ARM应用系统开发详解基于S3C4510B的系统设计

ARM应用系统开发详解──基于S3C4510B的系统设计1目录第1章ARM微处理器概述51.1ARM－AdvancedRISCMachines51.2ARM微处理器的应用领域及特点51.2.1ARM微处理器的应用领域51.2.2ARM微处理器的特点61.3ARM微处理器系列61.3.1ARM7微处理器系列61.3.2ARM9微处理器系列71.3.3ARM9E微处理器系列71.3.4ARM10E微处理器系列71.3.5SecurCore微处理器系列81.3.6StrongARM微处理器系列81.3.7Xscale处理器81.4ARM微处理器结构81.4.1RISC体系结构81.4.2ARM微处理器的寄存器结构91.4.3ARM微处理器的指令结构91.5ARM微处理器的应用选型101.6本章小节10第2章ARM微处理器的编程模型112.1ARM微处理器的工作状态112.2ARM体系结构的存储器格式112.3指令长度及数据类型122.4处理器模式122.5寄存器组织132.5.1ARM状态下的寄存器组织132.5.2Thumb状态下的寄存器组织152.5.3程序状态寄存器162.6异常（Exceptions）182.6.1ARM体系结构所支持的异常类型182.6.2对异常的响应182.6.3从异常返回192.6.4各类异常的具体描述192.6.5异常进入/退出小节202.6.6异常向量（ExceptionVectors）202.6.7异常优先级（ExceptionPriorities）212.6.8应用程序中的异常处理212.7本章小节21ARM应用系统开发详解──基于S3C4510B的系统设计2第3章ARM微处理器的指令系统223.1ARM微处理器的指令集概述223.1.1ARM微处理器的指令的分类与格式223.1.2指令的条件域233.2ARM指令的寻址方式233.2.1立即寻址243.2.2寄存器寻址243.2.2寄存器间接寻址243.2.3基址变址寻址243.2.4多寄存器寻址253.2.5相对寻址253.2.6堆栈寻址253.3ARM指令集253.3.1跳转指令253.3.2数据处理指令263.3.3乘法指令与乘加指令303.3.4程序状态寄存器访问指令323.3.5加载/存储指令323.3.6批量数据加载/存储指令343.3.7数据交换指令353.3.8移位指令（操作）353.3.9协处理器指令363.3.10异常产生指令383.4Thumb指令及应用383.5本章小节39第4章ARM程序设计基础404.1ARM汇编器所支持的伪指令404.1.1符号定义（SymbolDefinition）伪指令404.1.2数据定义（DataDefinition）伪指令414.1.3汇编控制（AssemblyControl）伪指令434.1.4其他常用的伪指令454.2汇编语言的语句格式484.2.1在汇编语言程序中常用的符号494.2.2汇编语言程序中的表达式和运算符494.3汇编语言的程序结构524.3.1汇编语言的程序结构524.3.2汇编语言的子程序调用524.3.3汇编语言程序示例534.3.4汇编语言与C/C++的混合编程554.4本章小节56第5章应用系统设计与调试57ARM应用系统开发详解──基于S3C4510B的系统设计35.1系统设计概述575.2S3C4510B概述585.2.1S3C4510B及片内外围简介585.2.2S3C4510B的引脚分布及信号描述615.2.3CPU内核概述及特殊功能寄存器（SpecialRegisters）675.2.4S3C4510B的系统管理器（SystemManager）725.3系统的硬件选型与单元电路设计825.3.1S3C4510B芯片及引脚分析825.3.2电源电路835.3.3晶振电路与复位电路835.3.4Flash存储器接口电路855.3.5SDRAM接口电路895.3.6串行接口电路935.3.7IIC接口电路945.3.8JTAG接口电路955.3.910M/100M以太网接口电路965.3.10通用I/O接口电路1005.4硬件系统的调试1015.4.1电源、晶振及复位电路1015.4.2S3C4510B及JTAG接口电路1025.4.3SDRAM接口电路的调试1035.4.4Flash接口电路的调试1055.4.510M/100M以太网接口电路1055.5印刷电路板的设计注意事项1055.5.1电源质量与分配1055.5.2同类型信号线的分布1065.6本章小节106第6章部件工作原理与编程示例1076.1嵌入式系统的程序设计方法1076.2部件工作原理与编程示例1086.2.1通用I/O口工作原理与编程示例1086.2.2串行通讯工作原理与编程示例1116.2.3中断控制器工作原理与编程示例1206.2.4定时器工作原理与编程示例1236.2.5GDMA工作原理与编程示例1276.2.6IIC总线控制器工作原理1336.2.7以太网控制器工作原理138主要特性139MAC功能模块140带缓冲DMA接口（BufferedDMAInterface）144以太网控制器特殊功能寄存器（EthernetControllerSpecialRegisters）147MAC寄存器（MediaAccessControl（MAC）Register）154以太网控制器的操作（EthernetControllerOperation）160发送一个帧（TransmittingaFrame）162ARM应用系统开发详解──基于S3C4510B的系统设计4接收一个帧（ReceivingaFrame）1626.2.8Flash存储器工作原理与编程示例1626.3BootLoader简介1676.4本章小节167第7章嵌入式uClinux及其应用开发1687.1嵌入式uClinux系统概况1687.2开发工具GNU的使用1707.2.1GCC编译器1707.2.2GNUMake1727.2.3使用GDB调试程序1777.3建立uClinux开发环境1807.3.1建立交叉编译器1817.3.2uClinux针对硬件的改动1847.3.3编译uClinux内核1857.3.4内核的加载运行1877