嵌入式系统这个概念的引入是上世纪八十年代,它一般是由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统和用户应用程序组成。我们生活当中常见的PDA、手机就使用了嵌入式的处理器和操作系统。目前这些便携式设备的处理器大多数采用ARM授权的内核构架,并在此基础上扩展缓存(Cache)和存储系统制作成最终的处理器芯片。以下是几个常见概念:
1、RISC(Reduced Instruction Set Computing)和CISC(Complex Instruction Set Computing)
精简指令集系统和复杂指令集系统。计算机一般处理的是指令,指令包括操作码和地址码。根据操作码的类型(代码的长度)、地址的结构和寻址的方式,指令有简单指令和复杂指令的区分。上世纪70年代以前,使用的都是CISC系统,在这种系统里指令使用频率相差悬殊,大约有20%的指令会被反复使用,占整个程序代码的80%。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。
1979年美国加州大学伯克利分校提出了RISC(Reduced Instruction Set Computer,精简指令集计算机)的概念。 RISC结构优先选取使用频最高的简单指令,避免复杂指令;将指令长度固定,指令格式和寻地方式种类减少;以控制逻辑为主,不用或少用微码控制等措施来达到上述目的。
RISC体系结构具有如下特点:采用固定长度的指令格式,指令归整、简单、基本寻址方式有2至3种;使用单周期指令,便于流水线操作执行;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。
2、ARM(Advanced RISC Machines)
ARM可以认为是一个公司的名字,也可以认为是对一类微处理器的通称,还可以认为是一种技术的名字。ARM公司成立于英国剑桥,主要出售处理器内核设计技术的授权。采用ARM技术知识产权(IP)核的微处理器,就是我们通常所说的ARM微处理器。基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75%以上的市场份额。
3、管线(Pipeline)
指令的处理机制。在ARM7TDMI里,对指令的操作包括读取、解码、执行三种管线。在ARM9TDMI处理器里,包括读取、解码、执行、存储、写入五种管线。
4、ICE(In Ciruit Emulation)
片内模拟器。ARM V4系列以后的处理器都在芯片内集成了ICE接口。用来作为程序模拟仿真的接口。
5、Thumb指令集
16Bit的精简指令集合。在ARM内核里采用32Bit的ARM指令和16Bit的Thumb指令,使得16Bit的Thumb指令在32Bit的寄存器上执行,意味着它可以达到2倍的指令执行效率。运用在16Bit的存储系统或者是处理高代码密度的情况。
Thumb代码可以提升比ARM代码多65%的容量。在使用16Bit的存储系统的情况下,比ARM处理提升160%的性能。