Architettura ARM

Microprocessori e MicrocontrolloriCorso di progettazione su SoC ARM

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Microprocessori e MicrocontrolloriCorso di progettazione su SoC ARM Prof. N. Masarone Lab.: St. 132 (S2DEL Solid State and Diamond Electronics Lab.) e.mail: info@engsistemi.com

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Sistema desktopHardware Software

Soluzione del problema

Hardware

Firmware

Sistema embedded

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Identificazione dell'hardware necessario

C

DSP FPGA SBC

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Esempio di sistema misto analogico-digitale per applicazioni audio elaborazionemain() { ...

conversione A/D

conversione D/A 101101...

A/D

011001...

P

D/A

101101...

registrazioneROMA

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Breve storia del processore ARM (Advanced Risc Machine)Il concetto RISC (Reduced Instruction Set Computer) risale a programmi di ricerca realizzati negli anni '80 presso le Universit di Stanford e Berkeley (CA USA). ARM viene sviluppato presso la Acorn Computers Limited di Cambridge (UK) tra il 1983 e il 1985 (Acorn Risc Machine). Acorn aveva acquisito una forte posizione sul mercato britannico, specialmente nel mondo scolastico, grazie al microcomputer BBC (basato sul processore 8-bit 6502, presente anche in Apple II) realizzato per una serie televisiva della BBC. Per migliorare il microcomputer, nel 1983, gli ingegneri Acorn prendono in considerazione vari processori commerciali CISC 16-bit, ma nessuno risulta soddisfacente (specialmente nel tempo di risposta agli interrupt, punto di forza del vecchio 6502). Acorn prende in considerazione l'eventualit di sviluppare in proprio un processore, ma l'impegno previsto risulta enorme, sia in termini di forza lavoro che in termini di conoscenze tecniche. L'articolo sul processore RISC I della Berkeley University propone una soluzione vincente sviluppata da pochi studenti universitari in meno di un anno. La semplicit di esecuzione dell'architettura RISC onora il vincolo richiesto di velocit nella risposta agli interrupt. L'ARM diventa il componente centrale della produzione Acorn ed il primo processore RISC commerciale (1985). Nel 1990 nasce ARM Limited (Advanced Risc Machine) come societ autonoma, venditrice di propriet intellettuale (IP); ARM quindi una societ fabless, cio non produce silicio. Ad oggi, pi di 10 miliardi di processori ARM sono stati consegnati nel mondo intero dagli oltre 200 partners di ARM Limited. La consegna continua incessante ad una velocit di 90 processori al secondo.

ARM Milestones: http://www.arm.com/aboutarm/milestones.htmlS2DEL Solid State and Diamond Electronics Lab. ROMA

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Architettura ARM5V Technologies Actel Corporation Alchip Technologies, Inc. Altera Corporation Analog Devices Inc Anyka Technologies Corporation Atmel Avago Technologies Broadcom Corporation Celestial Semiconductor, Ltd. Chipnuts Technology (Shanghai) Inc. ChipX Cirrus Logic Conexant Datang Microelectronics Technology Co., LTD. eASIC Energy Micro AS eSilicon Corporation Freescale Semiconductor Fujitsu Microelectronics America, Inc. GENS Logic Co., Ltd. HiSilicon Technologies Co., Ltd. INDILINX Intel Corp International Business Machines ISINE INC. Kawasaki Microelectronics Luminary Micro, Inc ARM Ltd

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Partners ARM Ltd.

Marvell Semiconductor, Inc. Micronas GmbH MobilEye Vision Technologies Ltd NEC Electronics (Europe) GmbH NeoMagic Corporation NVIDIA NXP Oberthur Card Systems Oki Electric Industry Co.,Ltd. ON Semiconductor (Formerly AMI Semiconductor) Open-Silicon Oxford Semiconductor Pixim, Inc. Samsung Electronics Co., Ltd Shanghai Huahong Integrated Circuit Co., Ltd. Shanghai Jade Technologies Co, Ltd. Shanghai Silicon IP Technologies Co.,Ltd. Shenzhen ZTE IC Design Co.Ltd Spansion Inc Spreadtrum Communications Inc. STEPMIND STMicroelectronics Texas Instruments Toshiba America Electronic Components Winbond Electronics Corporation Xi'an HuaXun Microelectronics Inc. Zoran CorporationROMA

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ARM LtdROMA

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Architettura ARMNintendo DS Lite ARM Processor: ARM 7, ARM 9

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Sony PlayStation Portable - PSP ARM Processor: ARM 9

Sony Playstation 3 (60GB) ARM Processor: ARM 9E

Sharp Aquos LCD TV ARM Processor: ARM 7

Humax RG-100 Digital Satelite Set-top-box ARM Processor: ARM 9

ARM Ltd

Kodak EASYSHARE Z1275 Zoom Digital Camera ARM Processor: ARM926EJ-SROMA

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Apple iPod Nano ARM Processor: Dual ARM7TDMI

Apple iPhone ARM Processor: ARM1176JZF-S ARM7TDMI-S ARM926EJ-S ARM 9 Nokia N70 3G Phone ARM Processor: ARM9

Tom Tom Go 300 GPS Portable Navigation system ARM Processor: ARM920T

Hewlett Packard iPaq 6320 PDA ARM Ltd ARM Processor: ARM925ROMA

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Verbatim Store n Go Pro DiskOnKey ARM Processor: ARM7

HP Deskjet 5940 ARM Processor: ARM946E-S

Netgear WGR614 Wireless Router ARM Processor: ARM9

D-Link DVC 2000 Broadband Internet VideoPhone ARM Processor: ARM9

Opengear CM4000remote control server ARM Processor: ARM9 ARM LtdROMA

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Dynon Avionics EFIS-D10A - Electronic Flight Information System ARM Processor: ARM7TDMI

Artega GT (Dual-Dashboard Display) ARM Processor: ARM926EJ-S

ExaDigm XD2100SP Mobile Payment system ARM Processor: ARM7 Hewlett Packard HP 50g Scientific Calculator ARM Processor: ARM920T

Sonosite MTurbo (Portable Ultrasound Device) ARM Processor: ARM926 ARM LtdROMA

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Schema di computer con programma memorizzatoFF..FF16 instructions

registers

address

data

processor instructions and data memory 00..0016

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Il set di istruzioni MU0

4 bits opc ode

12 bits S

Instruction Opcode LDA S STO S ADD S SUB S JMP S JGE S JNE S STP 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111

Effect ACC := mem16[S] mem16[S] := ACC ACC := ACC + mem16[S] ACC := ACC - mem16[S] PC := S if ACC >= 0 PC := S if ACC !=0 PC := S stop

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Formato indirizzi delle istruzioni

f bits n bits func tion op 1 addr .

n bits op 2 addr .

n bits n bits dest. addr next_i addr . .

istruzione a 4 indirizzi

f bits n bits function op 1 addr .f bits n bits func tion op 1 addr .

n bits op 2 addr .n bits dest. addr .

n bits dest. addr .

ARM Mode

istruzione a 3 indirizzi

Thumb Mode

istruzione a 2 indirizzi istruzione a 1 indirizzo

f bits n bits func tion op 1 addr .f bits func tion 2000 Addison WesleyS2DEL Solid State and Diamond Electronics Lab.

istruzione a 0 indirizzi

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Uso dinamico tipico delle istruzioni

Instruction type Data movement Control flow Arithmetic operations Comparisons Logical operations Other

Dynamic usage 43% 23% 15% 13% 5% 1%

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