.4在uClinux下开发应用程序1887.4.1串行通信1907.4.2socket编程1957.4.3添加用户应用程序到uClinux2027.4.4通过网络添加应用程序到目标系统2057.5本章小结207第8章ARMADS集成开发环境的使用2098.1ADS集成开发环境组成介绍2098.1.1命令行开发工具2098.1.2ARM运行时库2188.1.3GUI开发环境(CodeWarrior和AXD)2198.1.4实用程序2218.1.5支持的软件2218.2使用ADS创建工程2228.2.1建立一个工程2228.2.2编译和链接工程2258.2.3使用命令行工具编译应用程序2298.3用AXD进行代码调试2308.4本章小结233ARM应用系统开发详解──基于S3C4510B的系统设计5第1章ARM微处理器概述本章简介ARM微处理器的一些基本概念、应用领域及特点，引导读者进入ARM技术的殿堂。本章主要内容：－ARM及相关技术简介－ARM微处理器的应用领域及特点－ARM微处理器系列－ARM微处理器的体系结构－ARM微处理器的应用选型1.1ARM－AdvancedRISCMachinesARM（AdvancedRISCMachines），既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。1991年ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器，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，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，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，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，因此既使得ARM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。1.2ARM微处理器的应用领域及特点1.2.1ARM微处理器的应用领域到目前为止，ARM微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域：1、工业控制领域：作为32的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。2、无线通讯领域：目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM技术，ARM以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。3、网络应用：随着宽带技术的推广，采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM在语音及视频处理上行了优化，并获得广泛支持，也对DSP的应用领域提出了挑战。4、消费类电子产品：ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。5、成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术。除此以外，ARM微处理器及技术还应用到许多不同的领域，并会在将来取得更加广泛的应用。ARM应用系统开发详解──基于S3C4510B的系统设计61.2.2ARM微处理器的特点采用RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点：1、体积小、低功耗、低成本、高性能；2、支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；3、大量使用寄存器，指令执行速度更快；4、大多数数据操作都在寄存器中完成；5、寻址方式灵活简单，执行效率高；6、指令长度固定；1.3ARM微处理器系列ARM微处理器目前包括下面几个系列，以及其它厂商基于ARM体系结构的处理器，除了具有ARM体系结构的共同特点以外，每一个系列的ARM微处理器都有各自的特点和应用领域。－ARM7系列－ARM9系列－ARM9E系列－ARM10E系列－SecurCore系列－Inter的Xscale－Inter的StrongARM其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10为4个通用处理器系列，每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。SecurCore系列专门为安全要求较高的应用而设计。以下我们来详细了解一下各种处理器的特点及应用领域。1.3.1ARM7微处理器系列ARM7系列微处理器为低功耗的32位RISC处理器，昀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：－具有嵌入式ICE－RT逻辑，调试开发方便。－极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。－能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构。－代码密度高并兼容16位的Thumb指令集。－对操作系统的支持广泛，包括WindowsCE、Linux、PalmOS等。－指令系统与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用户的产品升级换代。－主频昀高可达130MIPS，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用。ARM7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、ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI是目前使用昀广泛的32位嵌入式RISC处理器，属低端A