pam Flash pro ukládání kódu a dat. Rozliná komunikaní rozhraní USB, Ethernet, SPI, USART, atd. Prostedky pro zvýšení bezpenosti zrychlené výpoty kryptovacích algoritm AES/TDES, zamykání pamti, atd. Kompatibilita kódu pro všechny procesory. Levné vývojové prostedky. Hlavní znaky: ARM7TDMI ARM Thumb Processor Interní rychlá Flash pam

Vylepšené ízení a obsluha perušení, zlepšená funkce v reálném ase. Bitové operace set/reset jedinou instrukcí zjednodušují kód. Pam Flash pro ukládání kódu a dat.

7 o 512 kb (AT91SAM7X512) o 256 kb (AT91SAM7X256) o 128 kb (AT91SAM7X128) Interní rychlá SRAM pam, pístup v jednom cyklu o 128 Kbytes (AT91SAM7X512) o 64 Kbytes (AT91SAM7X256) o 32 Kbytes (AT91SAM7X128) Memory Controller (MC), Reset Controller (RSTC), Clock Generator (CKGR), Power Management Controller (PMC), Slow Clock Mode (Down to 500 Hz) and Idle Mode, Advanced Interrupt Controller (AIC) Periodic Interval Timer (PIT), 20bitový programovatelný íta, 12bitový intervalový íta Real-time Timer (RTT), Windowed Watchdog (WDT) Two Parallel Input/Output Controllers (PIO) Thirteen Peripheral DMA Controller (PDC) Channels One USB 2.0 Full Speed (12 Mbits per second) Device Port One Ethernet MAC 10/100 base-t One Part 2.0A and Part 2.0B Compliant CAN Controller Two Universal Synchronous/Asynchronous Receiver Transmitters (USART) o Individual Baud Rate Generator, IrDA Infrared Modulation/Demodulation o Support for ISO7816 T0/T1 Smart Card, Hardware Handshaking, RS485 Support One Four-channel 16-bit Power Width Modulation Controller (PWMC) One Two-wire Interface (TWI) One 8-channel 10-bit Analog-to-Digital Converter, Four Channels Multiplexed with Digital I/Os Fully Static Operation: Up to 55 MHz at 1.65 V 100-lead LQFP and 100-ball TFBGA Packages

Controller (AIC) Periodic Interval Timer (PIT), 20bitový programovatelný íta, 12bitový intervalový íta Real-time Timer (RTT), Windowed Watchdog (WDT) Two Parallel Input/Output Controllers (PIO)

8 Závr Architektura ARM hraje dležitou roli na poli mikroprocesor, jsou již vyvinuty i pokroilejší verze (ARM7-ARM11). Architekturu ARM7 používají i procesory Atmel AT91SAM7X. Ty jsou vybaveny velkým množstvím periferií a komunikaních rozhraní USB, Ethernet, CAN, možností pipojení pamových karet, atd. Spojením ARM a tchto periferií vzniká velice výkonný komplexní procesor, který je možné využít v mnoha zaízeních nap. spotební elektroniky, v automobilech, ídicí a micí technice. Literatura

Ty jsou vybaveny velkým množstvím periferií a komunikaních rozhraní USB, Ethernet, CAN, možností pipojení pamových karet, atd.

Podobné dokumenty

Mikrořadiče fy ATMEL

Mikrořadiče fy ATMEL Struktura mikrořadičů fy ATMEL progresivní typy AVR je navržena tak, aby co nejvíce vyhovovala i překladačům vyšších programovacích jazyků, zejména široce používaného jazyka C. Optimalizované